大跨徑、變截面預應力混凝土連續梁橋的線形控制

摘要：文案以對哈大客運專線金州灣2號特大橋1#懸臂澆筑法上部結構施工控制撓度控制為例，論述了通過利用大型有限元程序建立全橋模型，計算出施工階段的理論立模標高，提出了如何根據橋梁的結構安全和最終線型來確定立模標高，以及在施工中快速有效地確定和預計下一塊段的立模標高，對施工有一定的指導意義。

關鍵詞：連續梁 標高 線形控制

1 工程概述

金州灣2號特大橋1#連續梁為（45+3x70+45）m五跨預應力連續箱梁，梁長300m，為三向預應力體系。橋梁計算跨徑為（45+3x70+45）m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.75m。梁體變高段按二次拋物線Y=4.5+X2/341.333m變化。連續梁采用單箱單室變截面變高度結構。箱梁頂寬11.75m，箱梁底寬6.4m，頂板厚度45cm，底板厚度42至100cm，按直線變化，頂板懸臂板全橋厚度不變。

2 線形控制

2.1 必要性 通過多跨鋼筋混凝土預應力連續梁對高次超靜定橋跨結構進行處理，其成橋的梁部理想的幾何線型與合理的內力狀態依賴于科學合理的施工方法，還受設計的影響。通過施工過程中在建筑時進行控制或者利用調整主梁標高的方式獲得預先設計的幾何線型，這是進行連續梁橋施工時的關鍵所在。

施工中可能出現的各種情況盡管在設計時已經進行了考慮，但是在施工過程中由于出現的事先難以精確估計和預料的諸多（如結構自重、混凝土收縮徐變系數、材料的彈性模量、施工荷載、溫度影響等）的隨機影響因素，以及施工過程中，由于施工方式和儀器測量等方面都會產生誤差，使得實際結構的理論設計值與實際測量值之間難以完全保持一致，導致兩者之間存在一定的偏差。在施工過程中由于某些偏差（如主梁的豎向撓度誤差）具有累加的特性，此時，如果不及時有效地對誤差進行調整，隨著工程的進展，梁的懸臂長度逐漸增加，導致主梁的實際標高與設計值會出現明顯的偏離，影響成橋的線形，造成合龍困難。特別是通過懸臂施工技術對大跨度橋梁進行施工時，在施工過程中如果沒有及時發現和處理不合理誤差，造成主梁的線形發生積聚進而超出原設計的安全狀態導致發生施工事故。因此，在施工過程中對橋梁結構要進行實時監測，根據監測結果對施工過程中的控制參數進行相應調整。在已經投入使用的橋梁中就曾經出現過因為在施工過程中對誤差調整不到位，使主梁線形出現不和順的現象，影響了橋梁的使用壽命。

2.2 目的 對于懸臂施工的預應力砼連續箱梁橋結構來說，所謂線形控制，是指按照施工過程中監測的結構參數的真實值進行施工階段的模擬仿真分析，按照仿真分析結果確定每個懸臂澆筑階段的立模標高，此立模標高調整包括兩個方面：一是橋梁整體受力考慮的預拱度；二是塊段澆筑施工過程中調整預拱度，在施工過程中對出現的誤差按照施工監測的結果，進行分析和優化，并對下一立模標高進行實時的調整，實現施工-觀測-分析-調整-施工不斷優化調整的循環過程，確保竣工后的橋面線型與合攏段兩懸臂端標高的相對偏差在規定值的范圍內。

2.3 原理 在實際施工過程中，混凝土容重、箱梁截面尺寸、混凝土彈性模量、張拉預應力的效果、施工溫度、混凝土的收縮徐變等諸多因素，不可能與設計理論值完全符合，會與事先估計的理想狀態存在一定差別，導致實際形變與理論形變之間存在一定差異，這些差異會使橋梁發生形變，使成橋竣工標高偏離設計標高。鑒于此，應結合現場條件，在工程建設過程中對設計模型的理論值進行合理的調整，確保其符合現場施工要求；依照調整后的模型計算出新的立模標高，以期將實際標高控制在設計范圍以內。所以說，應結合現場施工條件全面監控橋梁的實際標高，將實際觀測變形與理論計算變形作比照，實時監測結構變形量，通過優化理論模型控制誤差，準確把握結構的變形規律，通過合理調整立模標高來控制橋梁的實際標高。

3 確定立模標高

3.1 設計標高 設計標高，即正常使用情況下橋梁的標高。設計標高應符合鐵路縱斷面的線型設計。橋梁的設計標高也可以是橋梁投入使用后承受1/2靜活載時的實際標高。文中所說的“竣工多年（一般為3～5年）以后”是橋梁不再有明顯的后期變形現象，是為了確保混凝土后期收縮徐變基本完成；所謂“承受1/2靜活載”就是指模擬橋梁正常使用情況下的活載狀況。

施工過程中控制橋梁標高，目的是使橋梁的線形設計達到設計要求，因此對標高進行監控是設計標高的根本依據。

3.2 竣工標高 竣工標高，即橋梁竣工時的成橋標高。

H=H+f

式中，H——橋梁竣工標高，i表示橋梁縱向位置，以下相同；

H——橋梁設計標高；

f——橋梁完工后，混凝土后期收縮徐變會引起橋梁變形，經計算求得控制載面的撓度最大值，按拋物線沿跨長分布，以向下為正。

3.3 絕對高程法確定立模標高 立模標高與成橋設計標高存在差距，必須設定一定的預拱度，以抵消施工過程中產生的各種變形。

H=H+F+F+F

式中，F——第i階段混凝土澆筑后，由于混凝土后期收縮徐變造成橋梁變形，經計算得出控制載面的撓度最大值，按拋物線沿跨長分布，以向下為正。

F——結構某一點在立模后，由于后續的施工建設使該點發生形變，直至成橋竣工階段才可停止發生形變。因而將它記作 （取向下為正）；

F——施工i階段掛籃變形值。

根據成橋標高控制立模標高。現階段，大多數施工單位都根據設計標高來評定成橋竣工的標高。從以上可以看出，雖然標高監控的根本依據是按照設計標高進行的，對于大橋標高監控成果通常不便直接采用設計標高進行及時有效的評價。

由于上式主要依據絕對高程的形式計得立模標高，所以將其稱之為立模標高的絕對高程形式。立模標高的各個節段均為獨立計算和放樣，因此放樣誤差不累積是該方法一大特點。由此可推斷，某一梁段放樣結果不會對下一梁段放樣結果產生影響。

4 建立模型

采用大型有限元軟件MIDAS對全橋進行模擬試驗。由于該橋梁屬于五跨連續式梁橋，橋型為（45+3*70+45）m，可通過軟件按以下操作流程進行模擬試驗：先進行結構離散，把全橋分為108個節點和107個單元，對連續梁施工過程利用56個施工階段進行如實模擬。以綁扎鋼筋-澆筑混凝土-預應力張拉-掛籃走行建立一個施工循環，直到全橋合龍。模型如下圖所示：

5 結語

本案通過分析了施工過程中結構的變形情況，并闡述了施工中確定立模標高的方法。通過利用對已施工梁段的量測反饋，進行對大跨度橋梁的撓度預測，為下一階段的施工做好準備，進行實時控制，減少誤差，取得較高的預測精度，較好地指導施工。

參考文獻：

[1]梁立農，韓大建.大跨徑混凝土梁橋設計新思路[J].公路，2007（02）.

[2]陸琦.軌道交通工程橋連續梁的施工技術探討[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2011（07）.

[3]黃新哲.大跨徑梁橋長期撓度的控制技術研究[J].價值工程，2011（22）.