大跨度连续刚构桥应力监测分析

李 霞

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

大跨度连续刚构桥施工过程中会经历多次体系转换，主梁应力会产生较大变化。如果控制不当，会对施工质量与安全产生较大影响。花山1号大桥主桥设计采用大跨度连续刚构结构，为了准确确定梁体的应力分布情况，分别在桥梁主墩和主梁上部布设监测断面，分别埋设传感器。将实测数据与MIDAS/Civil软件计算数据进行对比，确定施工中桥梁和桥墩应力状况是否正常。如果出现较大偏差，应分析原因并及时解决，保证施工安全和施工质量。

1 依托项目概况

重庆钟渤快速路花山1号大桥设计采用连续刚构桥，桥梁左线起讫点桩号为K8+327～K8+675，设计全长346 m。主桥采用大跨度T形连续刚构结构，桥跨组合为55+80+55，两侧引桥采用30 m简支箱梁结构，小桩号方向两跨，大桩号方向三跨。桥梁主梁设计长度为190 m，截面形式为单箱单室变截面直腹板，顶板设计宽度为12.25 m，底板设计宽度为6.5 m，桥墩部位梁高为7.8 m。主梁底板厚度为0.35 m～1.3 m，腹板厚度为0.7 m～1.1 m。桥梁下部结构采用空心薄壁墩，桩基础采用4φ220 cm嵌岩桩。主桥设计结构立面图如图1所示。

2 各关键施工阶段桥梁应力计算结果

为了准确确定桥梁最大悬臂状态、主跨和边跨合龙阶段主梁应力，本桥梁采用MIDAS/Civil软件进行有限元分析。根据桥梁设计参数，进行梁单元建模，桥梁4号、5号主墩与梁体刚性连接，3号和6号边墩墩顶设置活动支座，计算模型如图2所示。

根据以上计算模型，对主桥连续刚构结构各个施工阶段的主梁应力进行计算，可作为施工中桥梁应力监测的主要依据，施工中可将监测值与计算值相对比，及时调整施工工序，在各个关键施工阶段有效控制主梁应力。由于受到篇幅限制，只对最大悬臂状态和主桥合龙阶段的应力进行计算和分析，计算结果压应力为负，拉应力为正。

2.1 最大悬臂状态应力计算结果

以跨度最大的80 m主梁作为研究对象，主梁采用现浇施工，混凝土标号为C55。当第18号梁段浇筑张拉完工后，主梁达到最大悬臂状态。此时，桥梁挠度值达到最大值，而梁体刚度最小，因此选择这个阶段进行应力计算分析。18号梁段张拉完成后，上下缘应力计算结果如图3，图4所示。

根据图3有限元计算结果，在最大悬臂状态下，截面上缘只承受压应力的作用，不承受拉应力，且最大压应力出现在靠近两侧4号、5号主墩的位置，最大压应力值为12.98 MPa。根据图4有限元计算结果，在最大悬臂状态下，研究截面下缘出现最大压应力的位置也在靠近两侧主墩的位置，最大压应力值为6.58 MPa。另外主梁下缘两侧承受拉应力的作用，最大拉应力值为0.91 MPa。根据设计要求，主梁混凝土抗压强度标准值fck=35.5 MPa，上下缘最大压应力小于0.7fck=24.85 MPa；主梁混凝土抗拉强度标准值fck=2.74 MPa，下缘的最大拉应力也小于0.7ftk=1.918 MPa。综上所述，在最大悬臂状态下，计算所得应力远低于混凝土结构应力，且具有较大的安全储备，满足设计要求。

2.2 中跨合龙阶段应力计算结果

在中跨合龙阶段，桥梁上部结构将完成体系转换，主梁结构转变为超静定刚构状态。中跨合龙阶段施工不仅影响到桥梁整体线形，还会使主梁应力和应变产生较大影响。为了保证施工质量，采用MIDAS/Civil软件进行有限元分析计算，得到截面上下缘应力计算结果如图5，图6所示。

分析图5在中跨合龙阶段截面上缘应力计算结果，截面上缘只承受压应力，不承受拉应力的作用，且最大拉应力出现在中跨4/L位置和主墩之间，最大压应力达到14.76 MPa。分析图6有限元截面下缘应力计算结果，截面下缘也只承受压应力作用，结合计算结果可以得出跨中位置的压应力最大，最大值为10.98 MPa。结合设计要求，在中跨合龙阶段，截面上缘和下缘压应力均小于0.7fck=24.85 MPa。因此，在中跨合龙阶段，截面上下缘均只承受压应力，远小于混凝结构应力，且具有较大的安全储备。

3 施工现场桥梁应力监测

3.1 测点布设

花山1号大桥采用挂篮悬臂施工，整个施工过程经历了多次体系转换，应力变化较大。为了准确检测各施工阶段重点截面应力变化情况，分别在主梁根部、合龙段和L/4处布置监测断面，埋设传感器。分别在4号，5号主墩两侧布置一个监测断面，每个断面布置4个测点，作为悬臂浇筑梁段的根部监测断面，记为A—A，B—B，E—E，F—F断面，具体布置如图7a)所示。D—D断面位于跨中合龙段，主要是对主梁合龙过程中的应力变化情况进行监测，主梁应力监测断面布置如图7b)所示。C—C断面位于1/4跨处，可用于监测悬臂现浇施工过程中应力变化情况。

3.2 应力监测数据分析

在桥梁施工过程中，分别在主梁、主墩的控制截面埋设传感器，监测截面的应力变化和应力分布情况。根据应变变化情况，计算确定应力分布情况，作为大跨度连续刚构桥已施工部分是否满足强度要求的判断依据。如发现应力分布情况异常，应立即停止施工，查明原因并采取应对措施处治后方可复工。统计各监测断面应力监测数据，分析计算确定主梁施工过程中应力变化情况，进而确定主梁各监测截面的应力状况。本文选取主桥右幅4号墩应力最大截面B—B截面为研究对象，分析顶板和底板的监测数据，分别绘制应力变化曲线如图8，图9所示。

分析主桥右幅4号桥墩B—B截面顶板和底板应力变化情况，理论计算值与实测应力值之间存在一定的差异。这一方面是由于理论应力值是采用平面杆系模型计算得到的，没有对截面横向应力分布情况进行分析；另一方面是混凝土收缩徐变所产生的虚应变影响，综合影响造成理论计算值与实测值之间产生了较大差异，现阶段是不可避免的。虽然二者之间存在一定的差异，但该截面受力状态在容许范围之内。结合其他截面应力变化情况的监测结果，得出该桥梁主梁施工过程中应力状态良好，满足规范要求。

4 结论

以花山1号大跨度连续刚构大桥为例，采用MIDAS/Civil软件进行有限元分析，计算各施工阶段主梁截面应力，并与施工现场监测结果进行对比分析，得出以下结论：

1)分析最大悬臂状态应力计算结果，截面上下缘最大拉应力和压应力均远低于结构应力值，且具有一定的安全储备；2)分析中跨合龙阶段应力计算结果，截面上下缘最大压应力均远低于结构应力值，且具有一定的安全储备；3)分析主桥右幅4号桥墩B—B截面顶板和底板应力监测数据，分析理论计算值与实测应力值差异较大的原因，并结合其他截面应力变化情况的监测结果，得出主梁施工过程中应力状况良好，满足规范要求。