基于連續剛構橋梁高墩施工監控及穩定性分析

胡 佳

（重慶交通大學 土木工程學院 400074）

0 前言

在箱梁施工時，混凝土的徐變已趨于平緩，已不能導致強烈的應力波動，與箱梁節段增加同步，高墩各截面應力也呈增長趨勢。在此過程中，隨著箱梁節段自重及高度的減小，高墩應力值的增速降低。考量風荷載及掛籃移動會作用于高墩受力，研究要剔除這種情況，注重箱梁自重增加而導致的墩身應力變化。

1 高墩施工監控系統

1.1 傳感器選擇及布置

考量監控精度及長期測試的要求，選擇XJG-振弦式鋼筋計作為高墩墩身相應截面受力的監控設備，以反映施工各階段橋梁結構內力及變形情況，并選擇振弦式溫度傳感器作為墩壁溫度的監控設備，以反映墩身不同高度截面的溫度變化，開展高墩受力情況的分析。關于傳感器的布置，采用遺傳算法進行傳感器布置的優化，并考量應力集中現象，分析高墩向陽面及背陽面的溫差，以盡可能少的傳感器反映出最佳的橋梁結構監控效果。

1.2 風場觀測器的選擇及布置

考量風壓所形成的靜力作用，選擇PC-2F多通道風向風速監控系統作為不同位置風速的觀測設備，可依據需要設置觀測周期，且能與高墩傳感器同步使用。關于觀測器布置，應參照橋梁高墩實際情況，可設置三個測點，測點 1布置在高墩底部，以測基準風速，并推算其他高度風速；側點 2布置于左右幅墩之間，以測墩間的紊流情況，并研究該情況對兩墩受力的影響；測點 3布置于高墩頂部，以測最高處的最大風速，并探究基準風速隨高度的變化情況[1]。

2 高墩不同施工階段受力分析

關于高墩不同施工階段受力分析，應著手于鋼筋應力變化、箱梁澆筑節段增加等，具體可參考以下方面：

第一，澆筑高度變化對高墩應力影響分析。在墩身施工中，以高墩為軸心受壓構件，而壓力由混凝土及縱向鋼筋承擔，其變形協調應變值相等，即但是，基于應力不變的前提條件，混凝土應力會逐漸增大，存在徐變現象，而鋼筋的應力也會增大。假設，構件作用于軸向力后產生應變，可得混凝土及鋼筋的應力公式

第二，溫度變化對高墩受力影響分析。高墩各側面鋼筋應力隨氣溫變化而改變，即氣溫變化趨勢與鋼筋應力變化趨勢呈正比例關系。簡而言之，在日氣溫最低時，鋼筋應力值趨于日最小值，而日氣溫最高時，鋼筋應力趨于日最大值。相較于外側鋼筋應力變化趨勢，內側鋼筋的應力變化受氣溫影響的滯后性更大，且應力變化受氣溫的影響較小。

第三，風速風向對高墩受力影響分析。首先，確定基本風速，大型柔性橋梁可通過風洞試驗進行基本風速的設計。而施工階段的設計風速，可參照以下公式：其次，確定風荷載，可著手于主梁及橋墩上的風荷載。例如，主梁風荷載。以橫橋向風為基準，其靜陣風荷載的計算公式若橋梁跨徑大于或等于200m，且主梁為非桁架斷面，其順橋向單位長度的風荷載計算可依據風與主梁上下表面的摩擦力，其公式如下

3 連續剛構橋梁施工穩定性分析

3.1 結構線性穩定分析

3.2 幾何非線性穩定分析

在進行非線性穩定分析時，要依據兩項判斷準則，可參考以下方面:其一，荷載位移曲線的突破點；其二，受力結構構件應力達到屈服強度時的荷載。關于線性與非線性穩定分析，其臨界荷載較為接近，以之作為非線性穩定分析的荷載上限，并以非線性屈曲法探究橋梁結構的臨界及極限荷載。關于橋梁非線性穩定分析，可著手于幾何非線性穩定分析、雙重非線性分析等，本文以幾何非線性穩定分析為例。考量連續鋼構橋梁的結構特點，應注重在側向風載及重力作用下的墩頂位移。針對幾何非線性穩定分析，其實質就是計算荷載的剛度矩陣時，要計入大變形引起的剛度矩陣變化，即P-Δ效應，此效應反映了彎矩對軸向剛度的影響及軸力對彎曲剛度的影響。此外，依據橋梁受力情況，進行靜力分析可設置以下工況：其一，主梁兩側作用對稱風壓；其二，一側作用1/2風壓，一側作用全部風壓。如此，即可得到最大懸臂結構負載的最不利布置，其后進行靜力分析，可得墩底內力，并以該內力數據作為加載比例，在幾何非線性穩定分析后，就可得到該狀態下的位移曲線。通過兩種工況下臨界荷載及極限荷載的對比，以及兩種工況同等受力情況下的位移情況，得到最不利受力狀態下的工況模型。

4 結論

綜上所述，關于連續剛構橋梁施工，其高墩監控措施及穩定性分析方法應在橋梁施工實踐中探究。本文具體分析了施工各階段橋梁結構內力及變形情況，并結合XJG-振弦式鋼筋計、PC-2F多通道風向風速監控系統等設備，探討了混凝土徐變現象、鋼筋應力值與溫度變化關系、風荷載計算等問題，提出了橋梁結構臨界荷載系數的計算方法、兩種工況狀態下的靜力分析等措施。

[1]蘇鵬.連續剛構橋梁高墩懸臂施工監控與穩定性分析[J].水利與建筑工程學報,2016,14(03):216-220.

[2]李城,鄔曉光,肖飛,陶甫先.高墩大跨連續剛構橋線形控制關鍵技術研究[J].四川理工學院學報(自然科學版),2014,27(02):78-82.