大跨徑橋梁施工控制不確定因素分析

馬 俊 英

(山西省公路局呂梁分局，山西 呂梁 033000)

在目前國(guó)內(nèi)的路橋工程中，大跨徑橋梁主要指的是單跨跨度在100 m以上的橋梁工程。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)了路橋工程建設(shè)的發(fā)展，也使得大跨徑橋梁工程項(xiàng)目的數(shù)量不斷增加。通常情況下，大跨徑橋梁大多都是以自架設(shè)的方法來展開施工的，施工分為上下兩部分，上部分橋梁結(jié)構(gòu)分段施工，下部分則借助已澆節(jié)段的支撐，并逐步完成橋梁的整體施工。由于大跨徑橋梁自身的特殊性，在施工期間往往會(huì)受到各種不確定因素影響，如溫度和濕度變化等，此外施工方法也會(huì)在不同程度上影響到施工的質(zhì)量。如果不能對(duì)于施工過程進(jìn)行有效的控制，就很可能會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量下降，甚至引發(fā)安全事故。因此，施工控制對(duì)于大跨徑橋梁工程而言至關(guān)重要，只有采取有效措施，排除不確定因素的干擾，盡可能降低其對(duì)施工質(zhì)量的影響，減少安全隱患，才能確保大跨徑橋梁工程的質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)工程效益。

1 大跨徑橋梁施工控制影響因素

對(duì)于施工過程進(jìn)行控制，其主要意義就在于保證施工的規(guī)范性，避免具體施工流程與施工設(shè)計(jì)要求發(fā)生偏差。而要實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須盡量將所有可能導(dǎo)致施工與設(shè)計(jì)要求不符的因素考慮在內(nèi)，從而加強(qiáng)施工控制的針對(duì)性，提升施工控制的效果。

1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

橋梁結(jié)構(gòu)是橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是施工控制的重難點(diǎn)所在。在進(jìn)行施工模擬分析的時(shí)候，結(jié)構(gòu)參數(shù)是主要參考依據(jù)，只有盡可能降低結(jié)構(gòu)參數(shù)的誤差，提高結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性，才能保證施工控制的效果。從實(shí)際情況來看，結(jié)構(gòu)參數(shù)與施工設(shè)計(jì)很難做到絕對(duì)吻合，無論是預(yù)應(yīng)力還是荷載，或者是材料的膨脹系數(shù)和構(gòu)件的尺寸大小，都會(huì)或多或少地存在偏差。因此，在進(jìn)行施工控制的時(shí)候就要注意將這些誤差考慮在內(nèi)，從而盡可能地使結(jié)構(gòu)參數(shù)接近施工設(shè)計(jì)的要求，這是施工控制的關(guān)鍵所在。

1.2 施工工藝

任何工程都少不了對(duì)施工工藝的控制。在大跨徑橋梁工程的施工中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件從制作到安裝并非是處在理想環(huán)境下，一旦受到不確定因素影響，就很容易導(dǎo)致失控，從而影響施工質(zhì)量，因此對(duì)于施工工藝的控制也要格外引起注意。

1.3 施工監(jiān)測(cè)

大跨徑橋梁工程在施工過程中需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容較多，溫度、濕度、應(yīng)力、變形等因素都在監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)。而大跨徑橋梁工程情況往往較為復(fù)雜，參與其中的單位較多，監(jiān)測(cè)工作量也比較大，再加上實(shí)際的監(jiān)測(cè)中儀器本身存在誤差或使用不當(dāng)?shù)葐栴}，這些都會(huì)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性造成影響。施工監(jiān)測(cè)是施工控制的主要手段，所以嚴(yán)格把關(guān)，盡可能縮小誤差，提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量。

1.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算模型是分析橋梁建筑結(jié)構(gòu)的主要工具，然而由于結(jié)構(gòu)計(jì)算模型是在實(shí)際橋梁建筑基礎(chǔ)上按比例進(jìn)行縮小形成的，因此在細(xì)節(jié)上往往與橋梁工程的實(shí)際情況存在偏差，也就是模型的精確程度不足。要使橋梁結(jié)構(gòu)的分析更加準(zhǔn)確，就必須通過實(shí)驗(yàn)來反復(fù)認(rèn)證，不斷降低誤差率，縮小模型計(jì)算與實(shí)際結(jié)構(gòu)之間的差距。

2 溫度效應(yīng)分析

混凝土的溫度應(yīng)力可以分成自應(yīng)力和次應(yīng)力兩種。前者主要來自于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)，由于纖維溫度不同，所產(chǎn)生的約束力也存在著一定的差異。后者則是因?yàn)闇囟炔顚?duì)構(gòu)件造成影響，導(dǎo)致構(gòu)件變形，形成結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部的支撐力。非線性以及時(shí)間性是溫度應(yīng)力的主要特征。混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布具有非線性的特點(diǎn)，這主要是因?yàn)榛炷帘旧韺?dǎo)熱能力差，當(dāng)其外部溫度變化較大時(shí)，混凝土表面的溫度直接受到影響，發(fā)生變化，而混凝土內(nèi)部的溫度卻很難在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，如此一來，混凝土內(nèi)外結(jié)構(gòu)層的溫度就出現(xiàn)了差異，從而呈現(xiàn)出非線性的分布特征。由此可見，外部的溫度變化是影響混凝土結(jié)構(gòu)溫度分布的關(guān)鍵因素。

在分析大跨徑橋梁溫度荷載的時(shí)候，構(gòu)件自身的特點(diǎn)以及橋梁結(jié)構(gòu)體系是分析的要點(diǎn)。例如，如果橋梁采用的是鋼梁混凝土面板，那么在分析溫度效應(yīng)的時(shí)候就要以鋼梁為主要載體。再比如說，分析拱橋的溫度效應(yīng)時(shí)，主要分析的是年溫度效應(yīng)，而如果分析對(duì)象是組合橋梁，則重點(diǎn)分析構(gòu)件間的溫度荷載。

2.1 溫度荷載的特征

盡管混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度變化滯后于外部溫度，但這并不意味著內(nèi)部溫度的穩(wěn)定，其變化同樣不容忽視。根據(jù)時(shí)間的長(zhǎng)度，我們可以把外部溫度變化引起的溫度荷載分成日照溫度荷載、驟然溫度荷載和年溫度荷載三大類。在分析日照溫度荷載的時(shí)候要充分考慮日光的輻射情況、當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓约帮L(fēng)速等因素，而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)則可簡(jiǎn)化成環(huán)境溫度和日光輻射兩方面內(nèi)容。驟然溫度荷載的分析由于時(shí)間較短，因此可省去對(duì)日光輻射的分析。年溫度變化已經(jīng)在橋梁工程設(shè)計(jì)中引起了普遍關(guān)注，相關(guān)的論著較多，這里不做分析。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)縱向溫度應(yīng)力分析

溫度應(yīng)力計(jì)算通常以縱向分析為主，橫向溫度則往往被假設(shè)為均勻分布，還有的時(shí)候溫度差異是由于斷面導(dǎo)致的，這種情況也可略去不計(jì)。設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)溫度分布為T，材料的膨脹系數(shù)為a，應(yīng)力為Y，則y=aT。該等式對(duì)于計(jì)算任意截面的溫度自應(yīng)力也同樣適用。

3 混凝土徐變收縮分析

混凝土的徐變主要是荷載引起的混凝土構(gòu)件變形，而收縮則是混凝土構(gòu)件的自然變形，兩者往往是同時(shí)存在的，因此我們?cè)跍y(cè)量混凝土的徐變應(yīng)變時(shí)，不可避免地會(huì)受到收縮應(yīng)變的干擾。為了保證混凝土徐變應(yīng)變測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有必要采取措施，在應(yīng)變值中剔除收縮和溫度應(yīng)變。在分析計(jì)算過程中，要注意將溫度應(yīng)變和溫度應(yīng)力區(qū)分開來，不過徐變和收縮可以共同考慮。

當(dāng)混凝土內(nèi)水分出現(xiàn)蒸發(fā)，其含水量就會(huì)下降，這是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)收縮的關(guān)鍵因素，此外其他導(dǎo)致混凝土含水量下降的物理變化和化學(xué)變化也可能導(dǎo)致收縮。而如果混凝土內(nèi)水分增加，混凝土的結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)地?cái)U(kuò)大。可見，收縮應(yīng)變與環(huán)境的變化密切相關(guān)，只有將溫度、濕度以及混凝土的材料構(gòu)成，混凝土結(jié)構(gòu)大小等因素充分考慮在內(nèi)，才能確保混凝土收縮應(yīng)變的準(zhǔn)確性。

徐變和收縮都會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響，具體而言包括以下幾點(diǎn)：首先，兩者都會(huì)打亂構(gòu)件內(nèi)部作用力的原有分布情況，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)損失；其次，對(duì)于分段澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)而言，后期結(jié)構(gòu)會(huì)影響到前期結(jié)構(gòu)的徐變，從而改變?cè)械慕Y(jié)構(gòu)內(nèi)力和支點(diǎn)反力分布；最后，有的混凝土結(jié)構(gòu)較細(xì)較長(zhǎng)，一旦受到徐變影響，很可能會(huì)產(chǎn)生撓度。

盡管導(dǎo)致徐變和收縮的原因不同，其影響因素也存在著差異，但歸根結(jié)底，其根本影響因素來源于水化水泥漿，水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)不同才是導(dǎo)致徐變和收縮差異的主要原因。反之，混凝土所使用的水泥化學(xué)成分對(duì)于徐變和收縮的影響則十分有限，即便混凝土使用了完全不一樣的兩種水泥，如果水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)相同或相近，其徐變與收縮情況也不會(huì)出現(xiàn)很大的差異。

根據(jù)以上的分析，我們可以看出，徐變和收縮的情況往往較為復(fù)雜，具有很大的不確定性，在徐變和收縮過程中隨時(shí)可能發(fā)生變化。所以，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)徐變和收縮的準(zhǔn)確預(yù)估，避免造成較大誤差，對(duì)于計(jì)算所得的參數(shù)一定要借助模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行校驗(yàn)。

4 大跨徑橋梁施工控制研究

對(duì)于大跨徑橋梁的施工控制，除了能夠保證橋梁工程的質(zhì)量和安全，降低不確定因素所造成的影響以外，對(duì)于橋梁建成后的使用也同樣有著重要的意義。因此，對(duì)于橋梁工程的觀測(cè)不能僅僅局限于施工期間，在橋梁投入使用以后也要注意觀測(cè)，以便隨時(shí)掌握橋梁工程的動(dòng)態(tài)變化。具體而言，在大跨徑橋梁施工過程中，需要注意控制的因素主要包括以下幾方面內(nèi)容。

4.1 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)于大跨徑橋梁而言至關(guān)重要，如果對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力不能做到很好地控制，橋梁工程的質(zhì)量也就很難得到保證。因此，從澆筑上部結(jié)構(gòu)開始，一直到橋梁合龍，對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的檢測(cè)都不能有絲毫的放松，以便于隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生的變化，避免應(yīng)力變化使得橋梁合龍段撓度出現(xiàn)較大變化，甚至引起橋梁塌方，造成不必要的損失。

4.2 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制

由于大跨徑橋梁自身的特性，使得穩(wěn)定性成為了施工控制的重點(diǎn)。橋梁跨徑越大，就越容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)剛度的下降，如果不注意橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制，就很可能出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象。因此對(duì)于大跨徑橋梁一定要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性指標(biāo)出現(xiàn)下滑，應(yīng)馬上采取有效措施。

4.3 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)變形控制

導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)變形的原因往往較為復(fù)雜，在對(duì)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制的時(shí)候，一定要注意分析是何種原因引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形，從而有針對(duì)性地采取措施，將變形控制在可允許的范圍之內(nèi)，降低變形對(duì)于大跨徑橋梁工程質(zhì)量和安全的影響。

5 結(jié)語

溫度效應(yīng)和混凝土徐變收縮等不確定因素，對(duì)于大跨徑橋梁工程施工質(zhì)量和安全有著極大的影響，也是大跨徑橋梁施工控制的難點(diǎn)所在。對(duì)于不確定因素，要結(jié)合工程具體情況進(jìn)行研究和分析，找到不確定因素的影響規(guī)律，進(jìn)而采取相應(yīng)措施排除其對(duì)大跨徑橋梁施工的干擾，保證大跨徑橋梁工程的施工得以正常開展。

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