橋梁施工過程中連續剛構主梁線形影響因素分析

馮喜文

（長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南長沙 410001）

橋梁施工過程中連續剛構主梁線形影響因素分析

馮喜文

（長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南長沙 410001）

為研究PC連續剛構橋懸臂施工過程中主梁撓度在各施工階段的變化規律，通過對某連續剛構橋的施工監控，借助結構分析軟件建立各施工階段PC剛構橋數值模型，計算了施工過程中理論狀況下各影響因素所引起的主梁撓度變化，并與實測結果相對比。結果表明，夏季合龍時溫度對主梁撓度的影響較大（最大值為43mm），秋季合龍時溫度對主梁撓度的影響相對較小（最大值為21mm）；頂推力越大，主梁懸臂端產生的下撓越大；懸臂施工中預應力鋼絞線張拉引起的節塊撓度變化較小，全橋合龍后預應力鋼絞線張拉對跨中位置撓度影響最大（為27mm）。

橋梁；主梁線形；連續剛構橋；溫度；預應力鋼筋；頂推力

某特大橋主橋上部為（62.5+4×115+62.5）m預應力砼連續剛構，三向預應力體系。箱梁采用單箱單室截面，頂板寬12.0 m，底板寬6.5 m，翼緣板懸臂長2.75 m。主梁采用掛籃懸臂現澆法施工。各單T構除0#、1#塊外分為12對梁段，2#～13#塊件長度分別為4×3.5、4×4.0、4×5.0 m，0#、1#塊總長13.0 m，中跨、邊跨合龍段長度均為2.0 m，邊跨現澆段為3.8 m。懸臂現澆梁段最大重量為145 t，掛籃自重按80 t考慮。

下部主墩為7#～11#墩，墩高54～59 m，3個中主墩采用單薄壁空心墩，斷面尺寸為（6.5×5.0）m，壁厚60 cm；2個邊主墩采用雙薄壁空心墩，斷面尺寸為（2×6.5×2.49）m（雙肢間留2 cm縫隙，用油毛氈等材料填充），壁厚50 cm。主墩承臺厚度均為3.5 m，平面尺寸為（12.2×12.2）m，下設9φ170 cm摩擦樁。

1 施工階段影響橋梁撓度的主要因素

1.1施工過程中溫度對主梁撓度的影響

在施工過程中，砼結構長期處于自然環境中，特別是夏季施工，晝夜溫差較大，溫度對結構的影響較明顯。該橋右幅在7月中旬合龍，正值夏季溫度最高、夜間溫度最低時；左幅在9月合龍，晝夜溫差較小。為分析施工過程中溫度對主梁撓度的影響，在合龍前3 d進行72 h連續觀測，每2 h采集1次，部分觀測數據見表1、表2。

表1　右幅合龍前各合龍口絕對高程（13號塊端口）m

表2　左幅合龍前各合龍口絕對高程（13號塊端口）m

由表1、表2可知：連續剛構橋處于最大懸臂端時，溫度升高會使梁體產生下撓，溫度降低會使梁體上升，溫差超過15℃時，最大懸臂端撓度變化在40mm以上。

1.2施工過程中頂推力對主梁撓度的影響

連續剛構橋是墩梁固結結構，在引起豎向撓度的同時，會使主墩產生水平位移，造成主墩偏位，對主墩受力產生不利影響。故在連續剛構橋合龍時對梁體施加一個水平頂推力，給主墩施加一個反向位移，以抵消合龍溫度、后期收縮徐變等引起的主墩水平位移。該橋采用全橋一次性合龍，設計中跨施加1 800 k N頂推力、邊跨施加1 200 k N頂推力，受到施工條件及現場實際情況的影響，中跨實際頂推力為1 650 k N，邊跨實際頂推力為1 100 k N。

中跨頂推過程中頂推力變化為10 t→20 t→30 t→50 t→70 t→80 t→90 t→95 t→100 t→105 t→110 t，邊跨頂推過程中頂推力變化為10 t→30 t→50 t→70 t→90 t→100 t→110 t→120 t→130 t→140 t→145 t→150 t→160 t→165 t。表3為部分頂推力對應的合龍口距離變化及主梁撓度變化。

表3　頂推時合龍口位移及撓度變化

由表3可知：在頂推過程中，連續剛構結構最大懸臂端撓度下降最大值為21mm，并且隨著橋梁跨度、橋墩高度的增加，最大懸臂端撓度下降越大。

1.3施工過程中預應力張拉對主梁撓度的影響

該橋主梁預應力鋼束張拉順序為先豎向，再縱向及橫向。縱向預應力采用18φj15.24、15φj15.24兩種鋼絞線，其中頂板束采用18φj15.24，底板束及腹板下彎束采用15φj15.24。縱向預應力鋼絞線為群錨錨固體系，設計張拉力分別為3 515.4、2 929.5 k N。主梁橫向預應力采用3φj15.24鋼絞線、15-3型扁錨，以75 cm間距布設，單端交錯張拉錨固，單束設計張拉力為585.9 k N。豎向預應力采用JL32精軋螺紋鋼筋，以50 cm間距布設，上端張拉錨固，設計張拉力為570 k N，除跨中及邊跨直梁段一定范圍采用單肢布置外，其余按雙肢配置。

澆筑梁段砼強度達到設計強度的90%以上且砼齡期不小于4 d時對各塊件進行預應力鋼筋張拉。預應力鋼筋張拉前后撓度變化如下：0#～4#塊件為3～5mm；5#～9#塊件為6～10mm；10#～13#塊件為11～14mm，其中13#塊件為+11mm，11#塊件為+14mm。

全橋合龍后，對主梁預應力鋼筋進行為期12 d的張拉。鑒于張拉力引起的撓度有時間滯后效應，即張拉后上撓變形并不立即發生，而是在張拉后的一段時間內完成，張拉后的撓度變形觀測安排在全橋預應力鋼筋張拉完成后2 d內進行。選取10 m一個樁號，對張拉前后各截面箱梁中心線處撓度進行測量，部分關鍵截面的測量結果見表4。

表4　預應力張拉前后主梁撓度變化m

由表4可知：預應力鋼筋張拉引起主梁上撓。在L/2處撓度最大，為23～27mm；在L/4與3L/4處，預應力鋼筋張拉引起的撓度變化相對較小，為7～16mm；在墩頂處引起的主梁撓度變化也較小。

2 有限元建模及對比分析

利用有限元分析軟件MIDAS/Civil，采用梁單元建立該橋有限元模型，上部結構共劃分為190個單元、191個節點。

選取各T構最大懸臂端作為研究對象，根據現場測量數據，修正有限元模型參數。選取整體溫度±18、±8.8℃2種荷載工況，張拉力取為1 395 MPa。頂推力按照現場頂推力大小逐步施加至有限元模型上，模擬施工實際情況。

2.1溫度荷載作用下理論值與實際值對比分析

施工過程中，夏季施工最大溫差為18℃，有限元模型整體升降溫18℃模擬夏季施工晝夜溫差變化；秋季施工最大溫差為8.8℃，整體升降溫8.8℃模擬秋季施工晝夜溫差變化。對有限元模型進行施工階段分析，分別讀取理論狀態下懸臂施工最大懸臂端位置處溫度引起的撓度變化值。有限元計算結果與實測結果對比見表5。

表5　最大懸臂端處溫度引起的撓度變化理論值與實際值對比mm

由表5可以看出：實測值稍小于有限元模型計算值，主要是由于現場施工條件復雜，實際施工過程中橋面存在各種施工設備、人群等荷載；但實測值與理論計算值的變化趨勢基本一致，夏季施工時最大懸臂端受溫度影響較大，秋季施工時溫度對懸臂端的影響相對較小。

2.2頂推力作用下理論值與實際值對比分析

按照實際頂推過程中施加荷載的方式施加至有限元模型上，邊跨、中跨由頂推力引起的懸臂端撓度變化對比見圖1、圖2。

圖1　頂推后中跨位移變化

圖2　頂推后邊跨位移變化

由圖1、圖2可以看出：考慮到施工現場合龍段已預先布置了微型托架及尚未綁扎的鋼筋等，對頂推端會有少量約束，而理論分析時未考慮施工現場各因素的影響，頂推過程中理論計算值均大于實測值，隨著頂推力的增加，兩者之間的差值增大；理論計算值與實測值的變化趨勢一致。

2.3預應力張拉作用下理論值與實際值對比分析

張拉控制應力設置為1 394 MPa。跨中合龍后張拉預應力鋼筋，理論值與實測值的對比見圖3。

圖3　預應力張拉后主梁撓度變化

由圖3可以看出：在墩頂位置處，有限元模型設置完全約束來反映連續剛構橋墩頂固結，故撓度變化為零，預應力張拉不引起墩頂位置處撓度變化；而實際工程中，由于測點的布置及砼結構時變效應，預應力張拉后墩頂位移存在稍許變化。在結構跨徑L/4、L/2處，預應力張拉引起的主梁撓度變化明顯，在跨中位置預應力張拉后主梁撓度變化最大。但理論計算值與實測值的變化趨勢一致。

3 結論

（1）晝夜溫差為20℃左右時，溫度引起的主梁撓度變化較大，跨徑115 m的連續剛構橋能達到40mm左右；溫度越高，主梁下撓越大。連續剛構橋合龍應在溫度變化較小時進行。

（2）頂推力引起主梁最大懸臂端產生的下撓不可忽略，懸臂端越長、墩高越大，下撓越大。

（3）單個塊件預應力鋼筋張拉對該塊件撓度的影響較小，全橋預應力鋼筋張拉后使主梁上撓，其中跨中位置上撓最大，對于跨徑115 m的連續剛構橋，跨中位置最大上撓27mm。

［1］ 朱敏，許智焰，馬庭林.高墩大跨預應力混凝土連續梁橋線形控制研究［J］.工程結構，2005，25（1）.

［2］ 葉劍署.結構設計原理［M］.第二版.北京：人民交通出版社，2005.

［3］ 曹淑上，張明強，張永水，等.連續剛構橋變形分析及線形控制方法研究［J］.山東交通學院學報，2006，14（4）.

［4］ JTG D62-2012，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［5］ 張永水，曹淑上.連續剛構橋線形控制方法研究［J］.中外公路，2006，26（6）.

［6］ 楊洪軍，黃輝，劉成龍.海滄大橋140 m連續剛構橋施工撓度變形監測的理論與方法［J］.黑龍江工程學院學報，2002，16（1）.

U441

A

1671-2668（2016）05-0188-03

2016-04-10