懸臂澆筑連續鋼構橋施工線形控制分析

樊祥樓

(廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

剛構橋指橋墩和梁體相互結合的梁式橋。橋墩沉降會使整橋結構的內力分布產生嚴重變化，通常采用柔性墩的方法來適應收縮徐變等因素的影響，但在眾多因素的影響下，容易出現線形不合理的問題，所以要采用有效方法做好線形控制。

1 連續剛構橋線形控制概述

在施工過程中，不同于合龍時僅實施一般鎖定(連續梁)，剛構橋的合龍需要在合龍位置施加一定頂力，待合龍端張開滿足要求的尺寸后進行鎖定，再開始混凝土澆筑，這樣能進一步減少收縮徐變造成的影響。應注意，合龍段所用混凝土的級別必須高于梁體，或采用具有補償收縮作用的特殊混凝土。此外，還應重視并做好合龍段和與之相鄰節段的養護工作，以避免開裂[1]。

目前，很多連續剛構橋實際運營時都有跨中下撓與線形呈波浪狀變化等實際問題。產生這些問題的原因為預拱度不合理，所以必須重視并做好預拱度分析與設置。對于橋梁線形，主要有以下三種形式：(1)設計線形，工程設計提出的線形要求；(2)成橋線形，施工結束后形成的橋梁線形；(3)最終線形，收縮徐變保持穩定以后的橋梁線形。若預拱度合理，則成橋狀態下的線形就等于設計線形與成橋時預拱度線形之和；此時，當成橋預拱度滿足要求時，能使最終線形優于設計線形。可見，線形控制的關鍵在于預拱度設置。因本次研究只考慮施工線形，所以僅對施工預拱度進行合理設置即可。

2 連續鋼構橋施工預拱度

2.1 自重及預應力條件下的施工預拱度

對于結構自重，其計入方法為該階段產生相應的塊件后，先進行澆筑施工的節段完成全部自動變形，對后續澆筑的階段不再造成影響；盡管合龍段使用和懸臂端完全不同的撓度算法，但在計入方法上卻是完全一致的，支持通式表達。而對預應力作用而言，其計入方法為此次完成澆筑施工的梁段與后續澆筑的梁段在完成張拉以后使撓度受到的影響等效值。基于此，對節段i而言，其自動預拱度可表示為：

(1)

而預應力預拱度可表示為：

(2)

式中，1、2分別表示自動影響與預應力影響。

2.2 二期恒載及體系轉換對應的施工預拱度

體系轉換過程中，多用頂推及壓重兩種方法。當進行壓重時，和混凝土進行等量置換的配重，伴隨合龍段不斷澆筑而卸除，在設置相應的預拱度過程中，對其影響進行剔除即可；而為對合龍段標高進行正確調整所設配重，需待合龍段混凝土實際強度達到要求以后才可以卸載，由于它作用于不同的體系，所以在卸載前后使橋梁受到的影響無法抵消。

為對墩身受力予以改善，頂推法也有著較為廣泛的應用[2]。因有一定預拱度存在，所以頂推力的施加會使主梁的所有截面都產生一定程度的豎向變形，此變形效應在實際設置預拱度的過程中必須充分考慮。相比之下，二期恒載對應的預拱度設置則簡單很多，直接加成到橋梁結構之上，再將計算得出的撓度以反向形式設置即可滿足要求。

2.3 前期收縮徐變效應帶來的影響

根據現行設計規范提出：如果需要對受彎構件在施工過程中發生的變形進行計算，則可在預應力與自重等作用下引起的彈性變形基礎上乘以[1+φ(t，t0)]得出。所謂前期徐變效應，實際上就是施工過程中產生的徐變。鑒于此，它能直接采用規范方法進行計算。而對于收縮效應，也需要根據規范的要求考慮其帶來的影響。

2.4 掛籃帶來的影響

至于掛籃帶來的影響，可將其分成兩個部分來進行分析：(1)已完成澆筑的節段；(2)現澆節段。其中，已完成澆筑的節段，由于掛籃有一定自重，會使其出現彈性變形，但在拆除掛籃之后這一變形可以恢復，所以可不計其影響。同時，這一變形會影響到現澆節段，尤其是立模標高，對該節段進行預拱度合理設置，需要以剔除此影響為前提。另外，因這一節段的剛度仍沒有形成，掛籃承受幾乎全部自重，加之掛籃自身也有自重，會使掛籃出現撓曲變形，導致混凝土產生同樣的撓曲變形，這部分變形是無法恢復的。因此，也應考慮此影響，具體數值需通過預壓試驗來確定[3]。

2.5 溫度帶來的影響

采用分段法進行連續剛構橋施工時，所有線形實測結果都考慮了溫度帶來的影響。雖然可將測量時間選在溫度可保持穩定的時段，但日照溫差方面的影響無法避免，而且情況也較為復雜。懸臂端澆筑受日照溫差因素的影響多根據不同階段進行的溫度敏感性研究得出，即溫度和結構變形之間關系曲線，以實際發生的溫度變化為依據完成插值計算，完成對結構變形的有效修正。計入溫度因素影響時的立模標高可表示為：

HTi=Hi+fTi

(1)

式(1)中，HTi——立模標高；

fTi——修正值。

在實際施工中，為深入了解箱梁截面溫度與溫差具體分布及造成的影響，需在每個月中都選取具有一定代表性的特殊天氣實施全天候觀測，通過觀測掌握溫度實際變化規律，再以測量結果為依據完成溫度的修正[4]。

撓度受均勻溫度因素的影響主要和梁體溫度是否和設計確定的合龍溫度相符有關。在懸臂施工過程中，整體結構屬于靜定體系，而在合龍之后變成超靜定體系，通過柔性薄壁墩的設置來適應溫度造成的縱向變形，如果梁體的溫度和設計確定的合龍溫度相符，則必定產生由溫度帶來的約束變形。針對這種實際情況，在考慮由年溫差造成的結構變形條件下，需以邊跨合龍為起始點，計入所有類型的影響。

2.6 墩身壓縮造成的影響

連續剛構橋，尤其是跨徑較大的連續剛構橋，其懸臂往往較長，無論是施工荷載還是懸臂梁體，都有極大的重量，此時若墩高也相對較高，則墩身會有很大壓縮量。在預拱度的設置過程中，同樣要予以考慮。

2.7 墩頂部轉角位移造成的影響

在對跨徑與墩身高度均較大的連續剛構橋進行分段施工時，尤其是施工于長懸臂中時，實際荷載往往難以完全對稱，而且墩身和主梁都是典型的壓彎構件，具有顯著的非線性特征，易使墩頂部發生轉角及水平方向上的位移，直接影響長懸臂撓度，預拱度設置時應予以考慮。

2.8 施工荷載造成的影響

對施工荷載而言，它實際上是臨時荷載的一種，在成橋后卸載。基于此，由這種荷載造成的彈性變形或墩頂部位移等均為加載和卸載過程，需要在立模標高當中予以完全剔除[5]。

3 結語

長期以來，對于連續剛構橋的線形控制方法，有許多不同認識和觀點，最具代表性的方法即為在跨中設置相對較大預拱度，其余點位按照二次拋物線進行分配，但這種方法易造成線形不合理。為此，需將預拱度分成兩部分，即施工與成橋狀態中的預拱度，其中，施工預拱度必須根據施工時的模擬與計算結果進行合理設置，同時結合施工誤差理論予以有效調整。實踐表明，通過對施工預拱度的合格設置，能達到有效控制連續剛構橋施工線形的目的。