鋼-混組合連續(xù)梁橋施工與控制分析

吳建偉，蔣 蕾，徐 輝

（江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 211800）

鋼-混組合連續(xù)梁是在鋼梁和預應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)類型。工程背景中橋梁主跨跨中一段采用40m鋼-混組合梁截面形式，采取分塊吊裝后焊接成整體施工工藝。中跨兩側(cè)及邊跨采用預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)形式，其中邊跨部分采用滿堂支架法施工，主跨部分采用懸臂掛籃法施工。橋梁結(jié)構(gòu)形式采用鋼梁與預應(yīng)力混凝土梁相結(jié)合，施工工藝采用滿堂支架法與懸臂法相結(jié)合，“T構(gòu)”兩側(cè)非對稱施工，施工技術(shù)復雜、施工難度大。施工過程中各種不確定因素的影響，包括設(shè)計計算模型、材料性能、施工精度、荷載和溫度等諸多方面在理想狀態(tài)與實際狀態(tài)之間存在的差異，導致成橋線型與內(nèi)力狀態(tài)偏離設(shè)計要求，給橋梁施工安全、結(jié)構(gòu)可靠性、行車條件和經(jīng)濟性等方面帶來不同程度的影響。因此進行施工過程分析與控制是保證施工中結(jié)構(gòu)的安全的重要手段，也是保證成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計要求必不可少的措施。

1 工程概況

某大橋主橋是一座45m+80m+45m鋼-砼混合連續(xù)箱梁橋，中跨跨中采用一段40m的鋼箱梁作主梁，其余部分為變截面混凝土箱梁，箱梁設(shè)計為單箱雙室斷面?；炷料淞簷M斷面圖如圖1所示。主墩頂混凝土箱梁斷面梁高為4.5m，中跨混凝土箱梁斷面梁高為1.6m，邊跨梁端箱梁斷面梁高為1.7m，其間梁底下緣以二次拋物線變化；主橋鋼箱梁長為40m，采用三箱斷面，截面尺寸如圖2所示。

圖1 混凝土箱梁橫斷面圖（單位：cm）

圖2 鋼箱梁橫斷面圖（單位：cm）

2 施工過程計算分析

計算采用Midas Civil計算程序，計算將實際結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)離散，全橋共劃分節(jié)點8078個，單元6025個。計算模型如圖3所示。

施工階段劃分：本橋計算分析工作的總思路就是在正裝計算分析理論的基礎(chǔ)上，建立橋梁的計算模型，仿真分析每一具體施工工況，施工階段劃分如表1所示。

圖3 主橋計算模型離散圖

表1 計算階段劃分表

3 現(xiàn)場測試

3.1 線形測試

施工前設(shè)置穩(wěn)固的高程控制點。在主梁每個節(jié)點設(shè)置一個測試斷面，設(shè)置固定撓度測點。線形監(jiān)測點布置如圖4所示。

圖4 主橋線形測點布置圖（單位：cm）

在混凝土澆筑前后、預應(yīng)力張拉前后等主要工況施工時均需要對標高進行測量，以便觀測結(jié)構(gòu)撓度變化歷程，以確保混凝土箱梁與鋼箱梁的澆筑和安裝精度及橋面的成橋線形。為了克服溫度變化所引起的對結(jié)構(gòu)變形的影響，每次測量選擇在清晨7：00以前完成外業(yè)測量。

3.2 應(yīng)力測試

應(yīng)力測試斷面及測點選擇的依據(jù)為能監(jiān)控施工階段最大計算應(yīng)力斷面的應(yīng)力水平，能充分反映主梁中應(yīng)力的分布規(guī)律，區(qū)分重點控制斷面及普通參照控制斷面，能充分且必要地形成主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測預警系統(tǒng)。根據(jù)計算分析結(jié)果，確定測試斷面及測點，優(yōu)化測點布置，選取受力最不利截面進行監(jiān)測，應(yīng)力測試斷面為箱梁在中跨跨中截面、邊跨最大正彎矩截面、鋼混結(jié)合段截面以及箱梁根部墩頂負彎矩截面，共布置9個斷面，截面布置如圖5所示。

4 結(jié)果分析

4.1 線形分析

施工過程撓度分析：撓度指各塊段澆注及張拉過程中產(chǎn)生的撓度，該指標直接反映了主梁的線形變化情況。由于篇幅所限，此僅列出部分工況撓度變形結(jié)果如圖6所示。

成橋線形分析：橋面鋪裝后橋梁幾何線形，通過箱梁兩側(cè)橋面各控制點的相對高程來繪制橋面鋪裝線形圖，如圖7所示。主梁控制測點高程的測量，選擇在溫度穩(wěn)定觀測時段，采用電子水準儀直接進行測量。

由圖6、圖7可以看出，在疊合混凝土澆筑后主梁撓度變化與理論計算值基本吻合，實測與理論值的差值在4mm以下，滿足規(guī)范要求；從幾何線形監(jiān)測結(jié)果來看拼成橋線形與目標線形高差控制在20mm以下，鋼混結(jié)合段銜接順暢，線性控制良好。

4.2 應(yīng)力分析

應(yīng)力是結(jié)構(gòu)受力是否安全的重要指標，根據(jù)傳感器的測試結(jié)果整理、分析出各監(jiān)測截面的應(yīng)力狀況。由于篇幅所限，文章僅列出部分工況應(yīng)力變化結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，各截面的應(yīng)力實測值與理論值相比變化趨勢一致，實測值稍大于理論值，考慮到混凝土收縮徐變的影響。箱梁在施工過程應(yīng)力實測值增量與理論值誤差在基本在1MPa左右，成橋階段應(yīng)力實測值與理論值誤差在基本在1.5MPa左右。箱梁在施工過程及成橋階段表現(xiàn)出的應(yīng)力變化與理論計算及設(shè)計、監(jiān)控要求基本一致，應(yīng)力監(jiān)控表現(xiàn)良好，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)正常。

5 結(jié)論

（1）結(jié)構(gòu)在施工過程和成橋階段混凝土及鋼箱應(yīng)力實測值與理論值基本一致，控制截面均保持一定壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)應(yīng)力滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，與設(shè)計成橋應(yīng)力狀態(tài)吻合。

（2）施工過程中主橋撓度變化與理論計算值比較接近，從懸臂過程、鋼箱梁架設(shè)到整體落架撓度變化趨勢穩(wěn)定可控，各塊段之間及鋼箱梁與混凝土相結(jié)合部分銜接順暢，成橋后整體線形平順。

（3）通過事前施工分析，事中施工控制，事后施工調(diào)整，使整個各階段主梁內(nèi)力和變形均得到了很好的控制，最終達到了設(shè)計要求，從而確保橋梁的施工質(zhì)量。為建設(shè)質(zhì)量可靠、外形美觀、結(jié)構(gòu)安全的鋼-混組合連續(xù)梁橋提供了有力的保障，同時也為今后類似橋梁施工分析及控制提供了借鑒依據(jù)。

圖5 主橋應(yīng)力測點布置圖

圖6 疊合混凝土澆筑后撓度數(shù)據(jù)對比圖

圖7 橋面鋪裝線形圖

圖8 5#墩河側(cè)（墩頂負彎矩截面）應(yīng)力數(shù)據(jù)對比圖