連續剛構橋梁預拱度影響因素分析及控制

周文濤

徐州市養護應急處置中心，江蘇 徐州 221008

大跨徑預應力混凝土連續剛構橋梁在懸臂施工過程中，最困難的任務之一就是預拱度的控制，科學合理的確定懸臂每一待澆梁段的預拱度至關重要。只有合理設置，嚴格控制預拱度，才能保證同一跨徑內將要合龍的兩個懸臂端處于同一水平面上，才能使橋梁上部結構在經歷施工和運營狀態后，達到設計期望的標高線形。因此，在施工過程中應嚴格控制橋梁的預拱度。

案例分析：主橋采用（56+100+56）米三跨變截面預應力混凝土連續箱梁。引橋采用25m裝配式部分預應力混凝土連續箱梁，主橋采用平衡對稱懸臂逐段澆注施工，各單“T”箱除0、1號塊外分為13個對稱懸澆梁段，縱向長度分別為4*3.0+4*3.4+5*4.0m，其中0號塊長6.8m。懸臂現澆梁最大140.3t，掛籃自重按70t考慮。

懸臂澆注完成后，相鄰兩懸臂端的相對豎向撓度差不大于2cm，根據觀測，實際控制結果小于3mm，達到預期效果。

1 預拱度的確定

主梁懸澆段的各節段立模標高可按下式確定

式中：Hi為待澆筑段主梁底板前端底模標高;H0為該點設計標高；fi為本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值；fi預為本施工段頂板縱向預應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、結構體系轉換、二期恒載、活載等影響值。設計圖紙一般根據規范規定參數進行計算給出預拱度值，在實際施工過程中應對計算預拱度進行調整和預測，確定最佳預拱度。依據該原則獲得設計預拱度如下表：

主橋設計預拱度表

2 預拱度的影響因素

影響梁體預拱度的因素根據施工過程主要有以下幾種：

1） 單T形成階段由以下因素產生的懸臂撓度

梁段混凝土自重；掛籃及梁上其它施工荷載作用；張拉懸臂預應力筋的作用。

2） 合攏階段，將繼續發生以下因素產生的連續撓度

合攏段混凝土重量及配重作用；模板吊架或梁段安裝設備的拆除；張拉連續預應力束的作用。在以上過程中，同時還會發生由于混凝土彈性壓縮、收縮、徐變、預應力筋松馳、孔道摩阻預應力損失等因素引起的撓度。

2.1 梁體撓度控制

影響箱梁撓度值的主要有掛籃變形、梁體自重、混凝土收縮與徐變、預應力張拉、溫差變化及活載作用等因素引起的變形。設計要求：合攏時兩懸臂端高程相對誤差不得大于2cm，中線偏差不大于1cm。因此，施工中加強工序管理和各施工階段的變形觀測，及時調整掛籃預拱值來嚴格控制撓度。

1） 掛籃變形分非彈性變形和彈性變形。在掛籃拼裝好以后投入使用之前, 測得某控制點標高為H 1 ,然后進行壓重, 模擬掛籃受力狀態, 測得控制點標高為H 2。撒除壓重, 測得控制點標高為H3，H2～H3 為彈性變形，H1～H3 為非彈性變形。通過試壓可消除掛籃的非彈性變形，掛籃的彈性變形也可通過計算得到，用來復核試壓值。但掛籃的支點變形,主桁銷子的緊密程度等影響掛籃的變形。因此, 施工中工序應嚴格, 勤測量, 及時掌握彈性變形值,調整預拱值；

2） 梁體自重、混凝土收縮和徐變、預應力張拉、溫差變化及活載作用引起的變形, 可通過程序電算而獲得, 但精確計算是非常困難的。由于計算和許多不定因素有關(各段的工期也很難準確估計、各段混凝土間材料性能、溫度及養護等方面的差異)，并且施工中荷載隨時間變化以及梁體截面組成也隨施工進展中預應力筋的增多而發生變化等等。因此，在施工中根據實際情況，不斷調整箱梁施工截面預拱度值,勤觀測, 加強施工控制, 只有這樣,才能獲得滿意的效果；

3） 模板標高值為箱梁設計高程、掛籃變形、澆筑梁段引起懸臂端的彈性變形、混凝土收縮和徐變、預應力施加引起的懸臂端的彈性變形、二期恒載、活載引起變形各項的代數和；

4）各節段預拱度的計算通過軟件電算完成的, 該軟件能模擬橋梁的實際施工過程, 逐階段進行受力分析，并累計各階段的內力和應力及變形等, 求出各階段在該工況下的撓度值；

5）完善施工觀測：澆注前掛籃各控制點、軸線觀測; 澆注過程中的高程和軸線觀測; 澆注后高程觀測（包括已完成施工截面高程）; 預應力張拉后高程和軸線觀測（包括已完成施工截面觀測）。

這些因素均是撓度觀測計算的依據，觀測方法如下：撓度觀測采用自動安平水準儀在每一節段施工完成后與下一節段底模標高定位前的橋面標高觀測，均安排在早晨太陽出來以前進行?；炷翝仓昂箢A應力張拉前后，掛籃行走前后都要進行撓度觀測。溫度觀測是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度包括日溫和季節溫度。由于溫度變化的復雜性，撓度在理想狀態下計算時不可能考慮溫度的影響，溫度的影響只能通過實時的觀測加以修正。

3 預拱度誤差分析

3.1 施工誤差

掛籃懸澆施工中實際結構的每一狀態與計算值出現不一致,即所謂施工誤差。其影響因素主要來自以下幾個方面：

構件性質誤差:構件性質在施工過程中改變, 即混凝土各組成成份、養護條件的改變, 澆注尺寸的變化等都將影響設計參數變異, 從而導致誤差產生，引起混凝土的彈性模量、混凝土容量、徐變系數、張拉預應力等設計參數產生變異, 從而導致產生施工誤差。在上述4種參數中，混凝土的彈性模型、容重參數相對變化簡單些, 而徐變系數參數、張拉力參數變化較復雜, 且對誤差影響較大。

1）混凝土的彈性模量變異產生誤差

彈性模量與各種級配的材料、配合比、齡期、構件的養護條件等有關, 施工中實際值與設計值有一定的差別, 以致引起施工誤差。

2）混凝土容量變異產生誤差

容量主要受到集料比重的影響, 它還受級配、水灰比等的影響。集料的比重等變化, 引起混凝土容重參數變異, 從而造成施工誤差。

3） 張拉預應力的參數變異產生誤差

張拉預應力的大小不是恒值, 在構件使用期間表現為不同的數值, 有些變化是瞬時的或近乎瞬時的, 有些是與時間有關的, 有些則與錨具滑移、混凝土彈性縮短、收縮、徐變、管道摩擦、預應力鋼筋松弛有關。所以, 在施工期間，這些因素與設計計算可造成不一致的問題, 產生施工誤差。

4）徐變系數變異產生誤差

徐變系數參數變異的影響因素較多, 它主要有: 材料的性質、幾何尺寸、溫度、濕度、振搗、養護條件、荷載的性質、加載持續時間、施工周期等等。這些因素將不同程度地引起徐變參數系數變異, 從而造成設計計算選取值與實際數據不一致的施工誤差。

3.2 環境因素影響產生誤差

掛籃施工周期一般較長，外界環境的變化常常導致設計和施工之間存在差異，這些因素導致產生誤差。

1）溫度影響產生誤差

溫度的變化影響, 特別是日照溫差對主梁的結構內力、變形影響最為復雜, 日照溫差常常引起主梁的內力及幾何線形發生變化。

2）風荷載影響產生誤差

施工過程中，風荷載的不均勻性常常導致主梁發生不規律變形，使其施工和設計出現誤差。

3.3 意外因素產生的誤差

主要是人為因素和其它因素產生的誤差。人為的誤操作、測試、測量、計算錯誤等產生誤差, 不正常的氣候等其它因素影響產生的誤差。

4 施工誤差的具體表現

在施工中，設計與施工不一致產生誤差具體表現為：

1）由澆筑混凝土過程中標高值與設計計算值不一致；

2）張拉預應力鋼束引起的主梁標高與設計計算值不一致；

3）施工工序轉換期間, 在各種荷載作用下, 因徐變收縮及其它因素引起的主梁標高與設計計算值不一致。

通過以上分析及對現場各類參數的調整，最終該橋的成橋實測預拱度值如下表所示：

主橋成橋實測預拱度表

經過對該橋設計預拱度和成橋實測預拱度進行對比，各塊段實測數值和設計數值基本吻合，表明該橋預拱度影響因素分析正確，在此基礎上對其控制方法進行相應總結如。

5 預拱度的控制

在施工過程中，確保預拱度的科學性、準確性、及時性，使施工后的線形和內力和設計相吻合， 應從以下幾個方面進行控制：

1）施工觀測與控制

施工放樣：梁段施工時，中線按照設計提供的控制點進行控制測量，立模放樣的測點設在底模板梁段的前緣，立模時將上述立模標高換算成座標標高。在施工過程中對全橋中線和臨時水準點進行定期復核和檢查，確保各個T構的施工測量的準確性。

施工觀測：按照施工順序，每懸澆一段觀測5次，即掛籃就位后澆筑混凝土前、澆筑梁段混凝土后、張拉預應力束前、張拉預應力后、移動掛籃前（即進行下一節段作業前）。

2）參數測定與修正

每一階段施工完畢，對結構模型實際的混凝土養護齡期、節段施工周期、混凝土實際的彈性模量、容重等參數進行修正，參數修正之后，對結構模型再次進行計算，將新的計算結果與實測結果進行比較，從而進行下一階段的調整。

材料參數測量：測量各梁段混凝土的原材料性能、配合比、坍落度、容重等；測量混凝土7d、28d以及施加預應力齡期的彈性模量Eh、強度值Rba及估測徐變系數Φ；實測預應力材料的彈性模量Ey、標準強度Rhy。

環境參數測量：由于施工過程中，溫度的影響比較大，日照溫差則主要引起梁體的豎向變形，這種影響作用在夏天表現得最為明顯，因為夏天晝夜溫差較大。如果前后測量的溫度變化較大，那么測量的結果中就會包含溫差的影響，一般要求測量人員在進行測量時，保持前后測量時間的溫度接近。盡可能要求關鍵施工階段測量工作在日出前進行，這樣測量數據的精度更高，能夠基本上消除日照溫差的影響。

6 結論

連續剛構橋梁的預拱度的控制相對較復雜，采用以上經驗方法進行分析和控制，可以達到設計和施工基本吻合的效果，確保完工后的線形和內力達到設計要求，確保工程質量，同時為同類型橋梁施工提供參考經驗。

[1]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]中華人民共和國交通部.公路橋涵施工技術規范(JTJ041—2000).北京：人民交通出版社，2000.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].人民交通出版社.