T型剛構轉體梁橋的施工控制技術研究

魏志鵬

（江西省交通工程集團建設有限公司,江西 南昌 330038）

0 引言

轉體施工是一種在非設計軸線所在位置制備成型，然后通過系統控制，將橋構轉體就位形成整橋的施工方法。該方法施工速度快，交通影響小，作業相對安全，在橋梁建設中越來越多地得到應用[1]。但是，畢竟轉體施工是一個對每一步作業均質量要求很高的施工過程，一旦分步作業，存在超度作業誤差，會造成橋梁合龍困難，成橋線型和內部應力與設計要求不一致等問題，嚴重影響橋梁整體施工的順利實現，所以轉體梁橋加強施工控制尤為必要。

案例跨鐵路T型剛構轉體梁橋在施工過程中，強化精度質量意識，加強施工控制，良好完成了轉體施工任務，實現和保障了成橋線型及內部應力滿足設計要求，確保了施工安全和橋梁的整體承建質量[2]。這里結合工程實際，介紹該T型剛構轉體梁橋的施工控制做法及相關成果，以期為同類工程應用提供技術參考。

1 案例簡介

案例是一座T型剛構跨鐵道路橋，全橋采取混凝土預應力連續T梁設計，主梁采取單箱單室斷面設計，總體長度168 m，跨度配置（84+84）m，施工跨度（71+71）m。采取全柱支撐單側轉體施工方法，沿鐵路線澆注T型剛構箱體梁，待澆注養護達標后，開展預應力筋張拉操作，完成張拉后拆除支撐，然后以水平平衡轉體法使主梁就位，整橋合龍。水平平衡轉體法的轉動體系中，鉸球是轉動體系的結構核心，對體系的制作和裝配施工精度的要求很高。計轉體角度33.46°，轉體的總重量在7 083 t左右。

2 施工控制方法

轉體梁橋施工控制是個“施工→測控→識別→修正→預報→施工”的循環過程。施工控制目標有兩個：①保證分段施工中結構的質量與作業安全。②保證成橋后橋梁的線型和內部應力滿足設計和質量要求。要實現這兩個控制目標，首先要把握存在哪些影響因素以及各因素的影響程度，然后對其進行分析控制。

3 案例T型剛構轉體梁橋的施工控制

3.1 施工應變的監測控制

3.1.1 監測儀器

根據各種應變測試儀器的功效和經濟性的比較，并考慮到測量儀器的精度和長時觀測的需要，選用振弦應變儀和振弦式讀數器，后者分辨率為1 με。前者主要功效指標為線性度＞0.20%，精度為1/1 000，量程為±1 000 με，環境影響不大[3]。

3.1.2 測量點配置

主梁斷面的測量點配置：

斷面1：橫梁側斷面，距離墩CY58#中心線2 m，設溫度感受器。

斷面2：主梁變斷面，距離墩CY58#中心線10 m處。

斷面3：主梁跨中斷面，距離墩CY58#42 m處。

斷面4：距中墩L/4的主梁斷面，距離墩CY58#中心線21 m處，布設溫度感受器。

斷面5：主梁距離中墩3L/4處，距離墩CY58#中心線63 m處。

斷面6：主梁合龍段，距離墩CY58#中心線70 m處。主梁共計設有50個應力測點。

3.1.3 應變檢測過程

主斷面應變檢測貫穿整個作業過程，大概可分為3個階段：第1階段，主要是在混凝土達成設計強度后，對施工中箱體梁的應變值進行監測。該施工階段的應變主要由施加預應力引起。第2階段，主要檢測施工操作完成后梁體的應變數據。對于旋轉梁段，脫架施工的過程是由牛腿支承過渡到懸臂支承，即由靜定結構過渡到超靜定結構。完成脫架操作以后，轉體T構已完成第1次的體系轉換，這時處于最不利狀態。第3階段，檢測轉梁完成合龍作業后箱體梁的應變數據。就位后，完成合龍段澆注。當混凝土達成設計強度后，進行剩余預應力筋的張拉[4]。這是一個靜定結構到超靜定結構的作業過程，此間也完成了第2次的體系轉換，基本完成了橋梁主體施工，可以獲得成橋狀態的應變數據。

3.1.4 應變檢測結果與比較分析

（1）轉體T梁達成設計強度以后，預應力筋張拉操作中，得出各斷面的應變和應力檢測結果。應變檢測顯示，988069號感受器測出的數據為-31.20 MPa，同一水平位置、同一斷面的其他4個測量點的數據因干擾異常，應剔除。因此在預應力筋張拉操作階段，轉體梁各斷面測量點最大壓應力是-13.40 MPa，發生在3-3斷面頂板的中間區域，各斷面的最大壓應力在頂板位置發生，數值為2.40 MPa。

（2）轉體梁完成施工后，得出各斷面應變和應力檢測結果。

圖1是距離中墩軸線2 m處，轉梁頂板沿梁寬由內向外的應力比較曲線。因為頂板外法蘭盤的一個傳感器在施工中損壞，所以圖中僅有4個有效檢測值。圖2是半徑474.85 m的外腹板單元在距離中墩軸線2 m處沿梁高的應力比較曲線。因為施工中損壞了3個感受器，所以圖中有7個有效檢測值。通過模擬計算值與實際檢測值的比較可知，計算值的最大壓應力在-10.753 MPa，而實際檢測值在-7.2 MPa左右，均低于許可應力值的-18.5 MPa，滿足設計要求。

圖1 距離墩中軸線2 m區域頂板的應力曲線（單位：Pa）

圖2 距離墩中軸線2 m區域外腹板的應力曲線（單位：Pa）

實際檢測值低于模擬計算值，主要是因為計算中沒有考慮預應力損失、混凝土收縮徐變、溫度影響等因素。此外模擬計算值的應力曲線系基于單元的平均應力進行插值模擬計算所映射的應力曲線，而檢測值由感受器測得，在預埋感受器時，因為混凝土澆筑、施工擾動等因素的影響，可能發生偏離預設方向等情況，從而導致測量結果誤差。因此施工中應盡可能保證安裝精度，以保證檢測結果的可靠性。同理，還對距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的頂板應力狀態進行了檢測，對距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的外腹板應力狀態進行了檢測，檢測結果滿足設計要求。

（3）轉體梁就位并完成施工過程后，得出梁體各斷面的應變和應力檢測結果。

圖3是距離橋墩軸線2 m處，梁體頂板沿梁寬由內向外的應力狀態比較曲線。因為頂板的外側1個翼緣板感受器在施工中損壞，3個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中只有1個功效的檢測值。圖4是474.85 m彎曲半徑的外腹板沿梁高由上而下的應力狀態比較曲線。因為施工中有3個感受器損壞，所以圖中只有7個有效檢測值。通過實際檢測值與模擬計算值的比較可以看出，實際檢測值與模擬計算值之間存在著偏差。實際檢測值的壓應力最大值為-6.10 MPa，模擬計算值是-8.793 MPa，而允許應力值是-18.50 MPa，因此滿足設計要求。

圖3 距墩中軸線2 m處頂板應力曲線（單位：Pa）

圖4為距墩中軸線10 m處主梁頂板沿梁寬方向由內向外的應力曲線與實際檢測值的比較分析圖。因為4個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中只有1個實際檢測值圖4~18為主梁曲線半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實際檢測值的應力曲線比較分析圖，因為施工中損壞了3個感受器，兩個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中有五個實際檢測值通過計算值與實際檢測值的比較分析可以看出，實際檢測值與模擬計算值存在偏差。實際檢測值的最大壓應力為-7.0 MPa，模擬計算值的最大壓應力為-6.296 MPa，均低于許用應力值-18.5 MPa，滿足設計要求。

圖4 距墩中軸線10 m處外腹板應力曲線（單位：Pa）

對主梁頂板在距墩中軸線42 m區域沿梁寬由內向外的應力狀態檢測分析中，因為1個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以只存在4個有效檢測值。對半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實際檢測值的應力曲線比較分析中，因為有3個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以只有7個有效實際檢測值。通過模擬計算值比較分析可知，實際檢測值與模擬計算值存在偏差，實際檢測值的最大壓應力為-6.70 MPa，模擬計算值的最大壓應力為-7.477 MPa，也均低于運行應力值-18.5 MPa，滿足設計要求。同理，還對距離墩中心軸線42 m處、63 m處的頂板應力狀態和外腹板應力狀態進行了檢測分析，檢測結果，也均滿足設計要求。

3.2 施工移位的監測控制

力學特性分析顯示，完成脫架施工過程以后，轉體梁處于最不利的功效狀態，這時發生最大垂向移位，該值將直接影響結合段的施工質量，進而影響成橋線型狀態。由于對于轉體梁而言，脫架過程即為由牛腿支承向懸臂支承的轉化，屬于由靜定結構向超靜定結構的轉化[5]。脫架操作后，轉體梁完成了第1次的體系轉換，只有腹板和頂板的預應力筋被張拉，使頂板在施工中處于應力最大狀態，進而使轉體梁的梁端發生最大的垂向移位。基于設計標高，（71+71）m旋轉梁端的最大垂直移位實測值為0.122 m。該值包括了0.071 m的垂向預拱度值和（71+71）m T旋轉梁在防護網重量、自身重量和預應力影響下的垂向移位值。

4 結語

綜上所述，以一座跨鐵路的剛構轉體梁橋為工程背景，對T型剛構轉體梁橋的施工控制技術展開了研究。案例T型剛構轉體梁橋施工過程中，采取模擬適應控制方法，通過加強對施工應變、移位的監測和通過施工監測數據與工程有限元模擬計算結果的比較分析，開展施工控制，較好地保證了轉體施工質量。施工控制目標是保證分段施工中結構的質量與作業安全，以及保證成橋后橋梁的線型和內部應力滿足設計和質量的要求。施工控制是個施工→測控→識別→修正→預報→施工的循環過程。案例在施工過程中重點關注和加強施工應變和移位的監測、分析和控制。值得一提的是，案例施工檢測控制中，存在一部分無效或數值偏離較大的檢測數據，這是因為在預埋感受器時，因為混凝土澆筑、施工擾動等因素的影響，發生了偏離預設方向等情況，從而導致了測量結果誤差。因此施工和監測實踐中，應盡可能確保部件、儀器的安裝正確性和精確度，以保證工程質量和檢測結果的可靠性。