大跨径连续刚构桥梁施工控制探讨

朱亚飞，徐泽平

苏交科集团检测认证有限公司，江苏 南京 211112

连续刚构桥梁结构作为一种多次超静定结构，要想使其内力和线形满足要求，仅以设计要求进行控制是远远不够的，在施工时还需以仿真模型分析的方法提供相应的指导。为使桥梁应力和线形满足设计要求，连续刚构桥主梁标高及相应施工流程的控制是大跨径连续刚构桥施工控制的关键所在。

1 工程概况

某大跨径连续刚构桥梁上部结构跨径布置为（88+168+88）m，主梁截面形式为单箱单室截面，该桥梁以挂篮悬臂浇筑法进行施工。大跨径连续刚构桥梁施工时首先需要确保其安全性，然后对其线形和内力进行控制。文章采用迈达斯软件对该桥梁的上部结构进行仿真分析，并划分为三个施工阶段，分别是挂篮移动、混凝土浇筑及预应力张拉。通过迈达斯软件对其施工时的内力和挠度等进行计算分析。桥梁按照先中跨后边跨的方式进行合拢，根据施工顺序进行预应力的分批张拉，全桥施工顺序可大致划分为分段悬臂浇筑→合拢中跨→合拢边跨。将桥梁划分为节点150个，单元135个，所建立的有限元计算模型如图1所示。

图1 桥梁有限元计算模型

2 施工标高控制

2.1 立模标高的确定

在预应力混凝土连续刚构桥的悬臂施工控制的仿真分析中，需用到连续刚构桥实际监测所得到的结构参数值，以便于确定其立模标高，此外还需对监测结果进行误差分析，以得到预测后的标高，便于提前对桥梁标高进行调整，进而确保桥梁线形满足设计要求，桥梁两个悬臂段合拢后的标高在控制范围内。

除了设计标高，实际施工时，不管是材料的收缩徐变作用还是预应力的损失等都会影响到结果值。尤其是对于大跨径桥梁而言，主梁会有更进一步的竖向挠度误差，因此在实际观测时，需对混凝土浇筑前后及张拉预应力前后的桥梁标高进行测量，并对结果进行分析，从而对模型中的相关参数进行调整计算，以确保其满足实际施工要求，再据此计算出施工时的立模标高和挠度。

2.2 主梁标高观测

在连续刚构桥的施工控制中，采用水准仪读数的方法是测量断面标高变化规律的重要方法。梁段在悬臂浇筑施工时，在浇筑某一梁段之后，需对梁段的其他断面进行测试，为避免扭转变形的可能性，各断面至少需要有3个及以上的测试点。可采用精密水准仪对其进行测试。测试工况主要包括移动挂篮前后、混凝土浇筑前后及张拉预应力钢筋前后。各项测试的误差均需控制在2mm以下。

2.3 主梁实时挠度测试

随着时间的推移，主梁竖向位移处于不断变化的状态，其规律主要包括以下两种：一是随着施工的不断进行，外荷载不断出现变化，此时挠度的变化特点与施工进展有较大联系；二是桥梁材料特性所导致的挠度变化，此时随着时间变化主梁挠度也在不断变化，此外主梁挠度的变化还与周围环境有关，如温度等条件下的主梁挠度变化，该变化有着明显的周期性。

主梁的挠度变化与体系温差有关，在较大的温差作用下桥梁有着较大的挠曲变形。体系温差主要导致的是桥梁构件的伸缩变形，如桥墩在温差作用下会出现水平位移。另一种是日照温差所导致的主梁挠曲变形。体系温差一般情况下不会对墩顶的竖向位移造成较大影响，因此从构件挠度的角度出发，日照温差是影响其该构件挠度的重点。在日照下，环境温度白天较高晚上较低，因此混凝土表现出先升温后降温的特点，并以此不断循环。因日照主要发生在主梁顶板位置，因此相比于底板而言，顶板所受影响较大，容易使主梁出现竖向挠曲变形。此外，对于桥墩而言，因其两侧所受日照情况有所不同，因此桥梁容易有日照温差出现，使得墩顶有转动现象出现，进而影响到主梁标高。

为降低日照温差的影响，可在黎明前测量标高，或是在桥上进行标高控制，此时可忽略体系温差所导致的影响，还能够有效提高相关精度。测试桥梁挠度的目的主要是对挂篮定位进行修正，当悬臂施工达到一定程度后需设置适量测量点，桥梁实时挠度变化测点布置图如图2所示。

图2 桥梁实时挠度变化测点布置图

2.4 合拢段高差监测

为确保合拢后的高差满足设计要求，需对合拢段悬臂施工时的线形进行控制，可通过对悬臂梁段两侧标高进行控制来实现。对主梁非永久联接处的悬臂标高进行测量和调整，使施工时端部合拢荷载相等。为确保该桥梁项目的合拢段的高差，选取箱梁底板中心线和左右边缘作为控制点，控制合拢高差精度。限于篇幅，文章仅列出部分实测数据，具体数据如表1所示。

表1 1#墩边跨合拢段两侧箱梁底板高差 单位：m

3 标高控制结果

控制成桥形状的主要依据为桥梁的竖向位移。为使温度对桥梁的影响尽可能低，在该项目中在凌晨时就对其竖向位移进行观测。施工时的标高观测主要包括张拉预应力前后、混凝土浇筑前后及边跨和中跨合拢前后。要先对桥梁施工进行最优控制，需精确车辆分析各个施工阶段的挠度和高差。限于篇幅，文章仅列出部分挠度测试数据和理论计算结果对比图，如图3所示。

图3 混凝土浇筑后挠度实测值和理论值对比示意图

将箱梁顶部的设计标高更改为控制点的绝对标高值，并对比实际标高，所得结果如图4所示。

由图4可知，桥梁的实际标高波动在理论标高的上下限范围内，并且差值较小。所得数据较为全面，可较好地反映出桥梁施工线形控制的主要信息。在该项目中，采用的是灰色理论的方法进行桥梁的残差修正，其具体操作为首先检测桥梁残差，除去部分有较好精度或无须开展残差修正的部位，其余控制点均需进行残差修正，直到所检测残差满足预测精度的要求，此时所得到的预测模型即为最终的标高预测模型。在保障模型的性能指标和误差满足要求后，即可调整相应参数，并将桥梁各施工状态下的荷载情况加载到模型分析体系中，此时即可得到结构最终的内力和挠度值，通过对比分析各个阶段数据，并再次进行修正，可得到成桥后的最终挠度。

图4 预应力钢筋张拉完毕后各测点标高对比示意图

4 应力控制

桥梁施工时的受力是否与设计一致是桥梁控制的关键所在。桥梁施工时需将传感器埋入梁段，以确保对桥梁应力进行有效监测，从而取得实际情况和理论状态下的应力差值情况。考虑到连续刚构桥复杂的施工过程及环境等因数，在该项目中采用的传感器是JMZX-25型埋入式混凝土应变计。传感器的埋设质量与应力监测结果有较大关系，因此在施工时需注意将其与所需测量的钢筋进行刚性连接，可采用电焊的方式实现。此外在埋设前需选好线路具体位置，确保混凝土浇筑时不会损坏到传感器。在该项目中，共选取了11个应力监测断面，具体如图5所示。

图5 测点布置示意图（单位：mm）

施工时需对各个测量点的传感器进行观测，并确保各个观测点有3次及以上的观测，再通过取平均值的方式作为其最终值。可参考下述方式进行观测：首先记录安装初始应力，后续施工时，将支架前移后记录模板应力测量值，并在混凝土浇筑完后读取数据，在锚固完预应力钢束后继续读取数据；边跨和中跨合拢后再次读取数据，此外还需在二期恒载施加完后再次读取数据。

在该桥梁中，其检测控制为全程控制，依据实测数据的变化对其参数进行调整，以使理论值与实际值相符。桥梁施工时的各个阶段均需对比分析实测应力值和理论值。限于篇幅，文章仅列出部分应力控制结果，如图6所示，由图6可知，桥梁应力控制质量较好。

图6 应力控制结果示意图

5 结束语

文章依托国内某连续刚构桥梁，通过迈达斯软件开展了建模分析，以理论结合实际的方式对模型进行修正，并以灰色理论的方式修正了模型误差，通过分析主要得出了以下结论：桥梁施工控制时需先根据设计要求进行建模处理，再通过现场实测数据对其模型进行修正，确保其状态最佳，进而确保其施工控制质量满足要求。