彎箱梁梁橋施工監控

葉 輝

0 引言

近年來隨著高等級公路的修建,由于城市立交橋建設的需要,彎梁橋結構在我國已被廣泛采用。在進行公路的平、縱、橫三方面綜合設計時,應做到平面順暢、縱坡均衡和橫斷面合理。在平面線形設計時,應考慮車輛行駛時的安全舒適,駕駛人員良好的視覺效果和平穩的心理反應,并避免采用長直線等設計原則?，F代公路對平面線形的設計要求較高,不但要考慮行車的安全和舒適,還必須注意與周圍環境相協調,以提高整體的美觀。當彎道半徑較小或者橋梁跨徑較大時,為了保證橋梁與道路線形的一致,常做成彎橋形式[1]。

MAFRQQ立交橋改建項目位于阿聯酋首都阿布扎比,是阿布扎比至艾因和迪拜的交通樞紐,該改造項目由R5和R6兩座高架橋及 R10橋主橋組成。R6由15個橋墩和兩個橋臺組成共16跨,最大跨度84 m,最高的橋墩可達19.3 m,橋寬 17.7 m,全長846.6 m,為單線兩車道。主橋由第一聯6孔40 m+50 m+60 m+75 m+64 m+40 m預應力混凝土連續箱梁,第二聯 4孔40 m+2×51.8 m+40 m預應力混凝土連續箱梁及第三聯6孔37 m+73 m+84 m+59 m+2×40 m預應力混凝土連續箱梁組成。本文以R6橋第三聯為背景,分析大跨度連續彎梁橋的施工控制方法以及影響連續梁橋施工控制的重要因素——溫度。

1 理論計算

采用R6橋的設計資料和設計參數的規范值,進行正裝計算。對成橋和主要施工階段的變形、應力、設計線形等進行計算,并與設計單位的結果進行校核。主要控制數據為各施工梁段的狀態變量值包括澆筑混凝土、張拉預應力索各工況對應的梁段撓度、控制截面應力、應變。

根據對實際施工情況的觀測,反饋調整橋梁設計參數。對撓度、應力、應變的實測值和理論值間存在的差別,通過參數識別法擬合出新的設計參數,使理論值與實測值的差值達到最小,如主梁密度、彈性模量、梁的剛度、混凝土的收縮徐變系數等[3]。依次調整計算下一梁段的控制數據。

2 施工監控

2.1 施工控制原則

施工控制的目的是對成橋目標進行有效控制,修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數,確保成橋后的結構內力和線形滿足設計要求。

1)受力要求:反映連續梁受力的因素是主梁的截面內力(或應力)。通常起控制作用的是主梁的上下緣正應力,在恒載已定的情況下,主梁的應力主要與主梁縱向預應力有關;2)線形要求:線形主要指主梁的標高。成橋后(通常是長期變形穩定后)主梁的標高須滿足設計標高的要求;3)調控手段:對于主梁線形的調整,調整立模標高是最直接的手段。將參數誤差引起的主梁標高的變化通過調整立模標高予以修正。主梁應力控制截面選在各施工梁段的典型截面(一般為受力最大處),R6橋第三聯選擇了第二、第三及第四跨中跨中截面及1/4截面3個典型截面作為應力觀測控制截面。在每一施工梁段前端布置兩個觀測點,對應每一施工工況觀測其標高,以此實現主梁標高的控制。

2.2 施工控制的內容

1)主梁撓度觀測。a.測點布置:每梁段懸臂前端梁底板設立兩個標高觀測點,測點用短鋼筋預埋并用紅漆標明。在11號塊箱梁底板處設臨時水準點。b.測試方法:對每一工況,用精密水準儀測定測點標高;立模時,測定底模板最前端高程,并在必要時做出調整(滿足立模標高允許誤差范圍)。c.控制截面的混凝土應變觀測:橋梁施工中的主梁應力觀測是一項長期、繁瑣的現場監測工作。根據以往的經驗,我們選用振弦式應變計,觀測值較為穩定,并且耐久性較好,適合應力場的長期觀測。在典型截面、墩頂截面、邊跨跨中截面、中跨跨中截面、中跨1/4截面處埋設了應變計。對每一施工梁段的第一工況:澆筑混凝土、預應力張拉都進行了全套應變計觀測。把觀測值與理論值比較,反饋調整混凝土的收縮徐變系數;掌握主梁的應力情況,確保施工期主梁的安全。

2)溫度場觀測?；炷翜囟葴y試選用NTC型直徑4 mm的熱敏電阻,使用精度達四位半的DT數顯萬用表讀數。在主梁的兩個典型截面內(跨中和中跨1/4截面)預埋溫度元件,以測量其內部溫度場分布情況。在2009年7月18日進行了連續24 h梁體溫度場觀測,此次觀測收到了較好的效果。比較清晰地了解了梁體溫度場的分布情況,對施工控制中如何對溫度影響做出修正有了更深刻的認識;在本次溫度場觀測基礎上,預測結果與實際情況吻合較好,給大橋施工提供了依據。溫度計布置見圖1。

3 溫度對梁撓度的影響

本文只選取R6橋的最大跨作為研究對象,測點布置如圖2所示。選擇上、下午溫度比較穩定時測量撓度。記錄上午溫度30℃以及下午溫度42℃時的撓度值,與撓度計算值對比。

該橋的溫度觀測分析結果如下:1)溫度升高,箱梁撓度增大。上、下撓的幅度隨懸臂長度的增加而增大,且30℃,42℃下的撓度值均比設計值大。2)箱梁頂底板面的溫差對撓度也產生影響。如氣溫上升時,箱梁頂面較梁底溫度高,箱外溫度較箱內高,在箱梁懸臂狀態下,箱體產生下撓現象;如氣溫下降,則箱梁上撓。3)在長懸臂施工階段,由于溫度變化產生的懸臂撓度超過40 mm,因而對施工階段撓度觀測結果產生很大的干擾。4)溫度變化,箱梁撓度不是立即隨著變化。箱梁撓度隨溫度的變化,具有滯后現象。

4 施工控制的成果與結論

4.1 主梁線形

通過以上控制手段,R6橋第三聯的線形取得了較好的效果,線形流暢,沒有出現明顯的折角。通過觀測發現,實測值和理論值吻合良好。

4.2 主梁應變

通過對施工過程中每一種工況的跟蹤觀測,每個截面應變情況良好,均在理論值允許的范圍之內。

4.3 溫度場

觀測時間為2009年7月18日,當日最高氣溫42℃,睛天。

1)梁內最高溫度出現在下午3:30,位于朝陽方向的翼板,溫度為54.5℃;2)全天底板溫度無太大變化,變幅基本穩定在2℃以內,下午4:30底板平均溫度為41℃;3)全天頂板溫度變化顯著,變幅達13.9℃,下午3:30頂板平均溫度為52.5℃;4)下午5:00,腹板及底板溫度達最大值,由于地理位置的原因,導致腹板存在不均勻溫度場,朝陽側腹板最高溫度為47℃,背陽側腹板最高溫度為45.7℃,腹板的平均變幅溫度為1.1℃。

通過主梁撓度與溫度場的觀測可以發現,溫度對橋梁變形有很大的影響,故施工控制必須加強溫度監測,同時加強季節溫度的觀測,且觀測時間應安排在溫度場較穩定的時間段進行,通過應力和撓度雙控,以得到合理的線形。

[1] 吳國忠,鐘正強.大跨度連續橋梁施工控制[J].中外公路,2003(1):73.

[2] 黃宗根.某大跨連續剛構橋施工監控[J].山西建筑,2009,35(29):289-290.

[3] 李 濤.連續彎箱梁剛架橋計算分析及施工監測研究[D].西安:長安大學,2007.