大跨度變截面連續梁橋施工控制

許孛皋 張三九

大跨度變截面連續梁橋施工控制

許孛皋 張三九

以某大跨度變截面連續梁橋為背景,利用橋梁通用軟件“橋梁博士”3.0版軟件進行了理論分析,并結合現場監測結果,總結了大跨度變截面連續梁橋施工控制的方法,以期為類似橋梁提供指導。

連續梁,施工控制,懸臂施工,有限元模型

1 概述

由于大跨度連續梁橋施工過程復雜,所采用的施工方法、材料性能、澆筑程序及立模標高等都直接影響成橋的線形與內力,如果施工過程中梁體撓度控制不嚴,橋梁線形不順,不僅影響梁體表觀質量,合龍難以進行,而且影響穿束工作,增加鋼束張拉阻力,甚至增大梁體扭矩。因此,為保證結構體系轉換時的合龍精度和成橋運營狀態下的線形,必須對撓度進行精確計算和嚴格控制。再者施工現狀與設計的假定總會存在差異,為此必須在施工中采集需要的數據,及時掌握結構實際狀態,并通過修正計算,對澆筑主梁立模標高及軸線位置給予調整與控制,使成橋后線形滿足設計要求。

2 工程背景

以一座(52.5+2×80+52.5)m四跨一聯預應力混凝土變高度連續梁為背景,論述了懸臂施工連續梁橋的主要施工控制方法。該橋箱梁采用單箱單室結構,箱梁跨中梁高 2.5m,支點梁高4.5m,梁體采用斜腹板,箱梁頂板寬 9.3m,橫向為平坡,箱梁底板梁端及跨中合龍段處寬為 5.0m,其余位置隨梁高而變化,水平放置。箱梁梁體兩翼懸臂長度為1.8m,全聯頂板厚度保持不變,均為 25 cm。底板為變厚度,中墩支座處為 65 cm,梁端支座處為40 cm,跨中為 30 cm。腹板亦為變厚度,中墩支座位置附近腹板厚為 65 cm,梁端為 55 cm,除腹板變化段外,其余均為 40 cm。橫隔板沿梁全長共設置 5道,端支點隔板厚度為 90 cm,中墩支點隔板厚度為 250 cm。采用掛籃懸臂施工。

3 有限元模型的建立

采用先進的專用程序“橋梁博士”3.0版和 MIDAS6.5軟件進行理論分析。為了與設計值進行比對,梁體單元劃分與設計圖紙節段單元基本一致,主橋全橋共有 83個節點,82個單元。主橋全橋有 3種材料特性,11種截面幾何特性,節段施工 10 d。

根據定性分析確定初步的橋梁施工程序,按初步確定的施工程序進行計算,根據計算結果調整初步確定的施工程序,反復進行,最終確定有限元模型中按 42個計算步驟計算工況,每個計算步驟均反映了現行設計的每個施工過程。

4 主梁線形和應力控制

4.1 立模標高計算

大跨度連續梁橋懸臂施工過程中,施工控制的關鍵是撓度控制。撓度控制的目的是：根據計算結果和各階段實測數據,并與設計計算結果對比,調整梁段預拱度值(在立模標高計算中體現),確保成橋線形符合設計要求,保證合龍精度。根據計算活載撓度值,階段掛籃彈性變形,自重、預應力以及混凝土收縮徐變引起的懸臂前端撓度值等,主梁懸臂澆筑段的各節段立模標高可按下式計算：

其中,Hlmi為節點 i(待澆筑段箱梁底板前端點)立模標高;Hsji為節點 i的設計標高;∑fdi為節點 i在施工過程中由恒載引起的該點向下的累計撓度值,包括箱梁結構自重、預應力及收縮徐變(包括成橋后 1 500 d徐變時間)引起的撓度;fli為節點i由靜活載引起的向下的撓度值;fgl為掛籃彈性變形值,由掛籃預壓及高程實測確定。

在掛籃懸澆施工過程中,掛籃彈性變形是預拱度設置中必須考慮的因素。在本橋施工過程中,采用下面的公式來推算掛籃的實際變形值：

其中,ff為澆筑第 n號塊件時掛籃的彈性變形值;Δfn,Δfn-1,Δfn-2分別為澆筑第 n塊混凝土后第 n,n-1,n-2號梁段前端的變位;ln,ln-1為第 n,n-1號梁段長度。

需要注意的是,Δfn是混凝土底模前端的變位,是本節段掛籃定位標高與澆筑混凝土后標高的差值,它包括由已施工節段定位引起的剛體位移和掛籃的彈性變形兩部分。當ln-1=ln時,由公式(2)得出：

4.2 主梁線形監測方法

利用大橋兩邊大地控制網點,使用后方交匯法,用全站儀測出墩頂測點的三維坐標。將墩頂標高值作為主梁高程的水準基點,每一墩頂布置一個水平基準點和一個軸線基準點,每一工況下的測試值與初始值之差即為該工況下的墩頂變位。

布置 0號塊高程觀測點是為了控制頂板的設計標高,同時也作為以后各懸澆節段高程觀察的基準點。0號塊的頂板共布置1個水準控制點和 6個測點,為方便得到梁底標高,亦可在箱梁里面的墩頂橫隔板處加設一個水準控制點。0號塊測點位置如圖 1所示。

每個梁段均在懸臂前端布置 6個測點進行測量,其布置如圖 2所示。并分別在調整模板標高時、綁扎鋼筋后、混凝土澆筑后、預應力張拉后進行測量。

4.3 主梁應力監測方法

采用埋入式振弦式應力計配合讀數儀,測量精度控制在±0.2MPa以內。將埋設的應力計測點按預定的測試方向固定在主筋上,將所有測點導線引出到箱梁頂面。每一施工節段澆筑混凝土后、預應力張拉后均進行應力測試。針對可能引起應力超標的結構參數,向施工單位提出調整措施,以確保整個施工過程及成橋后應力滿足設計和規范要求。

測點布置：墩頂截面布置 10個應變測點,其中腹板兩個應變測點與水平方向成 45°布置,其余全部為順橋向布置,如圖 3所示;邊跨的合龍段,1/2L,中跨的 1/4L,1/2L控制截面,每個截面布置 4個測點,如圖 4所示。

5 主梁線形和應力監測結果

1)從施工過程線形控制結果來看,該橋懸臂澆筑施工立模標高誤差大部分控制在 ±5 mm內,各工況下其變化值控制在±10mm,滿足規范要求;各階段實測值與理論值較為吻合,說明結構模型和理論分析方法準確。

2)在施工過程中,主橋應力、應變均控制在允許范圍內。通過對各控制截面在各種工況下的應力監測結果可以看出相應截面的應力分布也基本對稱,說明在橋梁施工過程中,主墩兩側的受力基本對稱。從各截面的應力變化來看,應力的變化趨勢和理論值吻合較好,從應力大小來看,各截面均受到壓應力作用,應力最大值小于 12MPa,且頂面應力大于底面應力,腹板處應力大于中心線和翼緣應力。

6 結語

利用橋梁通用軟件“橋梁博士”3.0版和 MIDAS6.5軟件進行理論分析,并結合現場監測結果,可得出如下結論：

1)該橋懸臂澆筑施工立模標高誤差控制在±5mm內,各工況下其變化值控制在±10mm,滿足規范要求;

2)各施工工況下,實測各截面的應力在控制范圍內,各階段實測值與理論值較為吻合,說明結構模型和理論分析方法準確;

3)該橋兩中跨合龍高差均在 10mm以內,小于規范限值,實現了高精度合龍,順利完成體系轉換,支座設偏量正確,成橋后的梁體線形美觀,滿足設計及規范要求。

[1]向中富.橋梁施工控制技術[M].北京：人民交通出版社,2003.

[2]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社,2000.

[3]詹 輝,王桂玲.淺談連續剛構橋施工控制實踐[J].山西建筑,2009,35(9)：302-303.

Construction control of long-span continuous girder bridge w ith variable cross-section

XU Bo-gao ZHANG San-jiu

In this paper,based on a long-span continuous girderbridge with variable cross-section,general software“Doctor Bridge 3.0”is used for theoretical analysis and combined with field monitoring resu lts,construction controlmethods are obtained,which can provide guidance for other similar bridges.

continuous girder,construction control,cantilever construction,finite elementmodel

U 448.215

A

1009-6825(2011)03-0183-02

2010-10-05

許孛皋(1983-),男,助理工程師,天津城建設計院有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000

張三九(1979-),男,助理工程師,廣州市市政工程維修處路橋機施公司,廣東 廣州 510250

建筑節能