大懸臂預應力蓋梁施工控制及監測分析

摘 要：隨著經濟的發展，城市化進程得以深入，城市建設不斷的被推進發展，因而，對交通量的需求急劇增加。由于過去規劃的局限，擴寬空間被占據。基于這一情況，大懸臂預應力蓋梁因自身優勢逐漸受到建筑市場的青睞。本文以某建筑建設項目的高架橋預應力混凝土蓋梁為例，著重對項目中蓋梁的施工控制方法展開研究， 以應力與位移作為施工作業中的控制參數，最終發現所建立起的大懸臂預應力蓋梁模型的理論誤差與施工中的實測數據差別不大。因此，可通過構建大懸臂預應力蓋梁模型，選擇出相關的工程參數，從而對建筑工程進行實時監測及控制， 進而提高工程質量，并為以后的進一步研究奠定基礎。

關鍵詞：預應力混凝土；大懸臂預應力蓋梁；有限元模擬分析；工程實時監測文章編號：2095-4085（2024）02-0076-02

1 研究背景及意義

在國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局下，基建行業快速發展，新型城鎮化建設不斷被推進。城市化進程的推進使得交通量的需求急劇增加。在橋梁領域中大懸臂預應力蓋梁能夠在保證橋下加大空間的同時兼具足夠的行車寬度，因此其逐漸受到建筑市場的青睞。大懸臂預應力蓋梁的進一步發展，必須依托于相關理論的指導。但相關技術理論目前并不成熟，因此，開展關于此方面的研究工作刻不容緩。

在大懸臂預應力蓋梁的研究中，可以發現不同施工階段對其作用力的影響不同，所造成的結果也不同。對高架橋大懸臂預應力混凝土蓋梁而言，由于其自身恒載在蓋梁所承受整體荷載中所占的比例相對較小，在進行蓋梁的兩次預應力張拉以及張拉之后進行的上部結構的T梁安裝等施工過程，會對蓋梁的上、下緣結構的受力造成影響，使應力以及蓋梁端部的豎向位移發生較大的變化。通過對相關資料以及以往工程的探究，可以發現如果集中張拉預應力鋼絞線，或是大批量的進行T梁安裝但沒有及時地張拉預應力筋，都有可能會因受力不均，使蓋梁根部截面在受拉超過極限后開裂，這將會降低施工效率，極大地影響施工質量，并威脅施工人員的生命安全。因此，為保證高效安全的完成施工，著重對施工過程中的橋梁大懸臂蓋梁的結構進行分析、控制以及監測是一種有效措施［1］。

2 工程概況

某橋梁施工項目具體情況如下：橋梁上部結構采用預應力混凝土連續T梁；3#墩～17#墩為大懸臂式預應力現澆蓋梁；預應力蓋梁的橫橋向寬度為26.5～28.43m不等，縱橋向寬度為2.6m；根部高度為3.1m，端部高為1.3m；蓋梁預應力施工采用N1、N2兩種孔道安置鋼束，采用預應力混凝土用鋼絞線，其公稱直徑均為15.2mm，彈性模量為1.95×105MPa，抗拉強度標準值為1 860MPa；其中14#蓋梁的N1、N2鋼束均為19根，C50混凝土澆筑；該工程的大懸臂蓋梁預應力鋼束采用分次張拉的工序，依次為蓋梁澆筑后強度達到90%、第一次預應力鋼束張拉、第二次預應力鋼束張拉、中間位置T梁架設、最外側位置T梁架設。

3 有限元分析

3.1 有限元實體單元受力分析模擬

高架橋采用橋梁博士［2］建立實體單元模型并對不同施工階段的蓋梁進行應力分析。通過分析大懸臂預應力蓋梁的模擬受力情況，可以發現基于有限元實體單元的建模是研究大懸臂預應力蓋梁的一個有效合理的分析方法。它能夠把大懸臂預應力蓋梁結構應力的實際情況清晰的反映出來。在模型中可以發現，大吊桿蓋梁的懸臂梁端根部是蓋梁構件的極限響應最強的部位，需要成為施工過程的控制關鍵。

在大懸臂預應力蓋梁懸臂端根部設置的預埋應力傳感器，既能夠適應施工過程中蓋梁應力施工控制的要求，又為了解并掌握整個蓋梁施工過程的應力情況創造了機會，是進一步完善大懸臂預應力蓋梁應力應變控制、增進施工管理水平、構建相應安全監控系統的有力措施（見圖1）。

3.2 應力、位移監測

根據混凝土的截面，計算出混凝土及施工荷載，轉換為梁單元荷載分區域施加于對應投影部位的梁單元上，荷載分布（見圖2）。在模型的計算分析過程中，懸臂根部在預應力張拉鋼束過程中，下緣截面出現了最大主拉應力，當其超過設計容許值時，截面會出現大裂縫，基于此類情況，應力監測將著重研究懸臂根部在施工階段的主拉應力。根據模擬，在根部出現最大主拉應力的截面［3］，分別為左端8號單元和右端8號單元，施工時將二組應力傳感器安置在兩截面底部，傳感器均選用由蚌埠諾金自動化儀表有限公司生產的拉壓應力傳感器， 可在不同施工階段讀取所處位置的應力值。并對蓋梁的各個安裝段進行位移檢測。

將所得數據進行整理歸類整理繪制成（見圖3）。從圖中，可以發現在預應力鋼束張拉澆筑時，實際位移的數值均會超過理論設計位移量，這種情況很有可能是張拉澆筑后鋼筋抗拉強度超過90%而不超過100%，并且模型測量的鋼束參數可能偏保守，對數據會有一定的影響。施工和架梁時實際位移數值都低于合理設計數值，從施工經驗來看，可能是由施工時機具上的外部其他負荷引起的，對工程質量造成的影響不大。從監測數據結果分析來看，實測應力值與理論計算值相符。實測位移值與理論計算值的差別不大，并且變化規律也與模型基本一致，而且左右對稱性也較好，說明在對蓋梁結構進行計算模擬時采用的有限元模型也是相對合理的， 同時，基本滿足規范要求，說明在實際施工過程中對位移控制的效果較好，施工質量把控嚴格。

4 結語

（1）使用實體單元，通過對大懸臂蓋梁內部進行受力分析模擬，所建立起的有限元模型是相對符合實際情況的，從而可以相對地真實掌握大懸臂蓋梁內部應力分布狀況。

（2）通過應力及位移等參數監控實時保證了大懸臂蓋梁的工程質量。而隨著科技的進步，將各種精密檢測儀器應用于工程質量評判與監督已成為一種必然的趨勢。

參考文獻：

［1］李曉峰，王栓程，趙尚超.實體單元類型對仿真結果影響的研究［J］.大連：大連交通大學學報， 2019（2）：4.

［2］陳宇，劉新忠，項凱.橋梁博士模擬驗算在花山路立交橋拆除中的技術應用［J］.工程技術研究， 2019（5）：2.

［3］賀星新，徐偉，端茂軍，等.大懸臂預應力混凝土蓋梁空間受力分析［J］.南京：南京工程學院學報：自然科學版，2013，11（1）：5.