新建铁路刚构-连续桥施工控制研究

尹荣玲 李玉攀

摘 要：桥梁结构的线形和内力关系到自身安全，因此进行施工过程的控制具有重要的意义。本文以一座典型的多跨刚构-连续桥为工程背景，建立了桥梁的三维有限元模型，模拟了整个施工过程，计算了理论预拱度值和控制截面设计应力值，并指导实际施工过程。结果表明，线形始终处于可靠的控制之中，且最大合龙误差仅为8 mm;整个结构的应力状态始终处于可靠的控制之中，实测值均小于理论值。这样不仅实现了该桥的高精度合龙，也为此类桥梁的施工控制提供了参考依据。

关键词：连续刚构桥;线形控制;应力控制;预应力

中图分类号：U448.23文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）02-0099-03

Research on Construction Control of New Railway Rigid Frame-Continuous Bridge

YIN Rongling1 LI Yupan2

（1.Guizhou Industry Polytechnic College，Guiyang Guizhou 550081;2. Guizhou Communications Construction Engineering Testing Center Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550081）

Abstract： The alignment and internal forces of the bridge structure are related to its own safety， so it is of great significance to control the construction process. This paper used a typical multi-span rigid frame-continuous bridge as the engineering background， established a three-dimensional finite element model of the bridge， simulated the entire construction process， calculated the theoretical pre-camber value and control section design stress value， and guided the actual construction process. The results show that the line shape is always under reliable control， and the maximum closing error is only 8 mm; the stress state of the entire structure is always under reliable control， and the measured values are less than the theoretical values. This not only realizes the high-precision closing of the bridge， but also provides a reference for the construction control of this type of bridge.

Keywords： continuous rigid frame bridge;linear control;stress control;prestress

對于采用悬臂施工的大跨度预应力刚构-连续桥来说，其成桥后的主梁线形和恒载内力因施工过程的不同而不同。体系转换方式（如体系转换时间、劲性骨架的锁定温度、锁定效果）的不同也同样影响着成桥的线形与恒载内力。因此，在施工过程中，依据施工的实际情况，准确估计结构的相关实际参数，对桥梁的每一施工阶段进行详尽的分析和实测验证，并应用相关理论方法，对桥梁结构的变形与应力进行预测与控制，以确保桥梁的安全建设和最终的主梁线形和恒载内力与设计吻合，即所谓的施工控制是必要而科学的[1-5]。

本文以新建铁路兰州至重庆线某预应力混凝土刚构-连续桥为工程背景，建立了该桥施工过程的三维有限元模型，并计算其理论预拱度值，指导整个施工过程，为该类桥梁的线形控制提供参考依据。

1 工程概况

本文选取的是悬浇刚构-连续梁桥（42.8 m+4×72 m+42.8 m），其位于[R]=4 500 m的圆曲线上，主梁梁体采用C50三向预应力钢筋混凝土，梁体采用变高度变截面箱梁，一联总长为373.3 m，梁体各控制截面梁高如下：边支点处及边跨直线段和中跨合龙处为3.4 m，中支点处及固结处梁高为5.8 m，梁底曲线按二次抛物线变化。全桥箱梁顶宽为11.5 m，底宽为6.0 m。箱梁横截面为单箱单室垂直腹板;顶板厚度除梁端附近外均为45 cm，底板厚度为48～73 cm，按直线线性变化，腹板厚为55～130 cm，按折线变化。

刚构-连续箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，1、5号墩支点上为0号段，与墩顶临时支座固结，形成临时T构。10号梁段为合龙段，梁段长为2.0 m，采用吊架法施工;11号梁段为边跨现浇段，梁段长为5.65 m，采用满堂支架法施工。根据设计图，本桥边跨合龙段两处每段长为2 m，混凝土设计方量为2×21.3 m3;次中跨合龙段两处每段长为2 m，混凝土设计总方量为2×26.4 m3;中跨合龙段两处每段长为2 m，混凝土设计总方量为2×26.4 m3。总体布置如图1所示。

2 有限元分析计算

首先建立三维有限元模型，采用梁单元将刚构的主梁和桥墩进行离散化，全桥共划分为220个梁单元、240个节点。2、3、4号墩0#段划分为8个单元，1、5号墩0#段划分为6个单元，每个悬臂浇筑梁段划分为1个单元，合龙段均作为6个单元，边跨直线段划分为4个单元。其中，主梁节点编号按其X坐标递增顺序依次编号，边界约束节点投影在梁下部。在此不考虑桩基和土的相互作用，墩底采用固结的方式进行处理，有限元模型如图2所示。

根据已建立的有限元分析模型，计算得到该桥整个施工阶段的预拱度理论计算值，如图3所示。

3 控制结果分析

目前，大跨度桥梁的施工控制主要有三种方法：桥梁施工的单向控制;大跨度桥梁施工的反馈控制;大跨度桥梁施工的自适应控制[6]。本文选用自适应控制方法对本桥进行施工过程中线形和应力的监控，并采用适用于系统参数估计的最小二乘法对该桥的参数进行识别，同时对施工过程中产生的误差进行分析。

3.1 线形控制

线形控制主要控制主梁标高及墩顶位移，以保证桥梁在施工过程中的安全，使实际施工过程中及建成后的结构线形满足设计要求。限于篇幅，本文仅给出成桥后的梁体的实际走向与设计值的对比以及成桥后梁体实际标高与设计标高之間的差值，如图4所示。

由图4可知，经过精心的控制施工，该桥按照预计的目标合龙，所有节点标高与设计线形的误差均在2.0 cm以内，所有合龙点的相对误差均在1.0 cm以内，满足控制目标要求。

3.2 应力控制

应力监控是刚构-连续桥施工监控的主要内容之一，它是施工过程中的安全预警系统，是对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依据。对本桥进行应力监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥受力状态符合设计要求。限于篇幅要求，本文仅给出成桥后应力控制截面的设计值和实测值，如表1所示。

从表1可以看出，全桥合龙后，梁体应力实际应力均小于设计应力，满足设计要求。

4 结论

该桥线形控制方面取得了较好的成果，所有节点标高与设计线形的误差均在2.0 cm以内，所有合龙点的相对误差均在1.0 cm以内，满足控制目标要求，且中跨合龙时竖向最大合龙误差仅为8 mm。该桥的线形始终处于可靠的控制之中。施工过程和成桥后的实测结果表明，在整个施工过程中，对线形的控制是有效的。在整个悬臂施工过程中和成桥后，整个结构的应力状态始终处于可靠的控制之中，结构一直处于安全的施工状态之中。这样就实现了该桥的高精度合龙，并为此类桥梁的施工控制提供了参考依据。

参考文献：

[1]吴昌期，李永铎.T型刚构桥[M].北京：人民交通出版社，1981：58-59.

[2]王乾波.高墩大跨T形刚构桥墩梁固结处空间应力状态分析与试验研究[D].兰州：兰州交通大学，2013：22-23.

[3]李开言，陈政清，韩艳.双肢薄壁高墩施工过程稳定性分析的快速算法[J].铁道学报，2004（26）：86-90.

[4]张熙胤，陈兴冲，王常峰.多变量GM（1，n）模型在桥梁施工挠度控制中的应用[J].世界桥梁，2013（41）：76-80.

[5]王淳，甘露，方明雨，等.超高墩刚构桥悬臂施工控制分析[J].公路交通技术，2009（1）：62-65.

[6]郑平伟，钟继卫，汪正兴.大跨度桥梁的施工控制[J].桥梁建设，2009（2）：19-22.