洋里高架橋施工中線形控制的研究

郭南華，郭建濤，高 杰

(1.福建船政交通職業學院;2.北黑高速公路J6監理辦)

洋里高架橋施工中線形控制的研究

郭南華1，2，郭建濤1，2，高 杰1，2

(1.福建船政交通職業學院;2.北黑高速公路J6監理辦)

大跨度連續箱梁橋施工過程受到較多敏感的因素如混凝土的彈性模量、強度、收縮徐變、溫度等的影響使得施工較為復雜，故而施工控制成為必要，其中施工控制中的線形控制是極其重要的一個內容。良好的橋梁線形控制，在一定范圍內能保證該橋受力與設計要求相吻合。以福建省福州國際機場高速工程中的洋里高架橋施工中線形控制為研究背景，探析了前進分析與軟件模型相結合在該橋橋線形控制的應用。

連續箱梁;線形控制;前進算法

1 工程背景

洋里高架橋是福建省福州國際機場高速公路上的一座連續梁橋，其位置處在福建省福州市光明港河畔，臨近光明港公園。變截面連續箱梁跨徑為:45 m+80 m+45 m，布置圖見圖1。

圖1 洋里高架橋立面布置圖

設計標準。

(1)設計荷載:公路－I級。

(2)設計車速:100 km/h。

(3)橋面寬:整體式雙幅橋:2×(0.5 m防撞欄+凈15.50 m+0.5 m 防撞欄)。

2 施工中線形控制的誤差參數分析

2.1 線形控制

線形控制不僅是橋梁施工控制的重要組成部分，而且也是控制工作中難度相對較大的部分，線形控制是確保橋梁施工宏觀質量的決定因素之一，線形控制是施工監控是橋梁建設的安全保證同時也是橋梁運營中安全性和耐久性綜合監測系統的關鍵內容。本項目線形控制的流程如圖2所示。

橋梁線形預測與調整是橋梁施工控制計算和分析的主要內容之一。在橋梁施工控制中，對于設計參數誤差的調整就是通過量測施工過程中實際結構的行為，分析結構的實際狀態和理想狀態的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設計參數誤差，來達到控制橋梁結構的實際狀態與理想狀態的偏差，使結構的成橋狀態與設計相一致。

因此，線形控制工作的重點是根據當前施工階段結構的實際狀態進行正裝計算至成橋狀態，預告今后施工可能出現的變形狀態，形成施工線形控制的兩大任務，即結構標高的前期預報和后期調整。

2.2 誤差分析

誤差分析是施工監控的難點，也是施工監控三大系統中相對最不成熟的部分，主要原因是測試數據較少而影響因素較多的矛盾引起的。對于洋里高架橋的線形控制中的誤差參數來源可歸納為如下幾點。

圖2 線形控制的流程框架

(1)混凝土收縮，徐變等變形差異。

(2)混凝土自身材料容重，彈性模量等的離散性。

混凝土的容重和彈性模量的誤差勢必會引起結構剛度的變化，結構剛度誤差對施工控制質量的危害較大。

(3)掛籃及模板定位誤差。

由于掛籃和模板是一個龐大的結構物，加上掛籃本身剛度的影響，實際施工時掛籃和模板位置很難做到與設計一致。掛籃模板定位包括外模板和內模板的定位，外模板決定了梁底標高，而內模板決定了橋面的標高。掛籃定位是控制主梁標高最重要也是最直接的手段，定位時只要認真負責，并且掛籃在設計上是合理的，掛籃定位誤差能夠控制在允許范圍以內。

(4)懸臂施工掛籃作用在箱梁上的反力，施工荷載等。

由于施工荷載隨機性較大，只能通過實地觀察，估計橋面荷載的重量以及位置，在計算數據中考慮。如果能準確估計第一類荷載的重量，并且隨時記錄第二類荷載堆放的時間和重量，是能夠在計算中消除此類誤差的。由于臨時荷載是隨機的，如果把每一種荷載影響作為荷載工況輸入跟蹤計算，并不方便。一般情況下，可先試算，將各種荷載影響的結果算出，作為修正值現場修正會比較方便。

(5)各梁段預應力的實際張拉力與理論值之間的差異等。

預應力束張拉誤差一方面由張拉千斤頂的油壓表讀數誤差引起，另一方面由各種預應力損失引起。預應力損失包括:①管道摩阻力，②錨具損失，③溫度損失，④鋼絲松弛，⑤徐變損失。

(6)合攏順序的變化。

(7)溫度影響。

溫度影響是施工控制中較難掌握的因素，這主要是因為溫度始終變化無常，而且在同一時刻，結構各部分也存在溫差。所以，在結構計算中一般不把溫度影響作為單獨工況，而是將溫度影響單獨列出，作為修正。溫度測量也比較困難，一般情況下，只能測氣溫，而氣溫和結構溫度是有很大差別的。

溫度影響產生橋梁撓度變化有兩種情況:均勻溫差、箱梁內外側的相對溫差。溫度變化雖然隨時存在，但其對施工控制的危害主要表現在掛籃定位時，選擇夜間或者早晨進行掛籃定位比較合適。溫度影響變化無常，每座橋都有各自特點，所以施工控制前必須加強觀測，及時掌握規律，盡可能排除溫度影響。如果能掌握溫度引起撓度的變化規律，可以將掛籃定位安排在任意的時間進行，對于加快施工進度是有好處的。

在施工過程中關于在線形控制中的誤差標準在滿足相關規范的要求外，我監控方還進行細化、量化且更加嚴格化。做到掛籃定位標高與預報標高之差控制在1 cm以內，預應力張拉完成后，如梁端測點標高與控制小組預報標高之差超過2 cm，需經研究調整方案后，確定下一步的調整措施。

3 前進算法在實際工程中的應用

3.1 前進算法分析的原理

隨著施工階段的推進，結構形式、邊界約束、荷載形式在地改變，前期結構將發生徐變，其幾何位置也在改變，前一階段的結構狀是本次施工階段結構分析的基礎。這種按施工階段前后次序進行的結構分法稱為前進分析法。前進分析法能較好的考慮與橋梁結構形成歷程有關的一些影響因素，如構的非線性問題及混凝土收縮、徐變。對于大跨徑橋梁，只有通過前進分析算才能了解結構在各個施工階段的位移和受力狀況。

前進分析法特點如下。

(1)只有根據詳細制定的施工方案中確定的施工加在順序進行，才能結構中間階段或最終成橋階段的實際變形和受力狀態。

(2)以符合設計要求的實際施工結果倒退到施工的第一階段作為結構進分析的初始狀態。

(3)前一階段的計算結果是本階段結構分析的基礎，前一階段結構位移是本階段確定結構軸線的基礎。以前各施工階段結構受力狀態是本階段結構時材料非線性計算的基礎。

(4)對于混凝土徐變、收縮等時差效應，在各施工階段中逐步計入。

(5)在施工分析過程中計入結構幾何非線性效應。

在洋里高架橋線形控制采用前進算法，運用Dr.Bridge專用分析軟件，并根據高強混凝土現場收縮徐變，建立了相應仿真分析模型，得施工過程中變形、仿真分析結果，用于指導施工。

3.2 洋里高架橋線形標高理論控制值與實測值的對比

洋里高架橋運用Dr.Bridge軟件采用正裝分析法，考慮誤差因素對線形控制的影響，建立了相應仿真分析模型(如圖3所示)，得出各節點每個施工階段撓度及累計撓度，用于指導橋梁線形施工監控。

圖3 洋里高架橋橋博仿真分析模型

洋里高架橋在線形控制中每個節段的斷面上均設置3個實測點，實測點如圖4所示。

圖4 標高測點布置圖

洋里高架橋通過橋博軟件結合前進算法的分析得到的各節段的控制標高與實測的標高對比如下圖(圖5～圖10)所示。

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅2#墩1測點的標高通過前進正裝法結合分析軟件預測節段的立模標高，于總體上較為精準。其中誤差最大值出現在節段12位置，差值達到了12 mm，其出現如此大差值的最大可能原因為掛藍定位誤差。

圖5 洋里高架橋左幅2#墩大樁號側1測點標高對比

圖6 洋里高架橋左幅2#墩2測點標高對比

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅2#墩2測點的立模標高，于總體上較為精準。其中誤差最大值出現在節段12位置，差值達到了10 mm。

圖7 洋里高架橋左幅2#墩3測點標高對比

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅2#墩3測點的立模標高，其中誤差最大值出現在節段4位置，差值達到了12 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

圖8 洋里高架橋左幅3#墩1測點標高對比

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅3#墩1測點的立模標高，于總體上較為精準。其中誤差最大值出現在節段8位置，差值達到了15 mm。

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅3#墩2測點的立模標高，于總體上較為精準。其中誤差最大值出現在節段6位置，差值達到了18 mm。

圖9 洋里高架橋左幅3#墩2測點標高對比

圖10 洋里高架橋左幅3#墩3測點標高對比

從本圖數據中可以看出洋里高架橋左幅3#墩3測點的立模標高，其中誤差最大值出現在節段6位置，差值達到了15 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

通過上述圖5～10的對比可以看出，前進算法結合分析軟件模擬各節段的施工并計算各節段的立模標高，在實際應用中其結果可靠，誤差值(最大差值為18 mm)均可控制在施工控制容許的誤差限值(20 mm)，滿足工程精度要求。

4 結論

采用前進算法，運用Dr.Bridge橋梁結構分析軟件，根據現場高強混凝土試驗，掛籃預壓試驗等，并根據施工圖設計中橋梁截面等尺寸、配筋及預應力情況及實際施工工藝，建立了相應仿真分析模型，得出各節點每個施工階段撓度及累計撓度，用于指導橋梁線形施工監控。研究結果表明，通過仿真分析所取得的結果可以有效的指導施工。

洋里高架橋施工控制表明其建模精確，參數選取合理，有力保證了橋梁結構安全和穩定，避免了橋梁施工過程的安全、質量隱患，規避了不必要損失。

［1］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］向中富.橋梁施工控制技術［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］蔚建華.預應力混凝土橋梁施工技術要點［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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1008－3383(2011)12－0055－03

2011－10－12