預應力混凝土連續梁橋施工監控

婁鋒

摘 要：本文背景橋梁為40+60+40m的三跨預應力混凝土連續箱梁，其施工方案為掛籃懸臂澆筑。本文主要研究橋梁的施工監控全過程。同時由于本橋寬跨比較大，剪力滯效應明顯，本文將通過對比，研究剪力滯效應對本橋的影響。

關鍵詞：預應力混凝土連續梁；掛籃懸臂澆筑；施工監控；剪力滯效應

1 基本概況

背景橋梁為左幅為40+60+40m的三跨預應力混凝土連續箱梁，上部結構為全預應力構件，采用單箱五室變截面，頂板寬33m，墩頂梁高3.8米，跨中梁高2.0m，按照1.6次拋物線變化。邊跨10m范圍內為等截面，梁高2.0m。施工方案為掛籃懸臂澆筑。其橋型布置圖、箱梁截面及施工階段劃分見下圖：

2 計算模型

本文采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型，模擬橋梁的整個施工過程。模型共有46個主梁單元，20個橋墩單元，共計66個單元。結構計算模型參見下圖：

2.1 主梁結構受力分析

分別對主梁結構施工階段抗彎承載能力、運營階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應力及撓度進行驗算，結果表明，上述各項均滿足規范要求，說明主梁結構設計合理，能夠滿足設計荷載即公路-Ⅰ級正常運營。

2.2 橋梁施工監控

施工監控的主要內容包括變形及線形監控、應力監控。

2.2.1變形監控

變形測點布置于各節段端部0.5m處，每斷面布置2個測點（左、右兩側），橫斷面測點布置圖如下：

成橋后，在每個節段的中央分隔帶邊緣和防撞護欄邊緣各設置一個標高測點，每個截面共4個測點，測點布置如下圖所示。

由于背景橋梁為40m+60m+40m的預應力混凝土連續梁橋，其幾何非線性表現不明顯，故而在確定正裝分析法初始線形狀態時，無需迭代，直接可由倒裝分析法確定。

本橋的理想設計狀態為成橋10年后橋梁可維持半個活荷載撓度的上拱度，以確保橋梁的正常使用，同時保持優美線形。由此可推知成橋階段橋梁的理想線形，詳見下圖。圖中，Y1（x）表示1/2活荷載長期撓度的上拱度；Y2（x）表示成橋10年內恒荷載作用的長期撓度的上拱度，令Y0（x）=Y1（x）+ Y2（x），通常稱為預拱度，此曲線計算后須擬合為順滑曲線。

以上述成橋狀態結構的理想狀態作為倒裝分析的初始狀態進行倒拆，可推出正裝分析的初始狀態，即為橋梁施工時各節段的澆筑后標高。

各節段在施工過程中將產生以下變形：

（1）節段澆筑時掛籃受混凝土濕重作用產生的彈性變形Y3（x）；

（2）模板在混凝土濕重作用產生的彈性變形Y4（x）；

（3）當前節段在后續施工過程中預應力、臨時施工荷載以及其它恒荷載等作用下產生的變形Y5（x）；

為此，采用疊加原理，可知橋梁施工過程中各節段的立模標高由下式計算：

各節段立模標高=設計標高+ 預抬值+修正值；

預抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y3（x）-Y4（x）-Y5（x）。

本文施工監控采用預測控制法和自適應控制法相結合的方法，在施工過程中，通過上式對后續節段立模標高進行預測，同時對當前施工節段變形進行跟蹤觀測，如有誤差超限，則通過對后續施工節段實時修正來予以消除。

另外，由于本橋邊跨9m范圍采用布設支架整體現澆，其預抬值計算用下式計算：

預抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y5（x）+ Y6（x）；

其中Y6（x）為支架變形，其值由支架預壓試驗確定。

據此，計算得各節段施工預抬值Y0（x）線形及成橋理論線形如下圖所示：

根據上述方法，各施工階段結束后及成橋階段實測標高與上述理論標高比較吻合，最大相對誤差控制在2cm以內，說明立模精度得到很好的控制。

2.2.2應力監控

截面頂（底）板實測應力為截面頂（底）板上各測點應力的平均值，理論應力為按照有限元程序MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型計算的截面頂（底）板應力值。

本橋共設12個截面對施工過程中主梁應力發展進行跟蹤觀測，并實時與理論設計值進行對比，對比發現：主梁應力監測截面的實測應力值及其變化趨勢與理論計算結果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

受篇幅所限，本文僅列出主梁在1#墩中跨側懸臂根部截面（即截面4）的施工各階段應力數據：

2.2.3剪力滯效應研究

為計算考慮剪力滯效應的理論應力值，本文采用梁格法建立MIDAS/CIVIL空間桿系單元模型，將其計算結果與前文中按照初等梁理論建立的二維桿系模型進行對比，以計算其剪力滯效應。梁格法建立的空間桿系單元模型見下圖：

結合背景橋梁的實際情況，擬選取最大懸臂施工階段中跨0#塊截面、L/4截面（即截面4、5、6）及成橋后跨中截面共3個截面作為研究剪力滯效應的觀測截面。

由圖 25可知，最大懸臂階段，0#塊截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數不等，正負剪力滯同時出現，最大正剪力滯系數1.21，最小負剪力滯系數0.80：

由圖 26可知，最大懸臂狀態L/4截面剪力滯效應分析結果，最大懸臂階段，L/4截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數不等，正負剪力滯同時出現，最大正剪力滯系數1.31，最小負剪力滯系數0.90：

由圖27可知成橋階段跨中截面剪力滯效應分析結果，成橋階段，跨中截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數不等，正負剪力滯同時出現，最大正剪力滯系數1.15，最小負剪力滯系數0.72：

3 結語

本文以一座預應力混凝土連續箱梁橋為背景，進行其施工階段的分析控制研究。并結合其寬橋特征，對其剪力滯效應的影響進行了初步分析。本文主要結論如下：

主梁結構施工階段抗彎承載能力、運營階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應力及撓度驗算，均滿足規范要求；各施工階段結束后及成橋階段實測標高與上述理論標高比較吻合，最大相對誤差控制在2cm以內，說明立模精度得到很好的控制；主梁應力監測截面的實測應力值及其變化趨勢與理論計算結果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

參考文獻：

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