大跨徑空腹式連續(xù)梁橋施工監(jiān)控

黃立鑫

福州市交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350000

空腹式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有連續(xù)梁和斜腿剛架的受力特點(diǎn)，與常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋相比，計(jì)算跨徑縮短，墩頂自重和負(fù)彎矩減少，承載效率提高，縱向結(jié)構(gòu)剛度增大，結(jié)構(gòu)撓度減小；且外型簡潔美觀，近年來逐步被應(yīng)用于公路和城市橋梁的建設(shè)中［1］。但空腹區(qū)梁段的V 形構(gòu)造較常規(guī)連續(xù)梁橋的復(fù)雜，屬于高次超靜定，預(yù)應(yīng)力體系復(fù)雜，溫差、沉降及收縮徐變引起的附加應(yīng)力大［2］，大大提升了該橋型結(jié)構(gòu)的懸臂澆筑施工難度［3］。應(yīng)通過施工監(jiān)控加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工的過程控制。國內(nèi)學(xué)者對(duì)連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控做了大量的研究［4］，提出了的設(shè)計(jì)參數(shù)識(shí)別和調(diào)整的一些理論［5］和方法。但對(duì)大跨徑空腹式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控研究較少，本文以福州新建的洪山大橋主橋?yàn)楸尘埃瑢?duì)施工監(jiān)控進(jìn)行分析和探索，為同類橋梁施工監(jiān)控提供參考。

1 工程概況

洪山大橋主橋跨徑布置為（72+132+72）m，雙向八車道，分兩幅布置，單幅標(biāo)準(zhǔn)段寬23.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速60km。上部結(jié)構(gòu)為空腹式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用矩形實(shí)體墩和群樁基礎(chǔ)。主橋縱向分65 個(gè)節(jié)段，按“現(xiàn)澆0#塊→對(duì)稱懸臂澆筑1#～15#節(jié)段→現(xiàn)澆邊跨→邊跨合攏→中跨合攏”的順序施工。

2 數(shù)值模擬與分析

2.1 數(shù)值模型

采用MIDAS/Civil 有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析并建立模型。思路如下：

（1）結(jié)構(gòu)離散。橋墩和主梁均采用梁單元模擬，全橋離散為176 個(gè)單元，203 個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中主梁單元100 個(gè)，橋墩單元76 個(gè)。

（2）構(gòu)件屬性輸入。混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋的材性均按現(xiàn)場試驗(yàn)測(cè)試值進(jìn)行輸入；構(gòu)件截面尺寸按設(shè)計(jì)圖紙輸入；預(yù)應(yīng)力鋼束按圖紙進(jìn)行三維空間建模，考慮張拉方式及預(yù)應(yīng)力損失。

（3）荷載輸入。二期恒載按72kN/m 計(jì)，汽車荷載采用公路I 級(jí)；施工荷載載按700kN 計(jì)，支座沉降、收縮徐變、溫度荷載等按規(guī)范計(jì)取。

（4）邊界條件模擬。按“m 法”測(cè)算土的側(cè)向剛度并設(shè)置土彈簧；承臺(tái)簡化為剛體，通過施加節(jié)點(diǎn)荷載模擬自重，承臺(tái)與主墩、樁基均采用剛性連接；施工階段3#和4#主墩與主梁采用剛性連接，體系轉(zhuǎn)換階段通過釋放梁端部約束來模擬解除臨時(shí)固結(jié)，并轉(zhuǎn)化為鉸接；邊跨現(xiàn)澆段支架采用一般支承模擬。

（5）施工模擬。按施工組織方案設(shè)置施工階段，每個(gè)節(jié)段設(shè)置3 個(gè)工況：掛籃前移、模板定位；綁扎鋼筋、澆注混凝土；張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。

2.2 模型修正

（1）材料本構(gòu)關(guān)系：通過試驗(yàn)得到主梁、橋墩、承臺(tái)、樁基混凝土和預(yù)應(yīng)力筋、普通鋼筋的本構(gòu)關(guān)系，對(duì)MIDAS/Civil 自帶的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行修正。

（2）預(yù)應(yīng)力損失：經(jīng)過相關(guān)參數(shù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值較為接近，誤差＜5%，為簡化建模和計(jì)算，不進(jìn)行修正。

（3）施工荷載：設(shè)計(jì)施工臨時(shí)荷載為700kN，施工荷載根據(jù)各階段的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整輸入。

（4）T 構(gòu)固結(jié)剛度：通過掛籃預(yù)壓試驗(yàn)獲取T 構(gòu)的實(shí)測(cè)剛度，并通過調(diào)整MIDAS/Civil 軟件邊界條件轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的相關(guān)系數(shù)實(shí)現(xiàn)T 構(gòu)剛度精確模擬

2.3 影響因素控制

（1）通過對(duì)橋梁構(gòu)件實(shí)際溫度場的監(jiān)測(cè)并考慮其影響以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)變形，并采取相應(yīng)的調(diào)控措施，消除溫差影響。

（2）通過優(yōu)化測(cè)量時(shí)間和手段，采用濾波法進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理，消除測(cè)量誤差影響。

（3）通過施工中嚴(yán)格控制模板剛度和混凝土用量等措施，消除節(jié)段重量誤差影響。

3 施工監(jiān)控

3.1 施工監(jiān)控方法

通常采用預(yù)測(cè)控制法。結(jié)構(gòu)受力通過嚴(yán)格控制張拉力調(diào)整修正，主梁線形通過提前測(cè)算各節(jié)段立模標(biāo)高調(diào)整修正。通過監(jiān)控使得主梁的關(guān)鍵截面內(nèi)力和梁底標(biāo)高的誤差最大值在規(guī)范允許范圍內(nèi)，使得成橋結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)意圖。

3.2 施工監(jiān)控流程

主橋施工控制的流程圖如下：

圖1 施工監(jiān)控流程圖

3.3 施工監(jiān)控實(shí)施

3.3.1 線形監(jiān)控

（1）高程測(cè)點(diǎn)布置。主梁高程使用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量，高程控制網(wǎng)使用施工控制網(wǎng)，在中墩0 號(hào)節(jié)段上分別設(shè)2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，每隔3 個(gè)施工節(jié)段對(duì)高程基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。為反映各節(jié)段施工時(shí)梁體的線形變化，在每個(gè)懸澆節(jié)段布置6 個(gè)高程觀測(cè)點(diǎn)。

（2）測(cè)量要求。施工前的梁體中線和立模標(biāo)高放樣，誤差應(yīng)分別≤±10mm 和±3mm；懸澆過程測(cè)量混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉后、掛籃行走后四個(gè)工況的高程；合攏施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)整個(gè)混凝土施工及預(yù)應(yīng)力張拉過程的標(biāo)高監(jiān)控；二期恒載施工完畢后進(jìn)行全橋線形監(jiān)測(cè)。測(cè)量工作應(yīng)在清晨6：30（春冬）或5：00（夏秋）前完成。

3.3.2 應(yīng)力監(jiān)控

（1）應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置。選用密封絕緣好、量程大、精度高、零漂小、防破損能力較好的北京英巖振弦式應(yīng)變計(jì)。根據(jù)空腹式連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取15 個(gè)關(guān)鍵截面，每個(gè)截面布置6 個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，共90 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）測(cè)量要求。安裝前應(yīng)檢驗(yàn)應(yīng)變計(jì)的穩(wěn)定性和零漂等性能；施工過程測(cè)量混凝土澆筑后和預(yù)應(yīng)力張拉后兩個(gè)工況的應(yīng)力，邊跨和中跨合攏并張拉預(yù)應(yīng)力后、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后、全橋預(yù)應(yīng)力張拉后等工況的均應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，二期恒載施工后全部關(guān)鍵截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)。測(cè)量時(shí)間與高程測(cè)量一致。

3.3.3 溫度監(jiān)測(cè)

（1）溫度測(cè)點(diǎn)布置。季節(jié)溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對(duì)撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對(duì)撓度進(jìn)行觀測(cè)，最大程度消除日溫差影響。

（2）測(cè)量要求。主梁溫度測(cè)點(diǎn)布置同應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置。環(huán)境溫度測(cè)量采用水銀溫度計(jì)和點(diǎn)溫計(jì)測(cè)試，溫度測(cè)試精度±0.1℃。施工過程中測(cè)量混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉后2 個(gè)工況的溫度；主梁合龍、二期恒載施工完畢也各進(jìn)行1 次測(cè)試。監(jiān)測(cè)時(shí)間與高程測(cè)量一致。

3.4 監(jiān)控結(jié)果與分析

3.4.1 最大懸臂階段

施工至15#節(jié)段后，實(shí)測(cè)梁底線形，并與理論計(jì)算標(biāo)高對(duì)比。所有節(jié)段的高程實(shí)測(cè)值與理論值的差值均≤2cm；2#墩邊跨合龍段兩端計(jì)算高差81mm，實(shí)測(cè)高差99mm，合龍精度18mm；5#墩邊跨合龍段兩端計(jì)算高差36mm，實(shí)測(cè)高差45mm，合龍精度9mm。

該階段關(guān)鍵截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值對(duì)比，差值最大為0.6MPa，≤9%，變化規(guī)律一致。

（1）溫度測(cè)點(diǎn)布置。季節(jié)溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對(duì)撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對(duì)撓度進(jìn)行觀測(cè)，最大程度消除日溫差影響。

3.4.2 邊跨合攏階段

邊跨合攏后，實(shí)測(cè)梁底線形與計(jì)算設(shè)定標(biāo)高對(duì)比。所有節(jié)段的高程實(shí)測(cè)值與理論值的差值均≤2cm；中跨合龍段兩端計(jì)算高差2mm，實(shí)測(cè)高差20mm，合龍精度18mm。

該階段關(guān)鍵截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值對(duì)比，差值最大為0.58MPa，≤8%，變化規(guī)律一致。

（1）溫度測(cè)點(diǎn)布置。季節(jié)溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對(duì)撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對(duì)撓度進(jìn)行觀測(cè)，最大程度消除日溫差影響。

3.4.3 中跨合攏階段

中跨合攏后，實(shí)測(cè)主梁梁底線形，并與計(jì)算設(shè)定標(biāo)高對(duì)比。所有節(jié)段的高程實(shí)測(cè)值與理論值的差值均≤2cm。合攏成橋后梁面標(biāo)高實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值對(duì)比基本吻合。大部分測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高與設(shè)計(jì)值的差值在規(guī)范值10mm 內(nèi)，線形整體較為平順。

該階段關(guān)鍵截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值對(duì)比，差值＜0.57MPa，相差＜8%，變化規(guī)律一致。

4 結(jié)論

通過對(duì)洪山大橋主橋進(jìn)行施工監(jiān)控分析，調(diào)整糾偏，取得了良好的施工效果，針對(duì)空腹式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，結(jié)論如下：

（1）通過數(shù)值建模分析和施工監(jiān)控調(diào)整，懸臂施工可得到較好控制。主橋合攏高差≤12mm，主梁線形整體平順，實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差值＜10mm，滿足規(guī)范要求；應(yīng)力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值誤差＜10%，變化規(guī)律符合施工過程的結(jié)構(gòu)體系變化，成橋應(yīng)力分布符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

（2）施工應(yīng)加強(qiáng)空腹梁段的控制。支架和模板應(yīng)具備較大的剛度，正確預(yù)測(cè)其變形量，控制好立模標(biāo)高和混凝土用量。施工過程要避免掛籃吊桿鏍帽松動(dòng)、墊塊受損壞等原因造成掛籃變形超標(biāo)，進(jìn)而造成主梁線形下?lián)稀?/p>

（3）建模時(shí)要做好混凝土和預(yù)應(yīng)力的本構(gòu)關(guān)系、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、T 構(gòu)剛度等參數(shù)的修正；并充分考慮溫差、基礎(chǔ)沉降、施工荷載等因素的影響。

（4）施工過程中要嚴(yán)格控制立模標(biāo)高、混凝土澆筑量、預(yù)應(yīng)力張拉力等關(guān)鍵參數(shù)；要校核掛籃和模板的剛度。施工后要做好主梁養(yǎng)護(hù)工作，保持合理溫度和濕度，保證預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的混凝土齡期。

（5）立模標(biāo)高計(jì)算按“寧高勿低”的原則，多考慮一定的下?lián)献冃瘟浚嗍┘由倭款A(yù)應(yīng)力，抵消混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不足、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失等引起的下?lián)稀?/p>