跨漢江大道大橋預應力混凝土連續(xù)梁橋施工線形控制

許奎XU Kui；段承DUAN Cheng；李小雪LI Xiao-xue

（①中鐵十一局集團第四工程有限公司，武漢 420100；②中鐵十一局集團有限公司勘察設計院，武漢 420100）

0 引言

大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋在高鐵線路上得到廣泛應用，其采用的主要施工方法為懸臂澆筑法，同時，大多數(shù)連續(xù)梁橋都采用先邊跨合龍后中跨合龍的順序進行施工[1-3]。本文以新建鐵路西安至十堰高速鐵路跨漢江大道大橋（44+80+44）m 連續(xù)梁橋為工程背景，在先中跨合龍后邊跨合龍的施工順序下，開展施工線形控制分析。

1 工程概況

跨漢江大道大橋（44+80+44）m 連續(xù)梁，梁全長169.5m，計算跨度為（44+80+44）m，主墩墩頂5.0m 范圍內(nèi)梁高6.65m，跨中及邊墩頂現(xiàn)澆段梁高3.85m。箱梁頂板寬12.6m，底板寬6.7m，頂板厚41.5cm，底板厚40～90cm；腹板厚48～90cm。全聯(lián)在端支點，中支點處設橫隔板，橫隔板設有孔洞。

箱梁采用縱、橫向二維預應力體系。主橋箱梁中跨在80m 的1/2 長度內(nèi)共分11 個節(jié)段，其中0#塊長10m，1#～9#塊分別長3.0m+2×3.5m+6×4.0m，中跨合攏段為2m，邊跨在44m 的長度內(nèi)共分11 個節(jié)段，其中邊跨現(xiàn)澆段3.75m。除邊跨直線段采用支架法現(xiàn)澆以外，其余T 構部分均采用節(jié)段懸灌。

2 有限元模型建立

2.1 模型建立

利用Midas-Civil 軟件建立有限元分析模型：采用梁單元，全橋共59 個節(jié)點，81～88 號節(jié)點為支座節(jié)點。有限元模型如圖1 所示。

圖1 有限元模型

2.2 材料參數(shù)

連續(xù)梁梁體采用C50 混凝土，鋼絞線均采用符合GB/T5224 標準的Φs15.2mm 低松弛鋼絞線，材料參數(shù)見表1。

表1 連續(xù)梁材料參數(shù)表

2.3 荷載工況

結(jié)合跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁圖，橋梁施工過程中考慮的荷載[4]有：

①恒載（結(jié)構及輻射設備自重、預加力、二期恒載等）；

②活載（ZK 荷載，荷載動力系數(shù)取1.0）；

③溫度荷載（通過記錄施工時的溫度按《鐵路橋涵混凝土結(jié)構設計規(guī)范》（TB10092-2017）計算）；

④基礎不均勻沉降（相鄰兩支點不均勻沉降差不大于1.0cm）；

⑤施工臨時荷載（掛籃重，每套掛籃按800kN 計算；混凝土濕重荷載）。

2.4 邊界的定義

跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁，采用先中跨合攏后邊跨合攏的施工順序。連續(xù)梁施工時存在一個支座體系由“固變鉸”的轉(zhuǎn)換過程，即0 號節(jié)段與橋墩之間通過臨時固結(jié)措施進行固結(jié)，再中跨合龍之后拆除橋墩處臨時固結(jié)措施，并安裝中墩永久支座，完成支座體系由“固變鉸”的轉(zhuǎn)換[5]。待邊跨澆筑完成后，安裝邊墩永久支座，完成整座橋梁的施工。

2.5 計算結(jié)果分析

2.5.1 受力分析

通過所建立的模型得出的活載作用下結(jié)構的支反力圖，與原設計文件的對比分析，數(shù)值相差在5%以內(nèi)，論證了該模型的準確性（見表2-表3）。

表2 設計文件的支反力

表3 本模型的支反力

2.5.2 變形分析

結(jié)合跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁各施工階段位移圖（圖2-圖5），得出以下結(jié)論：

圖2 5# 節(jié)段澆筑后的結(jié)構變形圖

圖3 5# 節(jié)段預應力張拉后的結(jié)構變形圖

圖4 中跨合攏預應力張拉后的結(jié)構變形圖

①從連續(xù)梁支座中心線向兩懸臂端，各節(jié)段位移變形越來越大，且預應力張拉完成后，懸臂端位移會上拱，符合實際的位移變化。

②在連續(xù)梁中跨合龍且中跨腹板預應力筋張拉完成后，中跨合攏段會出現(xiàn)明顯上撓現(xiàn)象；當二期恒載施加完成后，梁體中跨合攏段又將整體下?lián)稀?/p>

2.5.3 預拱度分析

根據(jù)《鐵路橋涵混凝土結(jié)構設計規(guī)范》（TB 10092-2017），橋梁結(jié)構預拱度的設置為恒載及1/2 靜活載所產(chǎn)生的撓度曲線，但方向相反。監(jiān)控預拱度與設計預拱度的對比分析圖如圖6。

圖6 監(jiān)控預拱度與設計預拱度的對比分析圖

設計采用西南交大編制的《橋梁結(jié)構分析系統(tǒng)》（BSAS）進行的分析計算，監(jiān)控采用Midas-Civil 進行的分析計算，兩組結(jié)果的整體預拱度趨勢一致。再次論證了監(jiān)控模型的準確性。

綜上所述，通過受力分析、變形分析和預拱度分析，論證了監(jiān)控模型的準確性。可利用監(jiān)控模型考慮實際的施工荷載，計算出用于橋梁線形監(jiān)控的預拱度。

3 施工線形監(jiān)控

3.1 線形監(jiān)控的原則

為保證采用懸臂澆筑法施工的連續(xù)梁體結(jié)構線形在成橋后滿足設計要求，施工過程中采取線形監(jiān)控、動態(tài)調(diào)差是一種十分必要的控制措施。

在連續(xù)梁各節(jié)段施工過程中，結(jié)合線形監(jiān)控設置合理的預拱度，使得成橋后連續(xù)梁的梁頂標高符合設計要求。

連續(xù)梁體線形調(diào)整主要通過調(diào)控立模標高來實現(xiàn)[6]，即對某個節(jié)段梁體施工引起的線形誤差通過后續(xù)一個或者幾個節(jié)段梁體施工時調(diào)整立模標高來修正，保證梁體線形符合設計要求。

3.2 線形監(jiān)控的方法

在連續(xù)梁體各節(jié)段施工過程中，由于存在著施工、測量等誤差，使得成橋后的實際線形與理想狀態(tài)的設計線形存在偏差。施工線形監(jiān)控主要是為了減小由于施工、測量等因素造成的誤差對成橋后結(jié)構線形的影響，使成橋后實際線形更趨近于設計線形。具體流程如圖7。

圖7 線形監(jiān)控流程圖

3.3 理論分析預測

連續(xù)梁懸臂澆筑法施工過程中，各節(jié)段掛籃的立模標高需要重點把控。掛籃立模標高是考慮施工誤差、測量誤差、彈性及非彈性變形、施工荷載變化、預應力筋張拉等綜合因素影響，并結(jié)合橋梁標高確定的。立模標高的確定對于成橋后線形能否達到設計線形起著至關重要的作用。

掛籃立模標高即在連續(xù)梁懸臂施工時各節(jié)段掛籃模板的放樣標高，考慮各種因素的影響，計算公式如下：

式中：

根據(jù)上式又可以得出：

從立模標高的確定來看，掛籃立模標高是在橋梁設計標高的基礎上，多種影響因素引起的梁體變形的累加，且針對各種因素產(chǎn)生的結(jié)構變形均要做出精準預測。

3.4 線形監(jiān)測結(jié)果分析

實際測點的布置位置見圖8。

圖8 監(jiān)測點布置圖

由表4 可以看出，設計標高與實測標高的差異均控制在5mm 以內(nèi)，懸澆梁的線形得到有效控制。

表4 部分標高的監(jiān)控結(jié)果

4 結(jié)論

通過施工線形監(jiān)控，可以得到以下結(jié)論：①利用有限元軟件Midas-Civil 建立連續(xù)梁有限元分析模型，與設計文件的支反力、位移和預拱度進行對比分析，論證了模型的準確性，再考慮實際的施工荷載，建立出符合現(xiàn)場實際的有限元模型。②根據(jù)橋梁順利合攏后提供的測量數(shù)據(jù)，設計標高與實測標高的差異均控制在5mm 以內(nèi)，整個梁體外形美觀。采用先中跨合龍后邊跨合龍施工工序的懸澆梁，線形得到有效控制。以期為同類工程提供參考。