剛構(gòu)連續(xù)梁橋施工中線形控制研究

鄭曉榮

(中鐵十二局集團(tuán)公司第三工程有限公司，山西太原 030024)

0 引言

剛構(gòu)連續(xù)梁是20世紀(jì)80年代于西方國家興起的公路橋梁體系，是將連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了橋梁質(zhì)量的升級。我國山區(qū)地形條件比較復(fù)雜，高山、深溝、陡坡等的錯綜復(fù)雜正好為高墩大跨剛構(gòu)連續(xù)組合梁橋的應(yīng)用提供了廣闊的舞臺。剛構(gòu)連續(xù)組合梁橋通常采用平衡懸臂施工的方法，為適應(yīng)地形需要并以技術(shù)升級來減少工程投入，橋梁在設(shè)計施工時一般選用高墩身、大跨徑以及趨于薄壁化的箱梁，這就使得橋梁整體結(jié)構(gòu)的柔度增大、剛度下降，再加上環(huán)境、地質(zhì)、水文等因素的影響，使得橋梁的受力和變形極為復(fù)雜［1］。為保證橋梁的最終合龍、成橋線形、應(yīng)力等符合設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)安全、可靠，必須對施工過程中的變形、應(yīng)力和安全性進(jìn)行監(jiān)測和控制。本文即以新建山西中南鐵路通道工程ZNTJ-1標(biāo)段的康寧南川河特大橋為例展開研究，通過對其施工線形的影響因素進(jìn)行分析、控制和監(jiān)測，以期為橋梁的施工質(zhì)量和安全提供保證。

1 剛構(gòu)連續(xù)梁橋施工模擬計算

1.1 背景工程概況

以新建山西中南鐵路通道工程ZNTJ-1標(biāo)段的康寧南川河特大橋為例展開研究，橋梁布置如圖1所示，從圖中可以看出，該段橋梁采用(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)箱梁，在3號墩頂位置設(shè)置固定支座，主梁采用單箱單室截面，建立坐標(biāo)軸X，Y，Z三個方向的預(yù)應(yīng)力體系，頂板寬11.81 m，底板寬6.7 m，翼緣板懸臂外側(cè)2.555 m、內(nèi)側(cè)3.35 m。箱梁根部梁高7.0 m。

圖1 橋梁布置圖（單位：mm）

該橋的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為:鐵路等級為國家Ⅱ級，設(shè)計行車速度為120 km/h，抗震設(shè)防級別為7度。11.81 m的橋面寬度包括:防撞墻、電纜槽、防撞墻、行車道、防撞墻、電纜槽、防撞墻。在本工程實例中，主橋箱梁施工采用懸臂分段澆筑法，每個主墩的T形結(jié)構(gòu)分為0號托(支)架現(xiàn)澆段、10對懸澆段、中跨合龍段、邊跨11號段、邊跨合龍段、邊跨現(xiàn)澆段，邊跨、中跨合龍段長度均為2 m，合龍按照先中跨、后邊跨的順序依次進(jìn)行。

1.2 虛擬模型建立

本文選擇Midas/Civil軟件進(jìn)行建模分析，通過在軟件中進(jìn)行建模、網(wǎng)格劃分等，將該橋梁段劃分為213個單元，其中主梁187個，其截面為1.8次方拋物線變截面單元。加載時將202根鋼束作為預(yù)應(yīng)力施加，不考慮樁基變形，模型可以大致等價為豎向位移約束的鉸支梁。建立的虛擬模型如圖2所示。

圖2 虛擬模型

2 影響線形因素的分析

2.1 影響線形的因素

本文在Midas/Civil軟件中建模計算時，所采用的參數(shù)都是以設(shè)計單位的要求標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場工地實驗室的數(shù)據(jù)來選取的。而在實際的施工過程中，由于各方面因素的影響，各參數(shù)的值都會有所出入和變化。為了找出對線形影響程度最大的參數(shù)，并進(jìn)行重點跟蹤識別和控制，本文在此將對大跨徑預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)連續(xù)組合梁橋有線形影響的主要參數(shù)羅列在表1中進(jìn)行比較［2］。

2.2 施工過程參數(shù)對線形的影響

結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析的一般流程為:選擇與成橋線形直接相關(guān)，且具代表性的參數(shù)→將這些指標(biāo)作為自變量設(shè)置變化幅度→觀察由此引起的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力變化情況→根據(jù)各個參數(shù)對結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響的敏感程度給出主次判定［3］。但是由于不同參數(shù)的擾動范圍以及參數(shù)對不同塊段影響程度都存在較大差異，所以僅從擾動前后的撓度差值比較是無法準(zhǔn)確得出反應(yīng)參數(shù)對結(jié)構(gòu)的敏感程度的。

表1 影響線形的主要參數(shù)

本節(jié)總結(jié)了對線形影響較為顯著的梁段自重、彈性模量、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失等幾個重要參數(shù)，如表2所示。

表2 施工參數(shù)對線形的影響

本文結(jié)合工程背景確定采用2.5%，5%，7.5%，10%，15%的參數(shù)變化幅度，選定A0橋墩最大懸臂狀態(tài)下各個節(jié)點的位移為控制目標(biāo)，通過引入敏感度系數(shù)S=|Δdz/dz|/r的定量計算，通過Midas/Civil軟件進(jìn)行求解運算，得到各參數(shù)對懸臂梁端線形的敏感度系數(shù)分別為:容重9.0影響最大，彈性模量1.0次之，其余參數(shù)均在1.0以下影響較小。

在實際施工過程中，需要對混凝土的容重進(jìn)行監(jiān)控，以保證混凝土的澆筑質(zhì)量，防止發(fā)生超方和脹模。

2.3 溫度對線形的影響

在懸臂施工的過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化的時候，會造成主梁標(biāo)高的測量放樣產(chǎn)生誤差，并進(jìn)而導(dǎo)致主梁合龍困難;同時日照不均勻也會引起主梁水平向的撓曲;另外日照角度的變化也會使墩身發(fā)生彎曲，以上三點都會對主梁線形產(chǎn)生影響。在本工程實例中，當(dāng)溫升和溫降較大時，中跨跨中拱起和下?lián)峡蛇_(dá)到30 mm左右。

在實際施工過程中，可以采用以下措施來減小溫度對線形的影響:日出之前進(jìn)行撓度及標(biāo)高測量;在箱梁內(nèi)布設(shè)溫度、應(yīng)力傳感器，定時采集溫度、撓度值，進(jìn)行分析并修正其影響。

3 工程實例線形控制

3.1 線形控制方法

總體來說，剛構(gòu)連續(xù)梁橋的線形控制是通過監(jiān)測各箱梁節(jié)段的豎向撓度和橫向偏移，對已經(jīng)發(fā)生的偏差進(jìn)行分析并確定調(diào)整方法，以提高下一節(jié)段的施工質(zhì)量，通過“施工→監(jiān)測→分析→修正”這個過程的循環(huán)，最大限度的使橋梁線形滿足要求。

在實際施工中，按照圖3所示在各個梁段布置測點測量其撓度，經(jīng)過誤差分析后，為下個節(jié)段的施工提供合理的立模標(biāo)高來完成一個循環(huán)。

3.2 線形控制

橋梁各塊段的立模標(biāo)高=設(shè)計標(biāo)高+預(yù)拱度+施工調(diào)整值，其中，預(yù)拱度是為抵消各種荷載對線形的影響而預(yù)先設(shè)置的余度。通過分析計算得到本工程實例的施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度曲線，再將二者疊加得到最后的總預(yù)拱度曲線如圖4所示，從圖中可以看出，整個線形平順，沒有異常起伏，這說明線形的控制效果較好，橋梁施工正常。

圖3 梁段撓度觀測點布置

圖4 總預(yù)拱度曲線

4 結(jié)語

剛構(gòu)連續(xù)梁橋在施工過程中的線性控制涉及面較廣，限于篇幅，本文只對其中的部分內(nèi)容進(jìn)行了研究，除此之外對線形有影響的還有合龍順序，成橋后的收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失等等方面，線形控制中還有預(yù)埋制作偏移量的設(shè)計等等內(nèi)容，需要下一步進(jìn)行深入研究。

［1］ 蘇小敏.三孔剛構(gòu)連續(xù)梁懸臂澆注施工技術(shù)［J］.職業(yè)圈，2007(4)：51-52.

［2］ 徐建富，余 毅.多跨剛構(gòu)連續(xù)梁組合橋上部結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控［J］.世界橋梁，2011(4)：17-18.

［3］ 張小彬.連續(xù)梁施工掛籃主構(gòu)架地面預(yù)壓技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(6)：39-40.