分析大懸臂預應力蓋梁階段受力分析及施工控制技術

馮世坤

摘要：在我國進入新世紀以來，我國的城市建設在不斷的完善，交通量的急劇增加，我們需要更多更寬的道路來滿足市民的出行需求。然而道路的拓寬受到了路邊建筑物的限制，只有通過發展高架橋才能解決這一空間矛盾。在高架橋的建設過程中橋面的寬度越來越寬，在既保證橋上有足夠的行車寬度，又要確保橋下有較大的空間和較好的視線胡前提下，大懸臂蓋梁的概念應運而生。

關鍵詞：預應力混凝土;大懸臂蓋梁;光纖光柵;施工控制

引言

隨著中國城市建設的不斷發展和城市交通量的急劇增大，交通擁擠現象越來越嚴重，而現有的城市街道再拓寬無論從經濟還是現實都有很大的困難，這時城市高架橋、立交橋和地下交通成為解決現代交通問題的有效途徑。論文中所設計的高架橋采用Y型橋墩，不僅造型美觀，還與周圍環境相輔相成。但是高架橋的發展速度顯然滯后于城市交通量的增長速度，現有的城市高架橋出現擁堵的情況越來越多，這就要求我們在進行城市中高架橋修建的時候要盡可能的采用新的方法加大橋面寬度，此刻大懸臂預應力混凝土蓋梁開始逐漸走進人們的視野。

1論文研究的目的和意義

該高架橋采用的大懸臂蓋梁結構在同類結構中懸臂尺寸最大，這方面工程經驗較少。通過本課題的研究擬達到以下目的：（1）形成一套完整的預應力混凝土蓋梁的理論分析、施工工藝方法和施工控制成套技術。相應的計算分析理論應達到能夠準確分析各施工階段既有結構受力狀態的目的和要求。對大懸臂蓋梁結構的進行分析提出指導性意見和建議，為后續同類型項目的實施提供借鑒和參考。（2）對背景項目橋梁各種類型大懸臂預應力混凝土蓋梁進行精細化分析，研究在典型蓋梁關鍵位置布置傳感器對蓋梁施工階段的應力和位移進行測量的實時監測方法。己實現對大懸臂蓋梁施工過程中的安全控制與管理，為橋梁運營過程中的安全評估創造條件。（3）分享項目研究成果，為同類型項目實施提供指導意見。

2承載能力極限狀態的計算

2.1深梁的正截面抗彎承載力計算

《公路橋規》并未直接給出深梁的正截面抗彎承載力的計算式，在一些文獻中指出，短梁的承載力計算式也同樣適用于深梁的計算。即

由公式可以看出，影響深梁正截面抗彎承載力的因素有混凝土強度等級、縱向受拉鋼筋和水平分布鋼筋的強度和數量、跨高比等。且混凝土強度越高、跨高比越大，深梁承載能力越高。

2.2深梁的斜截面抗剪承載力計算

為了與一般受彎構件的受剪截面條件相連接，《公路橋規》依據深梁的試驗結果即并參照《混凝土設計規范》的規定，要鋼筋混凝土深梁的抗剪截面應符合下式要求

在進行斜截面抗剪承載力計算時，有關文獻指出混凝土的抗剪強度其主要作用，其次是縱向受力鋼筋，豎向受力普通鋼筋幾乎不起作用，可忽略不計。《公路橋規》中對深受彎構件抗剪承載力計算為，

3大懸臂蓋梁施工控制技術

3.1施工控制的方法研究

施工控制工作在蓋梁精細化分析模型確立的基礎上，結合前期收集的有關資料及國內以往類似項目的相關施工經驗，對大懸臂預應力混凝土蓋梁的施工控制技術進行深入研究。全面了解和掌握以往類似項目的相關經驗，分析不同施工控制技術的優缺點，提出了適合本項目的施工控制技術。重點對預應力束的張拉時機、預應力張拉控制、蓋梁端部預拱值控制、各施工階段蓋梁及整橋結構安全控制等關鍵環節及內容進行研究，形成具體研究成果直接用于指導該橋的施工。為了能夠檢測及觀察橋梁結構控制截面的內力、應變和典型斷面的位移，必須利用先進的儀器設備、安排具有針對性的量測項目和熟練的操作人員，其主要項目包括各測點的位移變化、控制斷面的應變、應力變化、結構溫度變化等。通過在典型蓋梁控制截面上安裝必要的量測設備對施工過程中各施工階段關鍵截面位置的應力應變、結構變位等進行跟蹤測量，確保結構的安全和穩定，保證結構的受力合理，全過程掌握橋梁技術狀態，為大橋安全順利建成和科學運營提供技術保障。本項目中主要的設備儀器為光纖光柵應力應變傳感器、光纖光柵溫度傳感器（用于應力應變傳感器溫度補償）和靜態水準儀、千分表。對于該高架橋大懸臂預應力混凝土蓋梁而言，由于其自身恒載占蓋梁所承受荷載的比重較小，在預應力張拉和上部結構主梁安裝過程中，蓋梁上、下緣結構應力的變化及蓋梁端部的豎向位移均變化相對較大，尤其是蓋梁根部截面的上、下緣應力。

3.2大懸臂蓋梁施工控制傳感器的選擇

在確定了大懸臂蓋梁施工控制的控制截面位置后重要的工作就是選擇合理的測試手段和方法。根據目前具備的測試手段，選擇合理的測試設備及測試方法是保障該項研究工作順利開展、成果可靠所面臨的另一個關鍵問題。施工控制數據采集工作需要依靠傳感器，凡是利用一定的物性（物理、化學、生物）法則、定理、定律、效應等進行能量轉換與信息轉換，并且輸出與輸入嚴格一一對應的器件和裝置均可稱為傳感器。用于橋梁應變長期監測的傳感器主要包括振弦式傳感器和光纖光柵傳感器。

3.3大懸臂蓋梁施工控制傳感器布置與測量

傳感器布置根據傳感器測量物理量數據類型，布置于對應物理響應較大的位置。光纖光柵應變傳感器布置于大懸臂蓋梁根部截面上、下緣，位移傳感器布置于大懸臂蓋梁端部位置。傳感器布置應根據項目的特點，考慮到橋墩與蓋梁的結構型式及尺寸的多樣性，綜合考慮確定。測量工作根據該橋分階段施工的特點，實測數據的采集工作從預應力混凝土蓋梁強度形成且尚未張拉預應力鋼束這一施工階段開始初始數據的采集，以后在預應力分批張拉各階段、蓋梁拆架階段、預制箱梁分片分批安裝階段和成橋階段分別進行實測數據的采集。

3.4大懸臂蓋梁施工控制成果

該高架橋橋墩外形分為Y型橋墩和直立型橋墩兩種，傳感器布置與測量根據蓋梁分類有針對性的選取。監控數據選擇具有代表性的Y型橋墩和直立型兩種橋墩，分別選擇了1號橋墩和13號橋墩進行了傳感器的預埋和應力應變監測工作。13號橋墩蓋梁外型為直立式，橋墩蓋梁長24.5m，蓋梁寬2.4m，位于25m跨裝配式預應力混凝土箱梁中墩位置。力監測截面位置根據計算選取，蓋梁采用埋入式應變計和表面式應變計兩種，蓋梁正應同時根據現場實際情況合理布置。對蓋梁頂面進行位移測量，在蓋梁左側、右側分別布置兩個測點，準點的位移變化。

結語

近年來，隨著城市建設的不斷發展，投資環境日益改善，城市經濟迅猛發展，交通量不斷增長，城市道路需要為進一步適應建設現代化城市需要，急迫實現高效、快速、安全的交通環境。該高架橋采用高架橋的形式，平行該橋上跨所在的大街。該橋下部結構采用預應力混凝土大懸臂蓋梁，最大限度的節約了建設用地，改善了橋下道路通行條件，同時也對橋梁的建設與管理提出了更高的要求。本文圍繞該高架橋大懸臂蓋梁的理論分析和施工控制展開研究工作，可為該高架橋項目的實施以及今后大懸臂蓋梁結構的應用提供參考。

參考文獻

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