連續梁橋懸臂澆筑施工撓度控制分析

張洪達 孫金 馮小青

摘 要：結合援孟加拉國中孟友誼六橋現場施工監控，對預應力混凝土連續梁橋使用掛籃懸臂澆筑施工時撓度控制進行分析，闡述了懸澆施工控制原理、監測方法及影響撓度控制的因素。

關鍵詞：橋梁工程；施工監控；懸臂澆筑；預拱度；立模標高

隨著施工技術的進步和發展，施工機械化程度的提高，加上使用電子計算機輔助進行橋梁結構分析計算及施工控制，使得懸臂施工成為現代大跨度橋梁建造的主要施工方法。施工控制的主要任務是撓度控制，只有合理確定每一個施工階段撓度，才能使橋梁在每一個跨徑內順利合攏，才能保證在結構運營一定時間后達到設計所期望的標高線形。

1 工程概況

援孟加拉國中孟友誼六橋是位于孟加拉國中部的一座特大橋梁，連接區域公路R812和支線公路R8121。主橋上部結構為跨徑57m+5x100m+57m的預應力混凝土連續箱梁，單箱單室斷面，箱梁頂板寬9.6米，底板寬5.0米。墩頂0號梁段長11m，六個“T構”懸臂梁段數及長度從根部至跨中各為6x3.5m、5x4.5m，中跨和邊跨合攏段均為2m，兩個邊跨現澆段各長6m。

2 結構建模及計算分析

本橋采用“橋梁博士3.1” 綜合橋梁結構計算分析軟件依據收集的施工資料模擬整個施工過程和成橋使用狀態，全面分析全橋整體受力狀態和變形狀態。全橋共離散分為181個單元，182個節點。施工計算工況共分117個階段，0號塊采用托架施工，邊跨現澆段采用滿堂支架施工，其余梁段采用掛籃對稱懸臂澆筑施工，合攏方式為從兩岸向河中心對稱合攏。

影響箱梁各截面撓度的因素按結構形成的施工順序可分為懸臂施工階段、體系轉換階段和成橋后的運營階段，整個施工全過程及運營階段所有荷載引起的撓度必須體現在預拱度中。施工過程中影響預拱度的主要因素有：混凝土自重、施工臨時荷載、掛籃變形、預應力施工、合攏順序、體系轉換及二期恒載、混凝土的收縮、徐變等。運營期間影響預拱度的主要因素有：汽車荷載、混凝土的后期收縮、徐變等。利用計算分析所得數據，獲得使橋梁結構最終形成理想狀態的各階段的預拱度值[1]，從而得到各施工階段的立模標高。即：Hl=Hs+Ya+Yb+Yc其中，Hl為立模標高； Hs為設計標高； Ya為施工階段預拱度值； Yb為運營階段預拱度值； Yc為掛籃變形值（依據掛籃加載試驗提供）。

3 施工控制原理

雖然在施工計算分析中計算出各階段預拱度值，但當按這些理論值進行施工時，橋梁的實際線形和受力狀態卻未必能達到預期的結果。這主要是由于計算時所采用的各種參數如結構截面尺寸、村料彈性模量、掛籃變形、預應力管道摩擦系數、溫度、徐變等引起的。

施工控制的基本原理就是先對理想狀態下的結構進行計算，給出結構初始施工節段的施工控制值以指導施工，然后對已完成節段進行測量，當得到的橋梁線形和受力狀態與模型計算結果不相符時，進行誤差分析并修正計算模型，重新計算各施工階段的理想狀態，經過幾個工況的反復識別，計算模型就基本上與實際結構相一致，從而可以對施工狀態進行更好的控制。

誤差分析的方法主要有參數識別法、影響矩陣法、灰色預測法及卡爾曼濾波法等，由于本橋跨度不大，

在施工控制中采用參數識別法能夠滿足施工精度要求。

4 監測方法

4.1主梁標高測試

對于連續梁橋施工監控來說，測試主梁控制斷面的標高及其變化規律是一項重要內容，標高測試可采用水準儀讀數法。

4.1.1測點布置 根據連續梁橋懸澆施工的特點，每次澆筑一個節段梁，每個懸臂施工節段均為測試斷面，考慮到箱梁可能發生扭轉變形，每個斷面布置梁面及底板各2個測點。

4.1.2測試手段 根據以往經驗，100米跨徑連續剛構橋懸臂端的撓度大約在幾厘米至十幾厘米范圍內，采用普通水準儀測量能夠達到精度要求。

4.1.3測試工況 每一節段施工，需測量下述三個工況： a. 掛籃移動到位后 b. 澆筑混凝土后 c. 預應力張拉后。 每次測量從懸臂端往墩中心方向的3個斷面，如施工到第7節段梁時，須測量7、6、5號節段梁的標高。

4.1.4測量精度 要求測量精度3mm以內。

4.2 溫度測試

橋梁結構處于一個變化的溫度場中，理論上說由于溫度變化，橋梁的截面應力和主梁標高每時每刻都在變化，這就給測量結果帶來不確定的因素，要完全解決溫度問題，有很大的難度。根據以往經驗，通過對氣溫的測量，推算結構溫度的影響，也收到了較好的效果。具體做法是在進行其它測試任務時，采用氣溫表測量箱內和箱外的溫度，測量精度控制在0.5℃以內。

5 影響撓度控制的主要因素

5.1 結構分析模型誤差

結構分析模型包括結構模型和工況模擬，尤其是懸臂施工期間的墩頂臨時固結模型和合攏的仿真摸擬，將直接關系到結構體系轉換后的線型狀態，對結構最終的合攏和成橋狀態線型起著關鍵的作用。因此，根據實際施工情況，選用準確、合適的墩頂臨時固結模型和合攏工況模擬是非常重要的。

5.1.1 結構模型誤差

臨時固結模型誤差引起的線型偏離是伴隨結構體系轉換而發生的，因而會形成無法修正的局面，連續梁橋的結構模型問題關鍵是懸臂施工期間墩頂臨時固結的模擬問題。由于墩頂臨時固結的方式很多，而不同的墩頂固結方式會產生不同的成橋線型。在結構分析時，每一種固結方式都需要簡化成一種力學和位移條件與實際相適應的結構模型，如何選擇適當的簡化模型，避免工程控制中由于結構模型選擇不當引起的計算狀態和實際狀態之間的誤差，這是工程控制首先要解決的問題。援孟六橋充分考慮實際墩頂臨時固結方式，把墩頂固結墊塊和墩身兩側輔助固結柱按實際剛度和面積作為桿單元處理。

5.1.2 工況模擬誤差

工況模擬誤差導致成橋線型偏高理想狀態的主要原因在于各計算工況中產生混凝土收縮、徐變等變形時的結構應力狀態及時間與同期實橋的應力狀態、施工周期存在著差異。只有在合攏完成后，誤差全部發生時才被發覺，且已無法調整。結構分析中的工況模擬應盡可能接近實際施工步驟，方可減少由于工況模擬誤差帶來的施工期和成橋狀態的線型與內力誤差。連續梁橋合攏時，實際操作是分階段、分步驟實現的。

援孟六橋通過對主墩的固結模型和合攏施工的工況模擬達到了模型仿真和施工仿真的目的，從而最大限度地減小了這一過程中產生的線型誤差。

5.2 掛籃變形誤差

掛籃體系的變形對于連續梁橋懸臂澆筑施工結構撓度的控制起著重要的作用，掛籃變形預測的誤差將直接導致節段標高的絕對誤差和相對誤差。掛籃的變形由彈性變形和非彈性變形兩部分組成，其中掛籃結構內部的非彈性變形可在掛籃組裝完畢后通過外力加載法消除。在本橋的施工控制中，采用了公式來推算掛籃的實際變形，再參考掛籃組裝后的荷載試驗結果可總結出掛籃的彈性變形規律，進而可較準確地

預測持施工節段的掛籃彈性變形值。

另外，影響撓度控控制的因素還有溫度、預應力荷載、節段混凝土重量、施工臨時荷載、材料彈性模量、收縮徐變、標高測量誤差等，在此不再贅述。

6 結語

收集施工組織設計資料正確建立理論計算模型，合理設置預拱度是懸澆施工撓度控制的基礎。掛籃變形的穩定、平衡懸澆施工和等重合攏是現場撓度控制的關鍵。觀測時間應統一在早上氣溫升高之前進行，避免在高溫、強光、大風下觀測，提高測量精度。

參 考 文 獻

[1] 范立礎，橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001：26-27

[2] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京：人民交通出版社，2000：143-144