連續剛構橋施工監控截面應力分析

李鵬飛 練俊江

（重慶交通大學 土木建筑學院，重慶400074）

1 引言

理論研究是解決病害的一個方面，更為重要的是病害的提前預防，即合理的施工方法和嚴密的施工過程控制。大橋理想的幾何線形與合理的內力狀態不僅與設計有關，而且還依賴于科學合理的施工方法[1-2]。如何通過對施工過程的控制，最終得到預期的內力狀態和幾何線形，是橋梁施工中的關鍵問題。對大橋進行施工監控就是通過在施工過程中對結構進行實時監控，根據監控結果，評估各主要施工階段主要構件的變形及應力變化狀態是否符合設計要求，判斷施工過程是否安全，結構是否正常工作。當出現較大誤差時，應對結構進行誤差調整，并對設計的施工過程進行重新安排，從而保證大橋建成時最大程度地接近理想設計預期狀態，同時確保施工期間的結構安全、施工質量和施工工期[3-4]。

2 依托工程及有限元模型

本文以沿海地區某跨海橋為工程背景，為95+170+95m三跨預應力混凝土連續剛構，采用全預應力結構，主橋箱梁采用單箱單室斷面，頂板寬11.8m，底板寬6.0m，箱梁頂面設置雙向2%橫坡。箱梁支點梁高10.5m，跨中梁高4.0m，梁底曲線為1.6次拋物線。主橋兩側各懸臂2.9m，懸臂端部厚度20cm，懸臂根部65cm。箱梁頂板全寬等厚，為30cm，底板厚30cm-130cm，腹板采用直腹板，腹板厚度50cm-70cm。與雙薄壁墩相對應，箱梁中支點設置兩道橫隔梁，厚度均為1.75m，箱梁邊支點橫隔梁厚度為1.5m。主梁采用C55海工耐久混凝土。

大橋施工控制過程中，箱梁承受的外力主要有結構自重、預應力作用懸臂施工掛籃以及施工臨時荷載等，相對主梁軸線為基本對稱荷載，偏心作用較小或根本沒有。采用有限元軟件MIDASCIVIL的普通梁單元計算的精度滿足設計計算要求[5-6]。

3 分析方法

3.1先將結構按照實際工況離散成單元，橋墩結構采用相同方式處理。

3.2按照實際施工順序，包括梁段安裝、預應力張拉、掛籃前移、合龍配重等安排若干個施工階段，根據各施工階段主梁的受力狀況進行仿真計算。計算過程中應同時考慮溫度場的效應。

3.3將結構按照“倒拆”的方法再進行一遍計算，同“正裝”計算結果比較后，得出箱梁各梁段理論施工控制值。

3.4在整個施工控制過程中，對影響結構變位的變化因素進行跟蹤計算，以確保施工控制計算結果的可靠性。

在該橋施工全過程中，對全橋結構進行現場測試跟蹤，將測量結果與計算結構進行分析對比。出現誤差時，根據結構線形，材料彈性模量，溫度場等的現場測量結果，分析誤差出現的原因，確定調整誤差的措施，調整以后的施工要求[7-8]。

4 監控結果及分析

箱梁監控截面取主墩支點截面、主跨跨中、L/4截面及邊跨跨中，共9個應力測試斷面，每個控制截面上頂板、底板各布置2個應力測點，每個應力測試斷面布置4個應力測點。

混凝土齡期達到28天后，強度不再有較大變化，在齡期28天之前，MIDAS模型計算出的應力與實際測出的應力不具有可比性，本文由于篇幅有限只截取部分數據，其余數據不在此列出（理論值由有限元模型計算得出）。

表1 43號墩主墩支點截面實測值與理論計算值

圖1 43號墩主墩支點截面頂板實測值與理論計算值對比圖

由圖1可以看出，截面頂板左右側實測應力值與理論值相差不大，說明施工過程中對頂板的控制很到位。然而圖2中底板左側應力明顯大于右側和理論值，而右側應力值正常，可能是因為混凝土收縮徐變、溫度變化、預應力張拉、剪力滯效應或者是橋面不平衡堆載等。

由以上圖表可以看出，由于混凝土材料的非均勻性，以及受設計參數限制，如材料特性、受力截面特性等參數的影響，結構的實際應力與設計應力很難完全吻合，即計算應力不能反映結構的實測應力狀態。因此我們在實際測試中，通過誤差分析與處理，使測試應力盡可能地接近實際，從而較準確地掌握結構的真實應力狀態。該橋實測值與理論值相比雖然有一些離散性，但應力變化規律一致，而且測量數據均在受控范圍內，滿足規范要求。

5 結語

本文以某跨海大橋的施工監控為背景，通過建立MIDAS有限元模型，計算提供施工預拱度，為實時監控截面施工過程中的應力變化給出理論應力值。從監控的結果可以看出，截面頂板應力控制得很好，而底板應力可能會受到預應力損失、剪力滯、橋面不均勻堆載、截面預應力不均勻、混凝土收縮徐變、溫度等因素的影響產生左右不對稱的偏差，所以在施工過程中要加強控制，避免橋梁因為截面上的不均勻應力而產生安全隱患。

圖2 43號墩主墩支點截面底板實測值與理論計算值對比圖

［1］丁尚輝，劉傳鋒，劉建瑞.大跨度連續剛構橋施工監控技術［J］.公路交通科技：應用技術版，2007（4）:115-119.

［2］陳萍，王一文.PC連續剛構橋雙薄壁墩設計參數優化分析［J］.公路交通科技：應用技術版，2013（4）:135-138.

［3］劉建瑞.大跨徑連續剛構橋施工控制［D］.武漢：華中科技大學，2006.

［4］譚曉東.大跨徑連續剛構橋施工控制研究［D］.武漢：武漢理工大學，2007.

［5］趙玉銀.連續剛構橋施工控制及結構仿真分析［D］.成都：西南交通大學，2008.

［6］劉潤華.連續剛構橋施工控制與結構分析［D］.成都：西南交通大學，2008.

［7］祝和意.預應力混凝土連續剛構橋施工控制研究［D］.長安大學，2010.

［8］孟令星.大跨預應力連續剛構橋施工控制研究［D］.濟南：山東大學，2008.