大跨度連續梁橋施工監控技術及參數敏感性分析

王 疆

大跨度連續梁橋施工監控技術及參數敏感性分析

王 疆

（中鐵四局集團有限公司設計研究院，合肥 230000）

本文以某連續梁橋為工程背景，從施工過程安全控制、線形控制及施工參數敏感性分析3個方面闡述了大跨度連續梁橋的施工控制方法．通過分析及研究可知，混凝土容重及溫度為主梁線形的敏感性因素，在施工過程中應控制梁體重量，且在溫度穩定時間段進行線形監測．基于本文所述的控制方法，依托工程主梁線形控制良好，能夠滿足規范及設計要求，相應的研究成果對同類橋梁的施工控制具有一定的借鑒意義．

大跨度連續梁橋；施工監控；參數敏感性

在橋梁的建設中，施工監控在橋梁管理中的作用與地位日益增長[1]．橋梁施工控制主要包括施工全過程結構受力安全控制及橋梁線形控制，其最終目標是保證橋梁在施工過程中受力安全可控，最終線形滿足設計要求[2-5]．從控制學理論的角度出發，橋梁施工監控技術分為開環控制、閉環控制、自適應控制技術．其中，自適應控制技術主要用于斜拉橋、懸索橋等結構復雜的橋梁施工控制；中小跨度橋梁結構簡單、不確定因素影響較小，一般采用開環控制技術；大跨度連續梁橋通常采用閉環控制技術，在控制過程中通過不斷進行修正，最終實現控制目標[6-8]．大跨度連續梁橋一般采取掛籃懸臂澆筑施工，施工過程安全控制主要是施工過程中不平衡荷載導致的臨時錨固的不安全受力控制，線形控制主要是每一梁段的立模高程控制及合龍控制[9-10]．因此，對大跨度連續梁橋開展施工監控技術研究以及參數敏感性分析顯得尤為重要，且對加強橋梁的質量、運作、維護和公共安全等有著重大意義[11-12]．

1 工程概況

某大跨連續梁橋上部構造為(88 m+160 m+88 m)3跨預應力混凝土連續箱梁橋．箱梁斷面采用單箱單室，主梁寬度為23 m，根部梁高10.5 m，跨中梁高4 m，箱梁高度和底板厚度按二次拋物線變化．主梁采用掛籃懸臂澆筑施工，每個懸澆“T”縱向對稱劃分為22個節段，節段懸澆總長74 m．邊跨和中跨合攏段長均為2 m，邊跨現澆段長7 m(見圖1)．

為保障箱梁在懸臂澆筑施工時的不平衡力矩下的施工安全，采用臨時支座結合臨時支墩，將箱梁與墩、柱、承臺進行臨時固結，臨時固結由墩身兩側設置的鋼管混凝土柱和墩頂設置的混凝土塊臨時支座組成，其中鋼管尺寸φ1 000×12 mm，填芯混凝土為C40，每肢管內布置1束15根鋼絞線，立柱橫向用鋼管平聯連接(見圖2)．

圖1 橋梁總體布置圖/m

圖2 臨時錨固示意圖

2 施工監控方案成果

2.1 施工監控全過程分析

結構計算采用大型有限元程序MIDAS/civil，按空間桿系進行模擬．在建模過程中，主梁按設計設置為變截面，控制截面分為29個截面類型；有限元計算中鋼管樁與主梁用只受壓連接模擬；橋墩與0號塊只受壓連接模擬．邊跨合攏后，完成第一次體系轉換，釋放墩梁固結處彎矩；中跨合攏后，完成第二次體系轉換，釋放一側順橋向位移．

邊跨支架現澆采用只受壓彈性連接模擬，成橋后邊跨端部采用豎向支撐．中跨預應力張拉后完成整個橋梁的體系轉換，形成連續梁橋．全橋有限元模型如圖3所示．

通過全過程計算分析，得到主梁應力計算結果如圖4、圖5所示．從圖中可以看出，在整個施工過程中，主梁上緣最大壓應力為-9.30 MPa；最大拉應力0.12 MPa．主梁下緣最大壓應力為-10.91 MPa，最大拉應力0.81 MPa．應力狀況滿足規范規定的要求．

圖3 有限元模型圖

圖4 主梁上緣最小應力包絡圖/MPa

圖5 主梁下緣最小應力包絡圖/MPa

連續梁全過程計算重點為臨時錨固的計算，也是施工過程安全控制的重點之一．根據以往經驗，本文臨時錨固計算工況如表1所示．通過計算，各荷載組合下，單個臨時支座及單根鋼管樁受力如表2所示．計算分析可知，施工過程不利荷載組合下，臨時支座和鋼管臨時柱不會出現拉力，始終受壓．根據最大受力驗算臨時支座和鋼管樁受力，按文獻[13]進行計算，鋼管樁的安全系數為1.43>1.3；單個臨時支座的最大壓應力為16.5 MPa，故臨時支座和鋼管樁受力均滿足要求．

表1 臨時錨固計算工況表

表2 各荷載組合反力計算值

2.2 理論預拱度計算

理論預拱度=恒載預拱值+活載預拱值+徐變預拱值，設計文件要求成橋預拱度(即活載+徐變預拱)跨中最大10 cm，邊跨最大3 cm，按照二次拋物線擬合，監控計算分析只需進行恒載預拱度計算[2](有關理論預拱度的計算，詳見文獻[2])．

按照設計要求，活載+徐變預拱擬合結果如圖6所示，經過全過程計算分析，得出橋梁恒載預拱及理論預拱度如圖7所示．從圖7中可以看出，理論最大預拱度為165.2 mm．

2.3 施工監控實施方法

連續梁橋施工監控主要是線形監控及應力監控，線形監控主要是控制每個梁段的底板立模高程，應力監控主要是通過在關鍵截面安裝應力傳感器，對施工過程中關鍵截面的應力進行監測．施工過程中線形控制主要是通過每個梁段的立模標高進行控制．首先通過施工全過程有限元計算分析，確定主梁理論施工預拱度，從而可求得各施工階段的立模標高．通過施工過程中線形監控，使得橋梁二期完成后的線形達到監控成橋線形的要求．梁段立模標高設置方法：

圖7 理論預拱度圖

立模標高的影響因數較多，施工誤差的出現是不可避免的，因此立模標高的預測和對下節段立模標高的調整是施工監控的關鍵環節．通過對混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、張拉預應力后、掛籃前移到位4種工況的施工監測成果進行誤差分析和參數識別，進而對計算模型進行修正，并重新計算作為后續施工的依據．根據重新計算結果調整本節段立面模標高，調整時應在一節段容許的偏差范圍內進行立模調整，均勻分攤到3個節段，使施工線形始終偏離目標線形最小，確保成橋線形最大程度接近設計線形．四階段線形監測控制法見圖8所示．

基于前期的分析結果，各應力及溫度測點布置如下．

邊、中跨應力監測截面布置如圖9所示，靠近懸臂根部的1-1斷面，靠近1/4處的2-2斷面，靠近1/2處的3-3斷面．全橋共設置24個應力監測截面(兩幅合計)．靠近懸臂根部的斷面、1/4處的斷面和1/2處的斷面各布置6個測點(頂底板各3個)，全橋共計144個測點．

采用本文所述的施工控制方法對本依托工程進行施工監控，橋梁合龍后，主梁線形控制誤差如圖10所示，誤差均在±30 mm以內，規范要求為/5 000=32 mm，因此線形控制結果滿足規范及設計要求．

圖8 四階段監測示意圖

圖9 主梁標高及軸線偏位測點布置/cm

圖10 全橋合攏后主梁頂面高程誤差

3 施工參數敏感性分析

大跨連續梁橋的施工控制主要是線形控制及應力監測控制．應力監測控制是通過施工全過程受力分析以及后期施工中使用滿足規范要求材料及施工方法來保證；線形控制的關鍵因素是進行影響線形的施工參數敏感性分析，掌握敏感性因素及其影響量，避免這些敏感性因素或者在監控過程中加以考慮．

本文施工參數敏感性分析主要針對混凝土重量、混凝土彈性模量、預應力參數、溫度、主墩基礎沉降．以設計基準參數為計算分析基準模型，并以此為基礎對敏感性參數進行變化對比分析跨中節點的標高變化．其中梁重、彈性模量變化±5%、±10%；預應力參數分別是孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數及預應力筋與孔道壁的摩擦系數影響分析；溫度變化為頂底板溫差±5℃、±10℃；基礎沉降為-10 mm、-20 mm、-30 mm．表3~表6分別列出了混凝土重量和溫度變化、預應力、基礎沉降對主梁線形的影響．

從表中可以看出，混凝土重量及頂底板溫差對主梁線形影響最顯著，梁重每變化5%，中跨跨中節點標高變化5 mm，中跨位移最大節點標高變化9 mm；頂板每升高1℃，最大懸臂端下撓4.6 mm，頂板每降低1℃，最大懸臂端上撓4.8 mm．

通過敏感性分析可知，混凝土重量及頂底板溫差對主梁線形影響顯著，因此，在施工過程中應嚴格控制混凝土重量及懸臂端每個梁段的混凝土方量，監控過程中，立模高程的調整及每個梁段的線形測量應在日落后或日出前溫度穩定時段進行，避免頂底板溫差對線形測量的影響．

表3 混凝土重量變化對主梁線形的影響

表4 溫度變化對主梁線形的影響

表5 預應力參數的變化對主梁線形的影響

表6 主墩基礎沉降對主梁線形的影響

4 結論

本文對大跨度連續梁橋施工控制技術及參數敏感性分析進行了闡述，得出以下結論：

(1)大跨度連續梁橋施工控制主要是施工過程安全控制及線形控制，安全控制的重點為臨時錨固受力分析控制．通過各工況組合驗算表明能夠保證臨時錨固受力安全．

(2)通過敏感性分析可知，混凝土重量及頂底板溫差對主梁線形影響顯著，因此，在施工過程中應嚴格控制混凝土重量，監控過程中線形測量應在日落后或日出前溫度穩定時段進行．

(3)本文所述的大跨度連續梁施工控制技術，能夠使依托工程施工安全可控，依托工程的線形誤差均在±30 mm以內，滿足規范及設計要求．

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(責任編校：陳健瓊)

Research of Construction Monitoring of Long-Span Continuous Beam Bridges and the Sensitivity Analysis of Parameters

WANG Jiang

（China Tiesiju Civil Engineering Group Company Limited Design & Research Group, Hefei, Anhui 230000, China）

Based on the engineering background of a continuous beam bridge, the construction method of long-span continuous bridges is analysed in three aspects, the safety control during construction, the linear control and the sensitivity analysis of construction parameters. The concrete density and temperature are the sensitive factors of main beam geometry through analysis and research. The beam body weight should be controlled during construction, and the linear monitoring is performed in time-temperature stability. Based on the control method described and relied on the good control of the main beam of the project, it can meet the specifications and design of requirements. The results of research have some reference significance for the construction control of similar bridges.

long-span continuous beam bridges; construction monitoring; parameters sensitivity

U449.5

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.04.0004

1672–7304(2017)04–0017–05

2017-06-22

王疆(1984-)，男，江西贛州人，工程師，主要從事橋梁工程設計研究．E-mail: 181269054@qq.com．