鋼-混凝土組合曲線連續梁橋的施工控制

張瑞征，王力波，王 凱

（1.陽泉市交通局，山西 陽泉 045000；2.北京工業大學 工程抗震與結構診治北京市重點實驗室，北京 100124）

山西某高速公路一交通樞紐匝道采用鋼-混凝土組合梁結構。該結構是通過把鋼梁和混凝土板連接成整體而共同工作的受彎構件。在荷載作用下，混凝土板受壓，而鋼梁受拉，充分發揮鋼材和混凝土的材料特性。實踐表明：它兼顧鋼結構和混凝土結構的優點，具有顯著的技術經濟效益和社會效益，必將在工程實際中得到越來越多的應用[1-4]。

對于連續結構的鋼-混凝土結合梁，不同的施工方法下，其組合梁的受力存在較大差異。為了保證結構物的安全，同時為了掌握其在各個工況條件下的線形變化、變位，以及各部內力狀態分布，有必要對橋梁進行施工監測[5-7]。

1 工程概況

圖1 全橋整體布置、測點布置圖

山西陽泉某高速公路交通樞紐G匝道，第一聯主梁為3跨連續3-30 m鋼混組合梁。全橋位于R=90 m圓曲線上，單向交通。橋梁全寬為8.5 m，橫向布置為：0.5 m防撞護欄+7.5 m行車道+0.5 m防撞護欄。全橋平面按圓曲線設計，各隔板沿徑向布置，垂直于橋梁中心線。本橋設計為雙箱單室結構，中間用橫梁連接。頂板寬8.5 m，單箱底板寬2.0 m，懸臂板寬為1.25 m，梁中心高為1.695 m，橋面設6%的橫坡。箱梁底板水平設置在同一腹板位置處，全橋梁高相等。為使鋼梁與混凝土共同受力，鋼梁頂板與混凝土頂板通過剪力釘進行連接。橋型布置見圖1。每片預制鋼梁共分5個預制段，鋼梁在工廠進行焊接制作，在現場搭設臨時支架安裝鋼梁，采用高強螺栓連接，形成純鋼斷面的5孔連續梁；拆除臨時支架，安裝模板，綁扎鋼筋，先澆筑跨中正彎矩區混凝土，再澆筑負彎矩區混凝土。待混凝土達到設計強度后，完成體系轉換。接著，安裝二期恒載（防撞護欄，橋面鋪裝等）即可成橋。施工流程見圖2。

圖2 橋梁施工流程

2 施工監控方案

2.1 監控內容及測點布置

2.1.1 線形控制

結構的變形控制是橋梁施工控制的基本要求，包括結構尺寸控制和線形控制。在橋梁施工中以標高和變形控制為主。標高控制點的布置情況為：沿橋梁縱向布置Ⅰ～Ⅷ標高控制截面，每一截面沿橫向布置1～4號監控點，測點制作采用剪力鍵頂面焊接剪力鍵的方式。具體布置見圖1。

2.1.2 應力控制

結構應力狀態直接影響到橋梁的安全性和使用壽命。結構應力控制是橋梁施工監控的一項重要內容，但是結構應力狀態不能通過外觀檢查獲得，只能采用在關鍵截面預埋儀器的方法監測橋梁施工過程中的實際應力。本項目采用鋼弦式應變計監測箱梁各斷面的應力狀態。應力控制點布置情況為：沿橋梁縱向布置S1～S5共5個應力控制截面，截面上布置8個應力測點。具體布置見圖1。

2.1.3 溫度監測

溫度效應對施工過程中的鋼箱梁整體穩定的影響比較大，溫度效應是不容忽視的，溫度場的采集可為溫度效應的精確分析提供依據。本項目采用熱敏電阻型溫度傳感器對日照作用下結構產生的溫度場進行監測，沿橋梁縱向設置T1、T2兩個溫度測試截面，截面上布置8個溫度測點。具體布置見圖1。

2.1.4 動力參數監控

通過在鋼箱梁控制斷面上安裝加速度傳感器，識別出結構的動力參數，可適時、全面地掌握結構的實際受力狀況。考慮到項目的實際特點，傳感器分別布置在橋梁的第一跨1/2截面、第二跨1/2截面和第三跨1/2截面3個截面。每個截面在豎向設置一個加速度傳感器，傳感器重復使用，使用相配套的數據采集設備進行結構振動數據采集。具體布置見圖1。

2.2 監控過程

首先在對橋梁實施施工監控之前，根據施工設計圖紙等可參考資料選取結構參數進行橋梁結構施工控制的有限元仿真計算（有限元模型見圖3），然后根據實際施工中采用的施工方法對各施工階段的監控內容（變形、應力等）進行實時監控，根據得到的監控數據選擇合適的參數對有限元模型進行修正，以使各施工階段中的施工監控計算值與實際施工測量值相符合，最終實現成橋時橋梁結構的線形與內力符合要求。

圖3 實橋有限元模型

3 施工監控成果

在鋼-混凝土組合梁施工過程中，經過各方面人員的大力合作，順利地完成了橋梁的施工監控工作，取得良好的監控效果，同時也獲得了大量的監控數據，由于篇幅有限，下面僅列舉兩項成果。

3.1 線形監控成果

對橋梁施工過程的線形控制取得了良好的監控效果，由于線形監控的數據較多，下面僅列出第二跨跨中Ⅳ截面的4個測點理論標高和實測標高隨施工過程的變化情況，見圖4。

圖4 Ⅳ截面各測點標高變化趨勢圖

通過對線形監控數據的分析可知，施工過程中鋼-混凝土組合梁橋各標高測點的實測標高整體變化趨勢與理論值較為相符，絕大多數測點的標高實測值與理論值的差值控制在20 mm之內，并且隨著施工過程的發展，此差值整體上呈現出變小的趨勢，成橋整體線形與設計線形較為相符。

3.2 應力監控結果

對橋梁施工過程的應力控制取得了良好的監控效果，由于監控的數據較多，下面僅列出第一跨跨中S1截面的各測點理論應力和實測應力隨施工過程的變化情況，見圖5。

通過對應力數據及應力變化趨勢圖進行分析可以看出：a）應力實測值與理論計算值比較接近，一方面說明通過數值模擬可以較為精確地反映鋼-混凝土組合梁施工過程中的受力狀態，另一方面也證明了應力測試儀器及測試方法的可行性；b）由鋼箱梁應力測點（1~4號）的實測應力數據可以看出，施工過程中鋼箱梁實際應力遠遠小于其設計強度（抗拉、抗壓、抗彎）295 MPa，整個施工過程直至成橋狀態，鋼箱梁處于安全可控的狀態；c）在卸載壓重階段（工況7）中支點截面混凝土橋面板中存在一定的壓應力，而在成橋狀態下，中支點截面混凝土橋面板中出現了較小的拉應力，小于混凝土的抗拉設計強度，避免裂縫的出現，起到了改善負彎矩區混凝土受力性能的作用。

3.3 動力特性監控成果

在橋梁施工過程中，各施工階段自振頻率的實測值與理論值吻合較好，其前3階自振頻率的理論值和實測值隨工況變化的趨勢基本一致，見圖6~圖7。

圖6 各施工階段理論頻率變化圖

圖5 S1截面各測試工況應力狀態

圖7 各施工階段實測頻率變化圖

通過對鋼-混凝土組合梁橋施工階段動力特性參數測試結果可以看出，橋梁施工過程中的頻率實測值與計算值基本一致，且絕大多數的實測頻率值略高于計算值，說明本橋的實際剛度比理論計算剛度偏大，具有一定的安全儲備。

4 結論

在此次鋼-混凝土組合梁橋的施工監控過程中，監控單位制定了較為詳細的監控方案，針對整個施工過程進行了詳盡的仿真計算，獲得了良好的監控效果。在保證了橋梁施工過程安全的前提下，基本實現了成橋線形和內力滿足設計要求。監控過程中將對橋梁結構的動力參數監控作為一項重要的監控內容，對橋梁結構施工過程中的安全、穩定及整體施工質量的控制起到了一定的作用。此次對鋼-混凝土組合梁橋施工監控的成功實施，不僅為橋梁的成功修建起了關鍵的作用，同時也為同類型鋼-混凝土組合梁橋的施工監控積累了一定的經驗。