某大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控與分析

魏港 劉德文 謝健波 傅根根 歐偉

摘 要：本文以某大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，采用Midas Civil 2015建立了空間有限元模型，施工方法采用懸臂掛籃施工，對其施工過程中應(yīng)力、線形和溫度進行全過程監(jiān)測。成形結(jié)構(gòu)的狀態(tài)（包括受力、變形）具有不可調(diào)整性，且施工節(jié)段多、工期長，受多種因素的影響較大，所以確保成橋線形和內(nèi)力狀態(tài)符合要求顯得非常重要。

關(guān)鍵詞：大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋;施工監(jiān)控;懸臂掛籃施工;成橋線形

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A

0 引言

大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋理想的幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設(shè)計有關(guān)，而且還依賴于科學合理的施工方法。如何通過對施工過程的控制，在建成時得到預先設(shè)計的應(yīng)力狀態(tài)和幾何線形，是橋梁施工中非常關(guān)鍵和困難的問題。同時，施工控制的結(jié)果為大型橋梁實行長期監(jiān)測提供原始依據(jù)，是橋梁運營狀態(tài)監(jiān)測的起點。橋梁施工控制的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全性，保證橋梁成橋橋面線形受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。

1 施工監(jiān)控的原理和方法

前進分析的目的在于確定成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，其計算特點是：隨著施工階段的推進，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷的改變，前期結(jié)構(gòu)發(fā)生徐變和幾何位置的改變。因而前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段進行的結(jié)構(gòu)分析就稱為前進分析。

前進分析是根據(jù)確定的施工方案來模擬施工步驟，從施工初態(tài)逐階段分析至竣工后徐變完成為止，分析的任務(wù)是確定各階段的內(nèi)力和位移。分析內(nèi)容主要有：（1）支架搭設(shè);（2）澆筑箱梁;（3）預應(yīng)力張拉;（4）預應(yīng)力損失;（5）混凝土收縮;（6）混凝土徐變。

2 工程概況

2.1 工程背景

浪江大橋跨徑組合為55 m+90 m+55 m預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，為全預應(yīng)力單箱雙室結(jié)構(gòu)，箱寬19.75 m，懸臂標準寬度3.5 m，采用C50混凝土。箱梁頂板設(shè)置2.0%單向橫坡。根部梁高5.5 m，跨中梁高2.5 m，梁高按1.8次拋物線變化;箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚90 cm，其余梁段腹板厚度由75 cm變至50 cm;箱梁底板厚除0號梁段橫隔板范圍內(nèi)為90 cm外，其余各梁段底板厚從箱梁根部的65 cm以1.8次拋物線漸變至跨中截面的32 cm;箱梁頂板在墩頂范圍內(nèi)厚50 cm，其余梁段頂板厚度30 cm。

箱梁為全預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，頂板束采用19φs15.24鋼絞線，腹板束采用19φs15.24、21φs15.24鋼絞線，邊跨底板束采用15φs15.24鋼絞線，邊跨頂板合攏束采用19φs15.24鋼絞線，中跨頂、底板合攏束均采用17φs15.24鋼絞線，橫、豎向預應(yīng)力束采用3φs15.24鋼絞線。所有預應(yīng)力鋼絞線均采用GB標準Rby=1 860 MPa低松弛鋼絞線。

2.2 施工方案

箱梁0#梁段長10.0 m。兩側(cè)各11個對稱梁段，梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為3×3 m，4×3.5 m，4 ×4.0 m。1#～11#梁段采用掛籃懸臂澆筑施工，13#～15#節(jié)段為邊跨搭架現(xiàn)澆段。12#節(jié)段為邊、中跨的合攏段，長2.0 m。施工時首先邊跨合攏，然后進行中跨合攏。施工過程如下：（1）0#梁段施工;（2）1#梁段懸臂澆筑施工;（3）2#梁段～11#梁段懸臂澆筑施工;（4）邊跨現(xiàn)澆段施工;（5）邊跨合龍段施工;（6）中跨合龍段施工。

3 監(jiān)控實施方案

3.1 應(yīng)力監(jiān)測

在浪江大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面（跨中截面、0號塊截面根部和1/4截面）布置應(yīng)力測點，主橋每幅橋梁應(yīng)力監(jiān)測截面各9個，全橋兩幅共計18個測試截面，各個截面應(yīng)力測點布置見圖3.1、圖3.2所示，全橋應(yīng)力測點共108個。

3.2 線形監(jiān)測

為實時監(jiān)測主梁在整個施工過程中的線形，更好的對連續(xù)梁橋掛籃懸臂的施工過程主梁標高進行監(jiān)控，縱橋向每施工節(jié)段設(shè)一個測試截面，主橋兩幅共計114個測試斷面（每幅57個截面），測試截面和測點布置圖見圖3.3、圖3.4所示。

3.3 溫度監(jiān)測

所有應(yīng)力測點中均帶有溫度傳感器，在應(yīng)力測試的同時進行溫度監(jiān)控。溫度監(jiān)控分辨率≤0.1℃。溫度測量要求與應(yīng)力測量同步。

4 有限元模型

浪江大橋主橋箱梁采用C50混凝土，彈性模量3.45×104 MPa;橋墩采用C40混凝土，彈性模量3.25×104 MPa;預應(yīng)力鋼絞線采用高強度、低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2 mm，抗拉標準強度fpk=1 860 MPa，彈性模量1.95×105 MPa。采用有限元軟件Midas/Civil 2015建立浪江大橋的有限元模型如下圖4.1所示。

5 結(jié)果分析

5.1 預拱度理論值

連續(xù)剛構(gòu)橋的預拱度又稱為制作預拱度，制作預拱度分為施工預拱度和成橋預拱度（成橋預拱度又稱預抬值）兩個部分。其中施工預拱度是指在節(jié)段施工過程中，為抵消各種因素對各箱梁現(xiàn)澆節(jié)段在相應(yīng)階段產(chǎn)生的總位移而設(shè)置的預拱度。影響箱梁現(xiàn)澆節(jié)段位移的因素有：箱梁各節(jié)段的結(jié)構(gòu)自重、箱梁混凝土施工階段產(chǎn)生的收縮徐變、預應(yīng)力筋束張拉產(chǎn)生的預應(yīng)力、掛籃和模板的重量、二期恒載等。

將浪江大橋的預拱度、成橋預拱度及施工預拱度繪制成曲線圖（注：橫坐標表示橋長，單位為m;縱坐標表示預拱度，單位為cm），如下圖5.1所示：

5.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

本次應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果以左幅3-3截面和5-5截面為例，進行數(shù)據(jù)分析，應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果詳見表5.1和表5.2，實測應(yīng)力曲線和理論應(yīng)力曲線詳見圖5.2所示。

從表5.1、表5.2和圖5.2可以看出，浪江大橋主橋左幅3-3截面和5-5截面頂板和底板實測應(yīng)力均為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，應(yīng)力控制較好。將實測應(yīng)力數(shù)據(jù)與理論應(yīng)力數(shù)據(jù)的對比分析可知，浪江大橋主橋?qū)崪y應(yīng)力和理論應(yīng)力曲線趨勢一致，實測應(yīng)力均比理論應(yīng)力值小，在施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)受力始終處于受控狀態(tài)，應(yīng)力監(jiān)測情況滿足施工控制的要求。

5.3 線形監(jiān)測結(jié)果

本次浪江大橋主橋箱梁施工完成后，測量左右幅箱梁頂面標高可知：成橋線形與目標線形的相對高差范圍在-14.81 mm～+15.91 mm之間，在設(shè)計允許的±20 mm精度范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

5.4 溫度監(jiān)測結(jié)果

本次溫度監(jiān)測結(jié)果以左幅3-3截面為例，實測溫度曲線如圖5.3所示。

測試溫度受環(huán)境及混凝土水化反應(yīng)影響，隨著施工的不斷推進，水化反應(yīng)逐步完成，因此水化熱也逐漸下降，橋梁各測點的溫度測試值逐漸降低最后趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)語

通過對某大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進行施工監(jiān)控，監(jiān)測內(nèi)容包括應(yīng)力、線形和溫度監(jiān)測，得出結(jié)論如下：

（1）浪江大橋主橋?qū)崪y應(yīng)力和理論應(yīng)力曲線趨勢一致，實測應(yīng)力均比理論應(yīng)力值小，在施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)受力始終處于受控狀態(tài)，應(yīng)力監(jiān)測情況滿足施工控制的要求。

（2）成橋線形與目標線形的相對高差范圍在-14.81 mm～+15.91 mm之間，在設(shè)計允許的±20 mm精度范圍內(nèi)，線形控制符合設(shè)計要求。

（3）橋梁主梁結(jié)構(gòu)施工過程中，主梁內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形均得到了較好的控制，主橋施工全過程屬于受控狀態(tài)，結(jié)構(gòu)各項成橋指標表現(xiàn)良好。

參考文獻：

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