簡支變連續橋梁施工控制研究

秦 耕

（招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400060）

雖然簡支梁在實際工程中表現出了結構簡單、施工便捷的優點，但同時也存在較為突出的伸縮縫問題且其使用過程中往往伴隨出現較多病害。研究表明，傳統連續梁橋能夠為行車提供良好舒適性且結構整體性較好，但施工復雜、質量控制難度大。綜合考慮到橋梁建設在進度、程度、質量等方面的要求，當前許多設計方案都選擇采用簡支變連續梁橋，以此來綜合兩類橋梁結構各自的優勢[1]。

近些年，我國在基礎工程建設方面已經取得了一定的成果，但在簡支變連續梁橋建設領域的施工管理卻發展較為滯后，大多選擇采用傳統模式開展管理工作，對于工藝管理的精細化不足且欠缺信息化。針對這一問題，本研究以簡支變連續梁橋施工所涉及到的各個工序為分析對象展開深入探究，結合信息化技術健全管理體系，確保經濟、質量等目標能達到預期[2-3]。

1 預制梁養護工況

本文以我國某簡支變連續梁橋項目為例，對其施工所涉及到的同批次4 片預制梁展開全過程追蹤控制，該批次預制梁均為中跨位置未經張拉的30 mT 型梁。

1.1 實測結果

通過設計方案可知該批次T 型梁的混凝土材料中摻加了適量早期減水劑，以此來強化結構的早期強度。實測得到各批次梁體彈模、強度均高于預期要求限值，見表1。

表1 實測參數值

在實測過程中將預制梁置于臺座上且未附加外荷載作用，因此在該工況條件下不發生上拱。

1.2 實測值與理想值間的施工偏差結果

將上述工況條件下實測得到的數據與設計理想值進行比對，見表2。

表2 主要施工變量的偏差

在上述工況條件下，考慮到混凝土配置過程中摻加了適量早強劑且梁體材料存在一定差異，導致混凝土構件的力學性能偏差較大。因此，將混凝土實測的彈模、容重作為施工過程控制的主要對象。根據表2 可以看出，該批次不同梁體的容重均與設計理論值較為接近，其中最大偏差小于5‰；但對于彈模指標而言該批次不同梁體具有不同的偏差，且主要集中在-11%～1%的范圍內。因此，為了確保張拉過程的可控，本研究主要考慮彈模偏差所帶來的影響。

彈模的偏差會對后續工況條件造成影響，因此根據已有研究預測彈模因素對該批次梁體上拱、受力可能產生的影響，見表3。

表3 變形及應力偏差結果

按照表3 中數據可以發現，①～③梁所發生的上拱變形偏差均低于1 mm，但實測所用儀器的精度僅為1 mm/km，而在跨中底部壓應力偏差方面的最大值為-0.03 MPa，這與應力標準值較為接近，因此即可認定①～③梁與預期設計要求相契合，可不再進行參數調整。④梁的跨中上拱變形偏差達到了-1.3 mm，高于儀器-1.3 mm 的精度，需要調整其參數。總體來看，在開展后續工況之前應當對④梁做出適當的修整，而①～③梁可按原有設計進行施工。

1.3 偏差修正過程及修正措施

按照已有研究[4-5]對于不同施工變量權重的分析可知，權重敏感性由高至低分別為張拉控制應力、管道摩擦系數、局部偏差系數，因此選定張拉控制應力、管道摩擦系數、局部偏差系數作為施工控制的關鍵參數，以此來調節張拉工序結束后的瞬時工況。

根據張拉應力變化規律的擬合曲線可以得出下式：

其中，Δy1為中跨中梁跨中的變形偏差（mm）；Δy2為中跨中梁跨中底部的應力偏差（MPa）；Δx 為控制應力系數。

將表3 中數據代入至上式中計算即可得到：Δx=0.04 mm，Δy2=-0.70，也即在梁體跨中的底部位置存在0.7 Mpa 的壓應力增量。

因此，在下一工況條件下應當采取以下措施進行修正：提升④梁張拉過程應力控制值至1.04 σ（也即1450.8 MPa）。

1.4 控制結果

以④梁在修正后實測值、無控制條件下的預測值以及設計理想值進行比對，評價在該工況條件下的施工控制情況，見表4。

表4 控制結果比對

根據上表數據可以發現，對于采取了控制修整措施的T 型梁，其變形實測結果與設計理想值之間的擬合性最好，偏差僅為2.1‰。在應力指標中，采取控制修整措施的T 型梁實測得到的壓應力高于設計理想值約7.33%，而為采取控制措施的T 型梁則與標準值更為接近。僅就結構實際受力狀態來看，在跨中位置施加的壓應力可看做鋼束對梁體的預壓作用，當結構未產生開裂時有助于提高梁體承載能力。所以，上述控制措施具有積極作用，能夠顯著減小該階段工況條件下的施工偏差。

2 張拉完成工況

2.1 實測結果

仍舊以該批次四片預制梁最為分析對象，在張拉工序結束后結構的瞬時狀態實測結果，見圖1。

在該階段的工況條件下，管道、錨具等設備的實際使用型號與設計方案一致，因此在選擇管道摩擦系數、局部偏差系等參數時可直接使用設備的設計值，其基本施工變量，見表5。

表5 基本施工變量的實際值

2.2 實測值與理想值間的施工偏差結果

將上述工況條件下實測得到的數據與設計理想值進行比對，見表6。

表6 張拉后的線形及應力偏差結果

對該階段工況條件下各變量進行分析即可發現，其偏差，見表7。

表7 參數偏差值

根據表7 中數據可以發現，對于主梁跨中位置的上拱變形及應力來說，僅②梁由于其變形過大需要考慮其偏差帶來的影響。結合表8 及實際施工方案可以發現，這一偏差產生的主要原因在于施工人員在張拉過程中失誤操作導致②梁結構內的控制應力較標準值更大。④梁在上一工況條件下采取了修正措施，因此可不計其偏差所帶來的影響。在開展后續工況之前應當對②梁做出適當的修整，而其他梁可按原有設計進行施工。

2.3 偏差修正過程及修正措施

按照已有研究對于不同施工變量權重的分析可知，權重敏感性由高至低分別為存梁時間、環境相對濕度。同時，考慮到施工組織計劃的設計，該批次四塊預制梁的存梁周期定位21 d。因此，選定環境濕度作為施工控制的關鍵參數，以此來調控預制梁。

根據環境相濕度變化規律的擬合曲線可以得出下式：

其中，Δy1為中跨中梁跨中的變形偏差（mm）；Δy2為中跨中梁跨中底部的應力偏差（MPa）；Δx 為環境相對濕度改變值。

將實測數據代入至上式中計算即可得到：Δy1=-2.25，Δx=0.19 mm，Δy2=-0.14，也即在梁體跨中的底部位置存在0.14 Mpa 的壓應力增量。

因此，在下一工況條件下應當采取以下措施進行修正：調整②梁在養護環節中的相對濕度至89%。一般可在存梁區布置噴頭進行灑水、梁體蓋布養護等方式來改善濕度條件，但應當注意構件外部裸露鋼筋可能發生的銹蝕現象。此外，可通過濕度測量工具譬如傳感器等方式來提升濕度控制的精度。

2.4 控制結果

以②梁在修正后實測值、無控制條件下的預測值以及設計理想值進行比對，評價在該工況條件下的施工控制情況，見圖2。

圖2 控制結果對比

根據上圖2 可知，對于采取了控制修整措施的②梁，其變形實測結果與設計理想值之間的擬合性最好，偏差僅為0.5‰；而對無措施下的②梁，其變形實測結果與設計理想值之間的偏差約為10.6%。在應力指標中，采取控制修整措施的②梁實測得到的壓應力較無措施下的②梁偏差不大，所以可認為該施工控制方法較為有效，能夠顯著降低施工偏差。

3 存梁工況

3.1 實測結果

以該批次四片梁作為分析對象，實際存梁時間為20 d，且實測可知環境相對濕度約在63%～76%的范圍內，其日平均濕度約為72%。以存梁第20 d 末的預制梁作為對象測量，見表8 結果。

表8 存梁結束狀態實測結果

3.2 實測值與理想值間的施工偏差結果

將上述工況條件下實測得到的數據與設計理想值進行比對，見表9。

表9 存梁結束時的偏差結果

根據表9 可以發現，①～④梁跨中位置的上拱變形實測值與理想設計值均擬合較好且其偏差低于1 mm；就另一方面來看，存梁期內存梁區的存梁日均濕度與設計要求較為接近，雖然其存量周期較設計少一天，但其影響可忽略不計。

總體來看，在該工況條件下四片預制梁均可不加修正，可按照設計要求繼續開展后續施工。

4 結論

本文以某工程同批次四片預制梁為對象展開分析，基于主導施工效果的基本變量做出了相應的評價及修正，研究表明該方法對于強化施工過程控制具有顯著效果，能夠大大提升工程管理質量。