鐵路特大橋預應力連續梁橋懸臂施工控制研究

楊 磊

（四川西南交大土木工程設計有限公司遼中分公司，遼寧沈陽 110148）

文章基于華晨寶馬大東工廠擴能項目鐵路專用線工程跨馬宋公路特大橋，對其大跨預應力混凝土連續梁橋懸臂施工控制進行分析[1]。

1 工程概況

工程位于沈陽市大東區，橋梁全橋長904.34 m。主橋上部結構采用單箱單室預應力混凝土連續箱梁結構，跨度為56 m+56 m，采用變截面直腹板形式，箱梁頂寬7.6 m，底寬4.2 m，中墩箱梁底板寬度加寬至5.2 m，頂板厚度除支點附近外，均為34 cm，腹板厚45～72 cm，按折線變化。底板厚由30 cm按照二次拋物線變化至根部的80 cm。橋梁采用掛籃分段對稱懸臂澆筑方法，邊跨采用墩旁托架方法。

2 主橋施工計算

2.1 主橋結構計算模型

本橋建模施工階段劃分與橋梁實際施工工序一致，共分為50個施工階段，利用MIDAS Civil軟件建立全橋計算模型，共59個節點，57個梁單元。

橋梁結構計算模型如圖1所示。

圖1 橋梁結構計算模型

2.2 主要材料參數

（1）混凝土。

根據材性試驗實測數據對模型進行修訂，主梁和橋墩采用C50混凝土，封端采用C50補償收縮混凝土，保護層采用C40纖維混凝土。

（2）預應力。

縱向、橫向預應力鋼束采用高強低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為1 860 MPa，公稱直徑15.2 mm。豎向預應力鋼筋采用25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋，型號PSB830，抗拉強度標準值為830 MPa。

3 有限元計算結果

利用MIDAS Civil驗算橋梁持久、短暫狀況構件的應力及持久狀況、正常使用極限狀態，計算結果滿足規范要求。

（1）分析短暫狀況下構件的應力，上部結構箱梁上緣全部處于受壓狀態。

在施工至最大懸臂時，最大壓應力出現在0號塊懸臂處，為11.8 MPa；箱梁下緣均處于受壓狀態，最大壓應力為10.7 MPa，位于7號塊處。邊跨合攏時，邊跨箱梁上緣全部處于受壓狀態，最大壓應力為16.6 MPa，位于0號塊懸臂處。箱梁下緣全部處于受壓狀態，其最大壓應力為18.2 MPa，出現在10號塊處。

（2）進行成橋狀態下內力組合及強度驗算，主力作用下，強度安全系數最小值為2.22；主力+附加力作用下，強度安全系數最小值為2.17；施工荷載作用下，強度安全系數最小值為2.34。

4 線形監控

4.1 立模標高的確定

考慮溫度、收縮徐變和非線性等因素影響，箱梁實際立模標高的計算公式為[2-3]：

式中：H——實際立模標高；HS——設計高程；Hy——預拱度；Hlj——成橋累計位移;ΔHt——撓度調整值；H掛籃——掛籃彈性變形。

4.2 箱梁線形監控方法

采用高程線形監控和平面線形監控方法監控箱梁線形，在每個區段頂板的前端布設3個高程測點。

4.3 線形監控結果

（1）箱梁實測高程與理論高程對比結果。

箱梁實測高程隨外荷載的變化而變化，主要伴隨施工工序的進行產生，如塊件混凝土澆筑、預應力張拉、掛籃行走等。這類撓度變化快，與工序有關，與時間關系不大。

以東幅1#～15#懸臂端實測撓度與理論撓度比較表為例，分析實測與理論值對比情況。

①1#～6#梁段在混凝土澆筑前后、預應力筋張拉前后、前移掛籃前后，施工階段的實測撓度值與理論撓度數值接近，誤差較小。

②7#～15#梁段混凝土澆筑前后、預應力筋張拉前后，實測值與理論值數值較前6#開始增大，誤差也開始增大，最大誤差出現在14#，為1.8 cm，均控制在2 cm內。

東幅1～15#塊計算高程與實測對比如表1所示。

表1 東幅1～15#塊計算高程與實測對比 單位：mm

（2）影響箱梁實測撓度偏差的分析。

①溫度變化會對長懸臂施工的懸臂撓度觀測結果產生很大影響，施工中必須引起足夠關注。箱梁會受環境溫差和體系溫差的影響，導致其溫度場非常復雜，很難精確地計算溫度對撓度的影響值。本橋監控通過實橋試驗獲得溫度變化對箱梁撓度的影響曲線。

②混凝土彈性模量和箱梁截面尺寸是影響結構剛度改變的兩個主要因素。混凝土彈性模量具有滯后性，是影響混凝土彈性模量的最敏感因素。橋梁的計算采用實測彈性模量，箱梁的理論撓度與實際情況基本接近。應鎖緊模板，嚴格檢查箱梁形狀尺寸，減少超方、縮方現象。

③行走的掛籃是懸臂施工中最大的臨時荷載，其他荷載噸位較小，可以忽略不計。預拱度中考慮掛籃臨時荷載計算結果更接近實際。

④掛籃在混凝土的澆筑過程中會產生一定的彈性和非彈性變形。在后續過程中，彈性變形能夠恢復，應將其計入立模標高，非彈性變形能夠在掛籃試驗時基本消除。

5 橋梁應力監控

5.1 應力監控測點布置

應力測點布置在結構最不利截面上，應做到“少而精”。梁結構主跨1#塊置傳感器，全橋共計4個截面，每個截面6個測點。跨中8#塊安置傳感器，全橋共4個截面，總共布置24個應力量測點。箱梁頂、底板上的測點均按縱橋向水平布置，應力測試采用質量可靠、性能穩定的鋼弦傳感器。

5.2 箱梁應力監控結果

本橋的應力控制關鍵截面為懸臂的根部截面，可以對懸臂根部截面混凝土應力進行監控，得到不同施工荷載作用下截面的應力變化，判斷懸臂施工體系的平衡性。可以對結構的傾覆彎矩進行控制，保證結構施工期間的安全。

在整個施工過程中，本橋結構應力的實測值和理論值差別很小，處于安全狀態。

各施工階段應力理論值與實測值對比如表2所示。

表2 各施工階段應力理論值與實測值對比 單位：MPa

5.3 應力監控結果分析

本橋主梁懸臂根部測試截面實測應力變化趨勢與有限元模擬計算得到的趨勢一致，吻合度較高，其偏差主要由結構的溫度變化為消除以及混凝土的收縮徐變等因素產生，目前，混凝土橋梁的施工應力只能進行近似計算。混凝土的彈性模量通過試驗室試塊測試得到，與實際梁體的真實數值有一定誤差，只能相對近似得到混凝土應力值。雖然測得的混凝土實際應變和理論計算值之間存在一定誤差，但兩者的整體變化趨勢趨于一致。

6 結語

全橋懸臂段在整個施工過程中均表現為壓應力，未出現拉應力，其余各項指標均滿足規范要求；對本橋的線形進行監控，1號～6號梁段在澆筑混凝土前后、預應力筋張拉前后、前移掛籃前后，理論撓度與實測撓度均較小，基本接近；7號～15號梁段澆筑混凝土前后、預應力筋張拉前后，理論值與實測值均開始增大，理論撓度與實測撓度的偏差增大，但最大偏差不超過2 cm，分析溫度變化、剛度、臨時荷載、掛籃變形等對其產生誤差的影響程度，并給出合理化建議。