預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)仿真和監(jiān)控

艾大利

摘 要：本文對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)仿真與監(jiān)控進(jìn)行分析，文中先對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)的監(jiān)控的意義進(jìn)行探討，而后對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)仿真技術(shù)實(shí)施進(jìn)行闡述，最后對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)監(jiān)控方法及內(nèi)容進(jìn)行探討，以期為現(xiàn)代大跨度橋梁的安全施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土;連續(xù)梁橋;力學(xué)仿真

在現(xiàn)代大跨度橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工技術(shù)應(yīng)用是較為廣泛且普遍的，具有良好的技術(shù)實(shí)施效果^[1]。不過，大跨度橋梁在施工中存在垮塌的風(fēng)險，而在設(shè)計中僅考慮到工程建成后的效果，對于施工過程的結(jié)構(gòu)受力探討較少，采用施工中力學(xué)仿真與監(jiān)控對此有重大意義。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中力學(xué)的監(jiān)控的意義

橋梁施工過程中由于橋梁結(jié)構(gòu)的不斷變化因此橋梁受力是不斷變化的，受力情況相對較為復(fù)雜，考慮到橋梁的安穩(wěn)，必須對其進(jìn)行認(rèn)真研究。在現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中運(yùn)用的是橋梁懸臂施工技術(shù)，這一自架設(shè)懸臂體系施工技術(shù)的應(yīng)用廣泛，同時為橋梁建設(shè)提供了可靠的技術(shù)保障，但橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力較為復(fù)雜且位移也在發(fā)生變化，為了使得橋梁施工質(zhì)量及安全得到保障，橋梁施工過程的監(jiān)測是不能缺失的。施工監(jiān)控是保證橋梁懸臂施工質(zhì)量效果的一種技術(shù)方法，通過施工監(jiān)控能夠有效的保障橋梁的安全施工。比如施加預(yù)應(yīng)力時，力筋孔道預(yù)留情況復(fù)雜，施加預(yù)應(yīng)力時需要在施工中埋設(shè)應(yīng)變計進(jìn)行監(jiān)測。同時施工監(jiān)控也能對施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行糾偏，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁自身材料存在特性不穩(wěn)定、非勻質(zhì)的問題，同時受到時間、溫度、濕度等條件影響，仿真計算和實(shí)際施工有較多誤差、自架設(shè)體系施工工藝復(fù)雜，所以發(fā)生偏差的情況較多，影響橋梁建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因此，施工監(jiān)控的作用尤為重要，通過實(shí)測值和預(yù)估值的對比，對實(shí)際施工中的問題進(jìn)行及時整改。施工監(jiān)控為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工安全提供保障。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工過程中力學(xué)仿真技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

2.1 狀態(tài)定義

在對施工過程中力學(xué)仿真技術(shù)實(shí)施展開探討前，對于施工的研究對象進(jìn)行定義，以此為仿真技術(shù)運(yùn)用明確方向。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力研究的過程中，對象是不斷發(fā)生變化的，不同狀態(tài)的定義為：結(jié)構(gòu)零狀態(tài)，建筑設(shè)計的坐標(biāo)狀態(tài)，即是建筑設(shè)計中理想化的結(jié)構(gòu)狀態(tài);結(jié)構(gòu)初態(tài)，結(jié)構(gòu)在施工之后實(shí)現(xiàn)的完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)，包含施工殘余應(yīng)力、殘余變形、部分施工荷載、結(jié)構(gòu)承重自重等;結(jié)構(gòu)終態(tài)，工程完成建設(shè)后投入使用后的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)存在工程使用結(jié)構(gòu)初態(tài)變形及殘余應(yīng)力重分布、使用過程荷載;施工狀態(tài)，指工程建設(shè)伊始，將結(jié)構(gòu)零狀態(tài)作為建設(shè)目標(biāo)，從施工到結(jié)構(gòu)終態(tài)的過程^[3]。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中力學(xué)仿真技術(shù)應(yīng)用

橋梁施工過程中的力學(xué)特征和使用過程中的受力有較大差別，設(shè)計中主要從結(jié)構(gòu)終態(tài)對結(jié)構(gòu)體系受力進(jìn)行考量，但對施工過程可能存在的變形及殘余應(yīng)力會進(jìn)行忽略，雖然一般結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際施工過程中與仿真計算中產(chǎn)生的變形誤差、內(nèi)力誤差并不大，但對部分特殊結(jié)構(gòu)體系影響則極為明顯。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用力學(xué)仿真技術(shù)的過程中，要重視到以下幾個方面：

2.2.1 施工中變形及殘余應(yīng)力。在從結(jié)構(gòu)零狀態(tài)加載到結(jié)構(gòu)終態(tài)的變形、彎矩情況下，和根據(jù)施工過程展開跟蹤分析結(jié)構(gòu)有一定差異，同時結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度值與最大彎矩值往往在施工階段中發(fā)生，一般構(gòu)筑物施工狀態(tài)與結(jié)構(gòu)終態(tài)之間的應(yīng)力誤差較小，但特殊構(gòu)筑物在這一誤差上要相對較大。根據(jù)設(shè)計使結(jié)構(gòu)從受力零狀態(tài)加載到結(jié)構(gòu)終態(tài)變形和彎矩的過程中，并不能完全覆蓋施工過程最大變形應(yīng)力及內(nèi)力，需針對此進(jìn)行計算;結(jié)構(gòu)零狀態(tài)是理想化的設(shè)計狀態(tài)，通過施工過程中對施工工序的調(diào)整，保證其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)終態(tài)。

2.2.2 外部條件的變化會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形和殘余應(yīng)力出現(xiàn)，比如外界溫度變化，同時外界條件變化也會使得結(jié)構(gòu)變形及殘余應(yīng)力發(fā)生，對狀態(tài)不同的邊界條件改變，能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)變形及殘余應(yīng)力降低的效果。施工時安裝方法的差異，會使結(jié)構(gòu)終態(tài)與結(jié)構(gòu)零狀態(tài)產(chǎn)生位置差異，如果施工中要采取臨時支撐或者反拱，要在施工中設(shè)計預(yù)拱度，實(shí)際施工結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形匹配性，與施工過程是否進(jìn)行考量存在直接關(guān)系，這也能為部分工程內(nèi)力和變形不匹配性提供解釋。在施工中也要進(jìn)行小變形假設(shè)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部單元變形和受力會因?yàn)槭┕ぎa(chǎn)生變化，此類變化是有限元分析難以從理論著手解決的問題，也是產(chǎn)生誤差的重要因素。混凝土的力學(xué)性質(zhì)具有流變性與蠕變性，自身會由于時間階段的不同會產(chǎn)生徐變、收縮、強(qiáng)度等方面的變化，所以材料會因?yàn)闀r間變化對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控內(nèi)容及方法

通過觀測相對高程來實(shí)現(xiàn)主梁撓度觀測，在墩頂0號塊進(jìn)行標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置，在橋上實(shí)施標(biāo)高觀測，而觀測時間在日出之前。環(huán)境溫度出現(xiàn)驟冷驟熱時，產(chǎn)生的溫差可能產(chǎn)生撓曲，橋墩溫度伸縮為墩頂豎向位移，會導(dǎo)致主梁標(biāo)高改變，進(jìn)而使梁端撓度受到影響。箱梁上下緣與橋墩兩側(cè)溫差，是由日照溫差導(dǎo)致，會造成主梁、墩身發(fā)生撓曲變形，進(jìn)而使主梁產(chǎn)生撓度，溫度撓度主要是因日照溫差產(chǎn)生的撓度。日出前陽光較弱，觀測時間能夠適當(dāng)延長或推遲，梁內(nèi)混凝土溫度比較氣溫而言，具有滯后的情況，日照并不會立即導(dǎo)致主梁撓曲發(fā)生。

施工中監(jiān)控內(nèi)容主要包含有兩個部分，首先是按照施工方案進(jìn)行施工仿真計算，根據(jù)施工控制進(jìn)行理論計算，形成施工控制文件;其次，根據(jù)施工狀態(tài)實(shí)際值和仿真理論值進(jìn)行對比看是否存在差異，若有差異應(yīng)采取調(diào)整措施。對于結(jié)構(gòu)變形的控制要明確，橋梁結(jié)構(gòu)施工時總會有撓曲變形的情況，同時變形因素眾多，采取的施工控制措施效果要根據(jù)誤差容許值進(jìn)行評定。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測對于成橋受力與設(shè)計符合與否要進(jìn)行明確，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制是對橋梁穩(wěn)定性進(jìn)行控制，目前是通過穩(wěn)定安全系數(shù)分析計算，結(jié)合變形情況、結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行綜合評定，對穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代橋梁建設(shè)規(guī)模的增大，對于橋梁的設(shè)計與施工要求也在不斷加大，對于傳統(tǒng)忽略施工過程的設(shè)計方法必須要摒棄，選擇有效的施工過程結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)，以此來保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全施工。本文對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工過程中力學(xué)仿真和監(jiān)控的探討，能夠?qū)Υ祟悩蛄旱陌踩┕ぬ峁┙梃b。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文炳，韋憶龍.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工控制探討[J].華東公路，2019（4）：30-31.

[2]張守陸.高速鐵路大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工技術(shù)[J].建材與裝飾，2018（4）：252-253.

[3]葉小強(qiáng). 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工力學(xué)仿真和監(jiān)控[D]. 南京水利科學(xué)研究院， 2006.