T構橋懸臂澆筑施工仿真與施工監測的分析

陶 鵬

(黑龍江伊哈公路工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 工程概況

M高速公路段施工方案采用分幅式(70+70) m 預應力混凝土 T 型剛構橋雙幅同時同向平面轉體，借鑒和吸收了國內外轉體橋梁的技術成就。M高速公路段轉體后將變成于線路中心里程 K8+802.52 處呈交角 63.9°上跨M鐵路，以 81.6°跨越X線公路。X線在橋位處為(6+9+6) m 三孔框架下穿M鐵路。

2 懸臂澆筑施工仿真分析

2.1 全橋仿真建模分析

(1)材料定義、橋梁截面及變截面實現

主梁采用C50混凝土，混凝土彈性模量取3.45×104MPa;主墩墩身、承臺均為C40混凝土，混凝土彈性模量取3.25X104MPa;混凝土計算容重取為25.0 kN/m3。預應力鋼絞線采用1 860 MPa級鋼絞線，彈性模量Ep=195 GPa。建立模型截面時，可以通過截面特征計算器生成對應的截面，并得出相關的截面性質。

(2)橋梁有限元節段劃分

橋梁模型單元選擇每個節點6個自由度的空間梁單元，并對這些空間梁單元進行模擬。判定標準主要有主梁施工梁段的長度、施工圖劃分梁段的長度和構造形式等等，主梁部分模型共分42個單元，43個節點。橋梁下部結構分20個單元，21個節點。全橋模型單元節點的建立，使得夠較好的實現模擬T構變截面梁段的部分，使得變截面梁段通過PSC實現其橋梁功能。

(3)建立結構組

為模擬全橋的施工過程，在施工階段中，對其中同時施工的梁段部分對應的單元合節點，應定義為同一個結構組，并賦予其對應的屬性。

(4)邊界條件設置

在對機構組的定義完成后，再對其施加邊界條件并設定模型的邊界組條件形式。

①墩梁固結:采用彈性連接中的剛性連接模擬梁墩固結;

②墩底固結:墩底采用的是一般支承模擬，為約束3個方向平動自由度和3個方向轉動自由度;

③邊跨現澆臨時支架:采用彈性連接中的只受壓單元模擬;

④成橋后的永久支座:采用的是一般支承模擬，約束豎向和橫橋向兩個方向自由度。

⑤建立荷載組

根據在實際狀況中，本橋在各施工階段所受的荷載上午具體情況，建立模型時需要施加以下荷載:自重、預應力、掛籃荷載、混凝土濕重、合攏段壓重、二期恒載等。其中掛籃荷載和混凝土濕重的作用，可以將其等效簡化為作用在各懸澆段端部的彎矩和集中力;混凝土濕重只在當前階段施加，下一階段即施行卸載;同時利用均布荷載，實現模擬二期恒載。

(5)劃分成具體施工階段

根據T構橋施工方案所預定的懸澆施工工序，全橋總共分14個施工階段，又依據混凝土澆筑、預應力鋼筋張拉、掛籃前移等三個方面，將每個施工階段細分成三個子階段。通過激活鈍化各個施工階段對應結構組、邊界組和荷載組，以實現真實的全方位的系統的模擬各施工階段。

2.2 模型計算結果分析

(1)在邊跨合龍段施工完成，即澆筑的混凝土經過養護達到設計強度，并張拉合攏段預應力鋼束后，主梁最大位移出現在13#塊和合攏段間。最大彎矩在墩頂兩側出現，值為14 849 kN·m。與最大懸臂階段相比，在此階段下，全橋同樣處于受壓狀態，而且應力值在一定程度上有所增加。

(2)主梁在完成路面鋪裝即模型施加二期局部荷載后，梁段最大位移出現位置和合攏段出現的位置相同，即在13#塊和合攏段間。最大彎矩同樣出現在墩頂兩側，值為-149 344 kN·m。

2.3 主梁各懸澆段預拱度

在剛構橋主梁的懸臂施工階段開展前，需要詳細地模擬全橋施工過程，設置預拱度為恒載和1/2靜活載作用下各懸澆節段的撓度值之和。各懸澆段預拱度設置理論值見圖1。

圖1 各懸澆段預拱度設置理論值

3 施工應力監測

3.1 主梁應力

為了減少溫度對應變結果相關的干擾因素的產生的影響，每次進行測試時，選擇在早上進行。測試時在完成各梁端混凝土澆筑完成后和預應力張拉等等步驟后，進行應力測量。應力測量結果由測試的混凝土應變換算得到，由于測試數據量龐大內容復雜等因素，此處簡化為只對左側 T構橋預應力筋張拉后控制截面箱梁應力測量值與理論值進行比對與分析。

3.2 對比表

(1)在各施工階段中對頂、底、腹板的施加的實測應力均為壓應力，實測值與理論值隨施工工況且與理論應力差值都在 2 MPa 以內，即都在允許的誤差范圍以內；(2)排除外界條件的影響因素之外，全橋四個控制截面的頂、底、腹板的實測應力和理論應力隨施工階段變化而變化，變化規律基本一致，且實測應力值比理論值大。

4 結 論

(1)在施工過程中，主梁各控制截面應力始終處于受壓狀態，說明 T 構梁體整體受力整體性能安全。 (2)由線形的監測結果可推測得出結論，在誤差范圍內，T 構各施工階段橋梁的狀態與設計狀態基本一致，達到了設計要求。 (3)根據所監控結構的施工特點，為了保證結構施工過程中和成橋時的狀態盡可能接近設計理想狀態，必須提前確定合理的監測控制方案，實現施工控制最終目標。

[1] 賈優秀，徐家定.跨滬杭高速公路特大橋轉體球鉸安裝施工技術[J].鐵道建筑技術，2011，(1):1-3.

[2] 顧安邦.張永水. 橋梁施工監測與控制[M].北京:機械工業出版社，2005.