大跨徑波形鋼腹板剛構橋施工監控技術研究及應用

石杰榮

（陜西交通控股集團有限公司京昆改擴建項目管理處，西安 710089）

為解決目前混凝土橋中普遍存在的腹板開裂、自重過大等問題，波形鋼腹板PC箱梁應運而生[1]。波形鋼腹板代替傳統的混凝土腹板之后，薄壁波形腹板沿橋縱向如風琴一樣能夠自由變形，具有折疊效應，其軸向及彎曲剛度可以忽略不計。波形鋼腹板梁橋具有自重小，充分利用材料效率、施工效率高及抗震性能優，完全避免了腹板開裂的問題。波形鋼腹板連續剛構目前已經在國內被較多應用。

大跨徑波形鋼腹板預應力混凝土連續剛構橋梁在懸臂施工過程中，每個梁段施工時的立模標高不是該梁段的成橋標高，梁段澆筑后的標高隨著后續梁段澆筑混凝土和張拉預應力而上下變化。施工中影響結構變形和受力的參數及誤差形成因素眾多，如果不加以控制和調整，主梁的線形和結構內力將難以滿足設計要求，所以橋梁施工監控就需要貫穿整個施工過程，橋梁施工監控通過對應力、應變、溫度及標高等實際測量與預測模型相結合，確保成橋后結構內力和標高滿足設計要求[2]。

1 工程概況

某高速公路波形鋼腹板PC連續剛構橋主橋上部結構為（75 m+2×140 m+75 m）波形鋼腹板連續剛構。主梁采用單箱單室截面，箱梁設計高程為中護欄底座與橋面鋪裝的交點，距離橋梁中心線1.0 m。橋面橫坡隨路線變化，由箱梁沿頂板頂緣中點旋轉形成。梁高和底板厚度均以1.8次拋物線的形式由跨中向根部變化，跨中梁高3.5 m，底板厚32 cm；根部梁高8.50 m，底板厚120 cm；波形鋼腹板采用1600型，波長1.60 m，波高0.22 m，波形鋼腹板厚度采用12、16、22、25 mm這4種型號。單墩2側施工節段劃分為3.2 m（邊跨現澆段）+3.2 m（合攏段）+4.8 m×9+3.2 m×6，0#塊12 m。橋面寬度（半幅）：0.5 m（防護欄）＋11.25 m（行車道）＋0.9 m（中央分隔帶）。某特大橋現場照片如圖1所示。

圖1 某波形鋼腹板PC連續剛構橋

2 橋梁有限元模型分析

橋梁寬跨比小于0.5，按單梁模型進行縱向整體計算。橋梁位于曲線半徑較大，按直橋進行分析。按照結構滿足平截面假定，抗彎分析中不考慮鋼腹板作用，截面彎矩均有箱梁頂底板承擔；箱梁鋼腹板與混凝土頂底板協同受力[3]。

主橋上部結構采用Midas/Civi軟件進行對比校核計算，上部結構按照空間實用理論簡化為平面桿系計算。全橋離散為278個節點，274個單元[4]，計算模型如圖2所示。

圖2 結構計算有限元模型

支承條件按圖紙說明進行約束，對過渡墩支座約束橫向及豎向位移，對于墩柱底部固結。采用Midas/Civil仿真，墩頂截面采用混凝土截面；波形鋼腹板截面采用忽略波形鋼腹板抗彎貢獻的等效截面；對于內襯混凝土的波形鋼腹板段，等效為混凝土截面進行計算。

3 施工過程主要監控內容

3.1 波形鋼腹板首板定位安裝

第一節鋼腹板（首板）定位精度對結構后續梁段波形鋼腹板的安裝影響巨大，所以對首板安裝嚴格控制，加密監測。在定位局部微調時采用圓鋼外包麻布的撬棍進行，防止損傷鋼腹板。其定位要點如下。

①鋼腹板吊裝到預安裝位置，在掛籃底模上安裝縱向鋼筋和底板橫向鋼筋，然后在腹板處安裝墊塊及固定裝置，確保鋼腹板標高，然后通過倒鏈將其緩慢吊裝就位，將鋼筋穿入并且微調鋼腹板準確穿入。②用定位內支撐以滿足內外側鋼腹板的穩定，防止傾覆，并保證豎直度。③為保證縱坡要求，首節鋼腹板縱向按照一定的角度傾斜，主要通過底部襯、墊實現。因為每一個0#塊不同的縱坡要求，傾斜角度各不相同。④通過全站儀測量鋼腹板控制的空間坐標，準確定位各節段的位置，使安裝要求和成橋線形滿足設計要求。首板波形鋼腹板定位安裝如圖3所示。

圖3 某大橋首板波形鋼腹板定位安裝

3.2 立模高程的確定

在波形鋼腹板組合梁的懸臂施工過程中，掛籃前移、臨時荷載碼放、混凝土懸臂澆筑和預應力張拉等各施工節段對主梁撓度均有影響，每一施工節段立模高程都在動態調整。

箱梁立模標高的理論計算公式如下

由于施工過程中存在溫度、收縮徐變和其他因素，現場實際情況和理論計算值不會完全一致，因此要不斷修正理論立模標高，箱梁最終立模標高為

3.3 橋梁線形控制

本橋將各階段現場實測值與對應的理論值進行對比分析，可以看出線形符合設計規范要求?？刂平Y果如圖4所示。

圖4 左幅全橋成橋線形成果

從以上控制成果圖可以看出，實際標高是在期望值附近上下變化，理論標高和實際標高偏差不大。另外，由于施工過程中因施工機具及材料的堆放，對實測數據有一定干擾。所以橋梁施工過程中，線形可控，符合規范要求。

3.4 應力監測

在整個施工過程中，各個施工階段對現階段安裝的所有傳感器進行1次讀數，每次對傳感器讀3次數，并取其平均值作為該測點本次讀數，以下為結構應力監測步驟。

（1）梁段未澆筑之前安裝傳感器，采集1次數據，記錄各應力計的安裝初始應力；

（2）第i塊梁段施工過程中，掛籃前移就位，鋼筋綁扎完畢，采集1次數據?；炷翝仓瓿珊蟛杉?次數據。預應力束張拉錨固后采集1次數據；

（3）每次合攏前后采集1次數據；

（4）橋面、二期恒載作用后采集1次數據。

本次監控是在某特大橋整個施工過程中，把控每個施工環節。對每次采集的數據進行處理，與理論值進行對比。將實測數據反饋到下一施工階段，并對實測結果作詳細分析。此處僅列出部分施工分析結果，如圖5—圖8所示。

圖5 右幅5號T0#塊底板應力—時間歷程曲線

圖6 右幅5號T0#塊頂板應力—時間歷程曲線

圖7 右幅6號T0#塊底板應力—時間歷程曲線

圖8 右幅6號T0#塊頂板應力—時間歷程曲線

對應力分析結果可見，在各工況預應力張拉前后，各截面應力均有較大變化，這是由于此時結構在預應力的作用之下，外載比前一階段有較大增加。由以上應力—時間歷程曲線可以看出，各施工階段截面的理論計算應力值與實測值偏差不大，說明預應力筋張拉有效；各施工階段截面應力實測值均小于其應力限值且有較大冗余，說明整個施工過程中結構始終處于安全狀態。

3.5 合龍口高程控制

波形鋼腹板預應力混凝土連續剛構橋為超靜定結構，混凝土收縮、徐變及溫度變化等都會對結構產生一定的附加內力，特別是對溫度的敏感程度較高[5]。合龍實際溫度與設計溫度的溫差會使梁體產生位移，引起主墩偏位，產生次生內力。同樣后期的收縮徐變也會使梁體產生下撓和水平位移及附加內力，造成主墩偏位，對主墩受力產生不利影響。為此，在連續剛構橋中跨合龍時對梁體施加1個水平推力，給主墩施加1個反向位移，以抵消合龍溫差、后期收縮徐變和跨中下撓的影響。頂推施工現場宜采用位移和頂推力雙控法，確保結構施工安全和橋梁成橋后的線形達到設計和規范要求。

通過現場頂推和合龍口高程測量對比分析，懸臂根部及墩底未出現異常應力，總體合龍偏差滿足合龍精度要求。大橋合龍相對誤差在1.3 cm以內，大橋合龍后各測點實測標高與目標標高偏差均小于2 cm，滿足規范要求，合龍后線形平順良好，成橋線形達到理想效果，起到了指導施工的目的，保證了橋梁的施工質量。合龍口偏差見表1。

表1 某特大橋左右幅合龍口偏差表

4 結束語

本文對施工前的有限元模型分析、施工過程中0#塊首塊波形鋼腹板空間定位安裝、掛籃堆載試壓、立模高程的確定方法、線形控制、應力監測及合龍口高程監測進行了闡述，表明主橋的監控工作取得了預期的效果。橋梁結構施工全過程處于良好的受控狀態，線形與受力與目標狀態基本吻合。主梁線形平順，滿足車輛運營的各項要求；結構受力安全，應力儲備足夠，達到了施工控制的目的和要求，取得了預期的效果。