大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計與測量

摘要：國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對橋梁設(shè)計提出的要求是適用、經(jīng)濟、安全、美觀，這些要求基本上包含了人們關(guān)心的所有重要問題。具體的設(shè)計過程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進行。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、行車平順舒適、伸縮縫少、抗震能力強等優(yōu)點，因此無論是公路或城市橋梁、高架道路，還是跨越寬闊河流的大橋，均是首選的橋型方案之一。但作為全預(yù)應(yīng)力混凝土的大跨度連續(xù)箱梁，在施工階段或使用過程中，普遍出現(xiàn)各種不同性質(zhì)不同類型的裂縫本文分析了大跨度連續(xù)梁橋施工控制的方法、對箱形截面的溫度場進行了觀測，并用觀測結(jié)果剔除溫度對施工控制的影響。

關(guān)鍵詞：大跨度 公路橋梁 預(yù)應(yīng)力混凝土 設(shè)計 測量

目前橋梁施工控制的結(jié)構(gòu)計算方法主要包括：正裝分析法、倒裝分析法和無應(yīng)力狀態(tài)計算法。正裝計算法能較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工歷程，得到橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，同時，能較好地考慮結(jié)構(gòu)的非線性問題和混凝土收縮、徐變等問題。對于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，首先必須進行正裝計算。施工預(yù)拱度應(yīng)按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順序的逆過程來進行結(jié)構(gòu)行為計算和予以確定。只有按照倒裝計算出的橋梁結(jié)構(gòu)各階段中間狀態(tài)去指導(dǎo)施工，才能使橋梁的成橋狀態(tài)符合設(shè)計要求。一般而言，以正裝計算結(jié)果作為應(yīng)力監(jiān)測的依據(jù)，以倒裝計算結(jié)果作為預(yù)拱度控制的依據(jù)。

1 橋梁結(jié)構(gòu)的理論計算

1.1 關(guān)于壓應(yīng)力控制值問題

如均采用C50混凝土，達到設(shè)計強度的80%進行張拉，按三國規(guī)范容許壓應(yīng)力比較見表1。

規(guī)范 運營階段預(yù)加力階段

英國 BS 540020. 016. 0

中國 J TJ 023-8517. 521. 0

美國 規(guī)范(94)22. 522. 0

從表1知，運營階段壓應(yīng)力容許值中國規(guī)范偏低，趨于保守。而施工階段容許壓應(yīng)力僅次于美國，兩者僅差4.76%，比英國大出31.25%。簽于中國施工水平的實際情況；另還有許多因素在設(shè)計中是很難精確計算的，若施工階段容許壓應(yīng)力取值過高，確實存在著冒險的因素。建議σha=0.65Rba (荷載組合Ⅰ)，即為其兩國的平均值較好。在具體進行橋梁設(shè)計時，要求結(jié)構(gòu)各截面的應(yīng)力具有一定的安全儲備，對截面正應(yīng)力，一般要求在不利荷載組合下，還應(yīng)保持2.0～3.0MPa的壓應(yīng)力儲備。

1.2 剪力滯效應(yīng)

剪力滯效應(yīng)在混凝土箱形梁設(shè)計中應(yīng)該考慮，特別是簿壁箱形寬翼緣截面，不能忽視其剪力滯效應(yīng)。剪力滯效應(yīng)考慮過多，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只不過多配筋，造成一些浪費；而對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，由于翼緣板上的法向應(yīng)力不均勻，若按大值取值或按等間距等預(yù)應(yīng)力，不按應(yīng)力變化的要求設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，都有可能造成混凝土開裂。對箱形截面的剪力滯效應(yīng)問題，比較各國規(guī)范現(xiàn)階段箱形梁橋設(shè)計可參考德國規(guī)范DIN 1075“關(guān)于共同作用寬度”的條文規(guī)定執(zhí)行。

2 主梁線形測量

2.1 主梁撓度、軸線和主梁頂面高程的測量

在每一節(jié)段懸臂端梁頂設(shè)立2～4個標(biāo)高觀測點和一個軸線點。測點用短鋼筋或鋼板預(yù)埋，并用紅色油漆標(biāo)明編號。標(biāo)高用水準(zhǔn)儀進行測量，根據(jù)各節(jié)段施工次序，每一節(jié)段按三種工況對主梁撓度進行平行獨立測量，相互校核。軸線使用全站儀和鋼尺等進行測量，采用測小角法或視準(zhǔn)法直接測量其前端偏位。視準(zhǔn)時，將軸線后視點引至過渡墩，用遠點控制近距離點。在主梁頂面混凝土高程測量過程中，同一截面測2～4點，根據(jù)其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時，在不同工況下，由觀察得到的主梁撓度(反拱)變化值，與給定立模標(biāo)高(含預(yù)拱度)立模的高程值，也可得到主梁頂面的高程值，兩者比較后，可檢驗施工質(zhì)量。

2.2 主梁立模標(biāo)高的測量

用精密水準(zhǔn)儀測量立模標(biāo)高，立模標(biāo)高的測量應(yīng)避開溫差較大的時段。施工單位立模到位，測量完畢后，監(jiān)理單位對施工各節(jié)段的立模標(biāo)高進行復(fù)測，監(jiān)控單位不定期進行抽測。

2.3 同跨兩邊對稱截面相對高差的直接測量和多跨線形的通測

當(dāng)兩邊施工節(jié)段相同時，對稱截面的相對高差可直接進行測量和分析比較。當(dāng)施工節(jié)段不同時，對稱節(jié)段的相對高差不滿足可比性，此時，可選擇較慢的一邊最末端截面和較快的一邊已施工的對應(yīng)截面作為相對高差的測量對象。在測量過程中，同一對稱截面可測多點，根據(jù)其橫坡取其平均值，可得到對稱截面的對應(yīng)點的相對高差。除保證各跨線形在控制范圍內(nèi)外，主梁全程線形應(yīng)定期或不定期進行通測，確保全橋線形的協(xié)調(diào)性。

2.4 結(jié)構(gòu)幾何形狀測量

結(jié)構(gòu)幾何形狀的測量主要包括:主梁上下表面的寬度、腹板厚度、上蓋板和下底板的厚度、主梁截面高度以及主梁施工節(jié)段的長度等。監(jiān)控單位采用抽查的方式，不定期地進行測量。

3 線形控制原理與技術(shù)

3.1 預(yù)拱度控制

主梁懸澆段的各節(jié)段立模標(biāo)高可按下式確定

Hi=H0+fi+(-fi預(yù))+f籃+fx(1)

式中：Hi為待澆筑段主梁底板前端底模標(biāo)高；H0為該點設(shè)計標(biāo)高；fi為本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值；fi預(yù)為本施工段頂板縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對該點的影響值；f籃為掛籃彈性變形對該施工段的影響值；fx為由徐變、收縮、溫度、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、二期恒載、活載等影響值。上述各參數(shù)在有限元倒向分析基礎(chǔ)上，根據(jù)實測信息，對計算預(yù)拱度進行調(diào)整和預(yù)測，確定最佳預(yù)拱度。

3.2 預(yù)拱度

指令預(yù)拱度是主梁線形控制的主要參數(shù)，也是決定主跨和邊跨能否順利合攏，應(yīng)力分布是否合理的關(guān)鍵。施工預(yù)拱度指令，一般由監(jiān)測監(jiān)控單位拿出方案，經(jīng)設(shè)代組計算審核后，橋梁專業(yè)監(jiān)理工程師簽字才能組織施工。施工預(yù)拱度指令除保證其合理性、科學(xué)性外，下達時間應(yīng)保證施工的連續(xù)性和及時性。

4 主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量與應(yīng)力分析

4.1 布點時間

在主梁鋼筋布置基本就緒、混凝土澆筑之前，在控制斷面預(yù)埋傳感元件，并做好相應(yīng)的防護工作。對于預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，主要是測試和控制橋梁結(jié)構(gòu)縱向應(yīng)力。因此，布點時，傳感元件沿縱向(橋的里程或樁號方向)布置，用鐵絲捆扎在主梁縱向鋼筋的上(下)緣。

4.2 傳感元件測試原理及其應(yīng)變測量

混凝土應(yīng)力測試傳感元件類型較多，目前通常使用鋼弦應(yīng)變計，其測試效果較好。鋼弦傳感器應(yīng)變與頻率間的關(guān)系通常是以標(biāo)定表和折線圖的形式給出的，用二次曲線或三次曲線進行最小二乘擬合，便能得到較好數(shù)學(xué)表達式。

綜上所述，對大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測，至今仍有不少問題沒有更好的解求方法。在科學(xué)的方法沒有建立之前，經(jīng)驗的積累十分重要。當(dāng)前由于工程發(fā)展需要，正推動這項測試工作不斷開展，在這大好的時機中，只要堅持不斷地實踐，不斷地分析總結(jié)，不斷地試驗探索，必將使混凝土橋梁施工應(yīng)力測試工作更快地走向完善。