预应力混凝土连续梁桥施工技术优化改进研究

1 引言

预应力混凝土连续梁因变形小、 受力好等特点而得到广泛应用。 但预应力混凝土连续梁桥有着相对复杂的施工流程，在对称悬臂浇筑完墩顶梁段后， 需施工各跨合龙段并解除临时固结已转换桥梁体系。 在整个施工流程中随着不断进行的施工工序，主梁的标高和内力也在不断改变[1]。 当前已经有较多关于预应力混凝土连续梁桥施工控制的研究， 为提高预应力混凝土连续梁桥的施工质量， 本文将从预应力损失和张拉顺序以及施工工艺的优化开展研究。

2 施工中预应力损失及张拉顺序分析

2.1 现场施工预应力损失问题

预应力筋张拉后， 锚下控制应力中扣除应力损失后的预应力即为有效预应力。 有效预应力数值应合理可靠，过大或过小均不利桥梁受力， 有效预应力不足时容易导致梁体出现裂缝和下挠等[2]，对桥梁的耐久性和安全性有一定影响。

预应力损失以其发生顺序可分成瞬时损失和长期损失两种类型。 瞬间损失多出现在预应力张拉施工流程，瞬时损失在控制应力中的占比约10%。 预应力的长期损失可以通过软件模拟的方式准确取得其数值，因此，在室内即可得到长期损失的数值，在设计时即可加以弥补。

2.2 预应力张拉顺序不同的影响

在连续梁悬臂施工的全桥合龙阶段张拉全桥顶底板齿块钢束时，需进入箱室内完成锚固操作，而相关的施工机械在梁面上，导致施工较为复杂烦琐，需要较多人员配合。 在实际施工时常出现施工人员违背设计张拉顺序的情况[3]。以某连续梁为研究对象，探讨张拉顺序不同时对其受力性能的影响。 根据该桥梁的设计要求，需分5 批张拉钢束，为便于描述，将剩余钢束编号汇总，如表1 所示。

表1 剩余钢束编号

基于剩余钢束的张拉顺序，将其分成两种张拉方法。

方法一：交替张拉中跨和边跨（设计张拉顺序）

第一批（N2 和N11）、第二批（N2 和N10）、第三批（N3 和N9）、第四批（N2 和N8）、第五批（N1、N6 和N7）。

方法二：边跨—边跨—中跨

先张拉一侧边跨顶底板的全部钢束， 再张拉另一侧边跨的全部钢束，最后张拉中跨钢束。 即分跨单独张拉三跨的剩余钢束，在完成一跨钢束的张拉后再张拉下一跨。

2.2.1 不同方法下的梁体挠度值

通过有限元分析软件Midas Civil 进行建模分析， 在建模时以施工荷载组划分的方式模拟合龙后梁体剩余钢束不同的张拉顺序，将各方法下梁体各跨计算累计挠度值汇总，如表2所示。

表2 不同张拉工况下梁体各跨挠度累计值

从表2 中可以发现，不同张拉顺序下桥梁各跨的最终挠度仅有较小差值，中跨处上拱值仅差1 mm，可忽略不计。 但各跨挠度在开始张拉至张拉结束的过程中，梁体变幅相差较大。 为便于分析对比，提取模型中未张拉前剩余钢束前梁体的最大挠度值，所得结果为17.3 mm。 此外，从两种方法的张拉累计挠度变化看，方法一节点挠度变化更合理，从第一批到第五批钢束张拉时梁体挠度累计最大值分别为：18.2 mm、18.0 mm、22.2 mm、25.5 mm 和25.2 mm，最大变幅约5 mm；方法二梁体累计挠度最大值分别为：28.9 mm、30.4 mm、26.0 mm，最大变幅约12 mm，挠度变幅更大，从各张拉顺序下梁体同个截面的挠度变化情况看，方法二下的截面挠度存在突变，不利于整体结构的受力。

2.2.2 不同方法下梁体应力值分析

从挠度变化看， 梁体各跨跨中截面受张拉顺序的影响最大，即危险截面主要为各跨跨中截面，因此，在应力分析时，选择以各跨跨中截面作为研究对象。 在张拉剩余钢束时，将梁体各跨跨中截面在不同张拉方法下顶底板最大应力值计算结果汇总，如表3 所示。

表3 不同张拉顺序下梁体各跨顶底板应力最大值

从结果看，方法一应力变化均匀，截面受力合理，中跨跨中顶板在第五批钢束张拉后的最大拉应力为1.72 MPa。 方法二中，顶板应力值在张拉完中跨钢束后出现较大突变，产生约1.94 MPa 的拉应力，大于C50 混凝土抗拉强度设计值，产生裂缝的可能性较大，对桥梁运营质量影响较大。

综合上述分析可知，方法二的张拉顺序不合理，即预应力张拉时应交替张拉边跨和中跨。

3 施工工艺改进

3.1 优化钢筋和钢束管道间距

目前，若施工时出现钢筋间碰撞或钢筋碰撞管道等情况，往往采取移动钢筋或截断钢筋的方式加以避免， 但该种处理方法将导致梁体内钢筋不连续，内部钢筋受力不完整。 为避免此类情况，应在设计时通过BIM 软件模拟管道线形检查碰撞情况，优化钢筋和预应力管道间距，并按照施工需要截取管道不同断面的坐标以指导施工。

3.2 连续梁浇筑多孔振捣

3.2.1 腹板部位设置振捣通道

在腹板高度较大时， 混凝土泵送的浇筑高度也会随之增大。 以某连续梁为研究背景，在该桥梁施工时，混凝土下料口采用的是160 mm 直径的PVC 管， 并以70 mm 直径的PVC管作为振捣通道，管道数量根据节段长短进行选择，管间距70 cm，下料口底部距离底板50 cm， 且随混凝土浇筑持续提升下料口，避免因混凝土浇筑高度过大而出现离析问题。 此外，还可根据振捣棒作用范围， 按先前埋设的振捣孔道进行多孔定点振捣， 并腹板外侧安装附着式振动器， 避免出现混凝土不密实、钢筋外露等问题。

3.2.2 0#块支座部位加宽段振捣天窗

为确保0#块底部混凝土的振捣质量， 可在起加宽区段沿纵桥向每侧设置振捣天窗， 在当浇筑到振捣天窗下沿时即可封闭振捣天窗。

3.3 预应力管道及钢筋的定位工艺

3.3.1 整体刚性井形架

以设计图纸为标准，采用软件模拟管道线形，截取管道在各断面的坐标，以确保各截面整体井形架的精确加工。 井形架钢筋应和管道间隙应保持约2 mm，井形架可采用直径12 mm的钢筋制作，直线段和曲线段的间距可分别布置成1 m 和50 cm，以确保预应力孔道定位的精准度， 避免预应力管道弯曲不平顺等问题。

3.3.2 预应力孔道端模定位

为确保准确定位预应力孔道端部位置， 可在钢板上按照梁端预应力管道坐标精确加工孔道定位。

4 结语