預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋懸臂澆筑施工監(jiān)控

陳林海 杜 磊 顏全勝

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東廣州 510640)

0 引言

隨著公路橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，各種預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到廣泛應(yīng)用。連續(xù)剛構(gòu)橋的施工要經(jīng)歷一個長期而復(fù)雜的施工過程。由于施工過程中受到許多不確定性因素［1，3］，包括材料的性能、施工荷載、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度等的影響，造成橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)之間存在差異，因此在橋梁施工過程中有必要對橋梁的實(shí)際反應(yīng)(高程、線形、應(yīng)力等)實(shí)施嚴(yán)格的全過程施工控制，以保證橋梁建造質(zhì)量、確保施工過程的安全，以及成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形等符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況

某連續(xù)剛構(gòu)特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用(125+210+125)m的連續(xù)剛構(gòu)，箱梁0，1號塊采用C60混凝土，其余部位均采用C55混凝土。半幅橋頂板跨度18.5 m，單箱單室斷面，其中箱底寬9.5 m，兩側(cè)懸臂翼緣板寬4.5 m;箱梁根部梁體中心線高H=12.5 m，跨中及端頭梁體中心線梁高H中=4.6 m，箱梁梁高、底板厚度自根部至跨中按2.0次拋物線變化。主梁0號塊長16 m，懸臂0施工節(jié)段長度8@3.0+8@3.5+11@4，其中0號塊采用支架施工，邊跨現(xiàn)澆段長度為18.8 m，其余梁段采用掛籃施工。全橋共設(shè)置3個合龍段，長度均為2 m。主墩墩身采用C40混凝土，采用矩形雙薄壁墩。

2 施工監(jiān)控內(nèi)容

某連續(xù)剛構(gòu)特大橋施工監(jiān)控是理論計(jì)算預(yù)測→按預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行階段施工→階段施工完后測量、處理→按處理結(jié)果進(jìn)行參數(shù)識別、修正→下一階段理論計(jì)算預(yù)測的循環(huán)過程。其工作的主要內(nèi)容分為2個部分:第一部分是數(shù)據(jù)采集，包括預(yù)先在橋上選定截面埋設(shè)各類傳感器，每個施工工況完成后采集數(shù)據(jù)，并在每個施工工況完成時測量橋梁各個選定斷面的標(biāo)高。第二部分是數(shù)據(jù)處理，對采集的數(shù)據(jù)處理后得到下一個施工階段的參數(shù)。

3 仿真分析

3.1 施工階段劃分

某連續(xù)剛構(gòu)特大橋采用通用有限元軟件Midas利用空間梁單元進(jìn)行建模分析，按照過程劃分施工階段，進(jìn)行施工階段分析，主要施工階段如下:

1)完成主墩、過渡墩基礎(chǔ)、承臺及墩身施工;

2)在托架上澆筑0號塊，張拉0號塊預(yù)應(yīng)力，拆除0號塊托架，安裝1號塊掛籃、模板;

3)澆筑1號塊，待養(yǎng)護(hù)5 d后，張拉1號塊預(yù)應(yīng)力，移動掛籃至2號塊，安裝2號塊模板;循環(huán)施工下一塊;

4)待施工至27號塊張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋后，邊跨滿堂架施工，澆筑邊跨現(xiàn)澆段;

5)拆除所有掛籃，安裝合龍段吊架、模板，邊跨合龍，張拉邊跨預(yù)應(yīng)力;

6)拆除邊跨滿堂支架、吊架，安裝中跨合龍段吊架、模板，施加主跨跨中頂推力，中跨合龍;

7)卸載頂推力，張拉中跨預(yù)應(yīng)力，拆除合龍段吊架，上二期恒載等;

8)十年收縮徐變。

3.2 建立計(jì)算模型［2］

采用Midas/Civil將全橋結(jié)構(gòu)簡化為三維空間模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工過程整體計(jì)算，模型簡化見圖1。

圖1 成橋狀態(tài)下橋梁模型軸側(cè)圖

4 監(jiān)控方案

4.1 標(biāo)高控制［6-8］

施工監(jiān)控中采用標(biāo)高控制為主，應(yīng)力控制為輔的策略，著重考慮每一梁段預(yù)拱度的設(shè)置。只有合理設(shè)置預(yù)拱度，才能在最后合龍階段保證2個懸臂端在同一水平線上，也才能保證在運(yùn)營之后的全橋線性與設(shè)計(jì)線性相吻合。下面就簡要介紹下考慮了預(yù)拱度等影響因素后立模標(biāo)高的確定方法:

梁段立模標(biāo)高必須設(shè)置預(yù)拱度來抵抗施工過程中產(chǎn)生的其他各種變形(撓度)，若某一節(jié)段前端的設(shè)計(jì)標(biāo)高為H，成橋預(yù)拱度為Y1，主梁施工過程中此點(diǎn)掛籃位移值為f掛籃，立模標(biāo)高修正值為H修，則此點(diǎn)的立模標(biāo)高H立模其計(jì)算公式為:

其中，Y1為成橋后徐變位移和活載預(yù)拱度;f掛籃為當(dāng)前節(jié)段掛籃位移;H修為考慮施工誤差、溫度等影響的修正值。立模標(biāo)高是在梁段施工之前通過理論計(jì)算得到的，而計(jì)算時選取的技術(shù)參數(shù)與實(shí)際情況存在差異，因此應(yīng)將施工中實(shí)測變形值與理論計(jì)算的變形值進(jìn)行比較分析，及時消除誤差，在原來設(shè)置預(yù)拱度基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，引入調(diào)整后的修正值H修。此立模標(biāo)高計(jì)算公式簡單，概念清楚，使用方便，實(shí)際使用效果較好。

某連續(xù)剛構(gòu)特大橋在每段的懸澆梁端頂板上各布置3個觀測點(diǎn)，底板上各布置3個觀測點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 斷面觀測點(diǎn)布置圖

在澆筑過程中，分別對梁端立模，澆筑后，張拉后進(jìn)行測量。這些標(biāo)高數(shù)據(jù)是施工監(jiān)控最直接最重要的數(shù)據(jù)。由于篇幅限制，現(xiàn)僅使用51號墩左幅5號塊澆筑后梁頂1號，2號，3號標(biāo)高數(shù)據(jù)，見圖3～圖5。

圖3 1號觀測點(diǎn)各節(jié)段標(biāo)高對比圖

圖4 2號觀測點(diǎn)各節(jié)段標(biāo)高對比圖

從圖3～圖5看出，各梁段高程偏差都控制在15 mm范圍內(nèi)，最大差異為11 mm，說明線形得到了很好的控制。

4.2 應(yīng)力分析［9，10］

主梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖6～圖8所示。從圖中可知，最大雙懸臂階段最大壓應(yīng)力為13.94 MPa，二期鋪裝完成后主梁最大彎矩為14.77 MPa，主梁在模擬成橋狀態(tài)時為全截面受壓，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，其中最大壓應(yīng)力為14.85 MPa，滿足規(guī)范要求。

在現(xiàn)場操作中，將傳感器埋置在51號墩左幅邊跨和跨中1號塊中間位置，對稱埋置24個傳感器，埋置位置見圖9。

圖5 3號觀測點(diǎn)各節(jié)段標(biāo)高對比圖

圖6 最大雙懸臂施工階段主梁組合應(yīng)力最大值

圖7 二期恒載鋪裝完成后主梁組合應(yīng)力最大值

圖8 運(yùn)營階段十年收縮徐變后主梁組合應(yīng)力最大值

圖9 傳感器埋置示意圖

由于篇幅限制，現(xiàn)僅使用51號墩1號塊跨中應(yīng)力在澆筑完5號塊后數(shù)據(jù)，見圖10。

圖10 51號墩1號塊跨中應(yīng)力在澆筑完5號塊后對比圖

由圖10可知，各控制截面實(shí)測應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力比較吻合，應(yīng)力最大差值為1.42 MPa，在2 MPa以內(nèi)，頂板實(shí)測最大壓應(yīng)力5.86 MPa，底板實(shí)測最大壓應(yīng)力3.03 MPa;全截面受壓，遠(yuǎn)小于施工狀態(tài)壓應(yīng)力限值，表明施工過程中結(jié)構(gòu)是安全的，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

本文使用有限元軟件Midas對某連續(xù)剛構(gòu)特大橋進(jìn)行全過程分析，將所得到的計(jì)算結(jié)果和施工中的實(shí)測數(shù)據(jù)對比，結(jié)果表明該連續(xù)剛構(gòu)特大橋工作性能正常，線形和應(yīng)力滿足要求。通過利用Midas軟件對連續(xù)梁橋施工全過程進(jìn)行分析可知，此方法能精確模擬結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力過程，為連續(xù)剛構(gòu)特大橋的施工及測控提供參考依據(jù)和有效的指導(dǎo)及驗(yàn)證手段。

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