波形鋼腹板PC連續箱梁橋施工監控方法

劉明

廣東省南粵交通仁新高速公路籌建處（510100）

波形鋼腹板PC連續箱梁橋施工監控方法

劉明

廣東省南粵交通仁新高速公路籌建處（510100）

為確保波形鋼腹板PC連續箱梁橋的施工質量和過程安全，研究制定了橋梁施工監控方案，通過理論計算的指導參數同施工過程實測數據對比分析，對施工全過程進行動態跟蹤監控，保證施工質量和結構安全。

波形鋼腹板;PC連續箱梁；施工監控

波形鋼腹板PC組合箱梁橋是一種新型的鋼-混凝土組合結構，起源于法國，20世紀90年代初為日本接受并大力推廣，目前正逐漸在國內橋梁工程設計中加以采用，其結構形式是用波形鋼板取代預應力混凝土箱梁的混凝土腹板的箱形梁，其顯著特點是用10～20mm厚的鋼板取代30～80 cm厚的混凝土腹板。通過對廣州繞城公路南段一處互通立交的跨路波形鋼腹板連續梁匝道橋進行施工全過程監控，對成橋過程中的施工質量和結構安全以及施工安全進行控制，取得了實際效果。

1 工程概況

互通立交位于廣州市番禺區魚窩頭鎮，其中B匝道橋第五聯為波形鋼腹板PC連續箱梁橋跨越地方道路，橋梁中心線位于110m圓曲線上，超高單向橫坡6%，橋梁跨徑組合為（35+50+35）m=120m。橋梁上部結構斷面由現澆混凝土底板、預制(現澆)混凝土頂板及整體成工形的波形鋼腹板鋼梁組成，采用了波形鋼腹板鋼梁先行架設技術、鋼結構先簡支后連續技術、縱橫預制拼裝結合梁技術、頂板預制吊裝現澆濕接縫技術、扁擔梁澆注混凝土技術、小半徑曲線橋梁預制拼裝構件管道穿索張拉技術于一體。

2 施工監測目的和依據

監控目的：①通過對關鍵部位和重要工序的嚴格監測和控制,準確給定和及時調整立模標高，優化施工工藝，簡化施工流程，使成橋后的結構線型和內力滿足設計要求。②通過有限元方法理論計算和施工線形測量相結合,進行高程偏差調整和預測，得到合理的施工預拱度，使橋梁的線形控制在或接近設計線形。消除可能對結構安全和施工安全產生的不利因素。③對實際結構進行測試，掌握實際結構的受力變形狀態，通過結構應力分析，檢驗結構施工方案的可行性，分辨出結構的薄弱部位，校驗其安全儲備是否滿足要求。④收集施工和成橋試驗全過程的信息，為橋梁結構理論、橋梁科學研究和發展提供數據。

監測工作實施的依據是《公路橋涵設計通用規范》、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》、《公路橋涵施工技術規范》等國家現行標準和部頒規范及設計圖紙。

3 施工全過程的仿真計算

根據波形鋼腹板PC連續箱梁橋的施工特點和施工監控分析要求,采用有限元逐步正裝計算法，利用橋梁結構分析系統（3D-bsa2004公路版）和midas.civil專業橋梁有限元軟件,進行該橋上部結構各工況施工過程的模擬計算。模擬計算在建立計算模型時考慮了以下因素：①采用空間桿系結構模型，主梁模擬為梁單元。根據實際施工方案，主跨跨中采用施工階段聯合截面模擬。②永久支承通過約束支承點的自由度模擬。③預應力對結構的作用按等效荷載的方法由程序自動處理,計算預應力時，考慮了孔道摩擦、錨具變形等引起的預應力損失。④徐變收縮的計算中混凝土采用同一彈性模量，同一節段懸臂澆筑的混凝土具有相同的齡期。

各工況的劃分如表1所示。

按照實際的施工過程，通過模擬計算得出了各施工階段各工況箱梁的應力、內力和撓度變化情況,確定了立模標高，得出施工預拋高計算結果。

4 箱梁應力監測

應力觀測的主要內容包括：主梁箱梁縱向應力和波形鋼腹板豎向應力的觀測。監測主要按照應變測試原理，在箱梁截面內埋設應變計，箱梁應變由應變計感應，經過導線傳遞至讀數儀，采集并記錄數據，在數據處理后得出箱梁的應力及其分布。為保證應力監測的可靠性與精度，應力監測的所有測點均采用振弦式傳感器和采集器。

表1 B匝道橋各階段工況劃分

4.1 測點布置

為監測結構的受力狀況,與設計方研究后，確定主梁共布置7個應力測試斷面，每個斷面布置兩個縱向應力監測點和兩個腹板豎向應力監測點，具體如圖1、圖2所示。

圖1 主梁應力測試斷面

圖2 主梁應力測試斷面布點圖

4.2 應力實測結果

表2給出了各工況下各斷面施工過程應力實測值。

表2 各工況下各監測斷面施工過程應力實測值

5 箱梁標高的監測結果

撓度觀測資料是控制成橋標高和主梁線型最主要的依據,實際觀測過程中測點用紅油漆標記，測量儀器采用瑞士生產的高精度水準儀。考慮到本工程的重要性和特殊性以及對監測的高精度、高速度要求，本次監測工作主要選用瑞士徠卡儀器進行觀測，監測精度符合《建筑變形測量規范》中關于二級變形測量的精度要求。

5.1 測點布置

在與設計方研究后，確定在每個監測斷面上布置2個高程觀測點,這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀測箱梁是否發生扭轉變形。主梁豎向變形測試斷面位置及布點如圖3、圖4所示。

5.2 實測標高和理論標高對比

在施工過程中，關鍵工況完成后對橋面的標高進行觀測，以便觀測各點的撓度變化歷程。實測標高與理論標高的對比見圖5～圖9。

6 監控結論

綜合B匝道橋波形鋼腹板箱梁施工監控的成果，該橋施工完畢并在支架拆除后，應力及撓度的實測結果與理論計算值較為吻合。該橋在永久作用下的恒載狀態滿足設計要求,說明通過以上監控措施為橋梁施工過程中各工況及時提供了參數依據，消除了過程中可能對結構安全和施工安全產生的不利因素，有效保證了施工質量和結構安全，取得了實際效果。

圖3 主梁豎向變形測試斷面

圖4 主梁豎向變形測試斷面布點圖

圖5 1#截面標高實測值與理論值對比曲線圖

圖6 2#截面標高實測值與理論值對比曲線圖

圖7 3#截面標高實測值與理論值對比曲線圖

圖8 4#截面標高實測值與理論值對比曲線圖

圖9 5#截面標高實測值與理論值對比曲線圖