連續(xù)剛構(gòu)橋梁預(yù)拱度影響因素分析及控制

周文濤

徐州市養(yǎng)護(hù)應(yīng)急處置中心，江蘇 徐州 221008

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁在懸臂施工過程中，最困難的任務(wù)之一就是預(yù)拱度的控制，科學(xué)合理的確定懸臂每一待澆梁段的預(yù)拱度至關(guān)重要。只有合理設(shè)置，嚴(yán)格控制預(yù)拱度，才能保證同一跨徑內(nèi)將要合龍的兩個懸臂端處于同一水平面上，才能使橋梁上部結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷施工和運(yùn)營狀態(tài)后，達(dá)到設(shè)計期望的標(biāo)高線形。因此，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制橋梁的預(yù)拱度。

案例分析：主橋采用（56+100+56）米三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。引橋采用25m裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋采用平衡對稱懸臂逐段澆注施工，各單“T”箱除0、1號塊外分為13個對稱懸澆梁段，縱向長度分別為4*3.0+4*3.4+5*4.0m，其中0號塊長6.8m。懸臂現(xiàn)澆梁最大140.3t，掛籃自重按70t考慮。

懸臂澆注完成后，相鄰兩懸臂端的相對豎向撓度差不大于2cm，根據(jù)觀測，實際控制結(jié)果小于3mm，達(dá)到預(yù)期效果。

1 預(yù)拱度的確定

主梁懸澆段的各節(jié)段立模標(biāo)高可按下式確定

式中：Hi為待澆筑段主梁底板前端底模標(biāo)高;H0為該點設(shè)計標(biāo)高；fi為本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值；fi預(yù)為本施工段頂板縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對該點的影響值;f籃為掛籃彈性變形對該施工段的影響值；fx為由徐變、收縮、溫度、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、二期恒載、活載等影響值。設(shè)計圖紙一般根據(jù)規(guī)范規(guī)定參數(shù)進(jìn)行計算給出預(yù)拱度值，在實際施工過程中應(yīng)對計算預(yù)拱度進(jìn)行調(diào)整和預(yù)測，確定最佳預(yù)拱度。依據(jù)該原則獲得設(shè)計預(yù)拱度如下表：

主橋設(shè)計預(yù)拱度表

2 預(yù)拱度的影響因素

影響梁體預(yù)拱度的因素根據(jù)施工過程主要有以下幾種：

1） 單T形成階段由以下因素產(chǎn)生的懸臂撓度

梁段混凝土自重；掛籃及梁上其它施工荷載作用；張拉懸臂預(yù)應(yīng)力筋的作用。

2） 合攏階段，將繼續(xù)發(fā)生以下因素產(chǎn)生的連續(xù)撓度

合攏段混凝土重量及配重作用；模板吊架或梁段安裝設(shè)備的拆除；張拉連續(xù)預(yù)應(yīng)力束的作用。在以上過程中，同時還會發(fā)生由于混凝土彈性壓縮、收縮、徐變、預(yù)應(yīng)力筋松馳、孔道摩阻預(yù)應(yīng)力損失等因素引起的撓度。

2.1 梁體撓度控制

影響箱梁撓度值的主要有掛籃變形、梁體自重、混凝土收縮與徐變、預(yù)應(yīng)力張拉、溫差變化及活載作用等因素引起的變形。設(shè)計要求：合攏時兩懸臂端高程相對誤差不得大于2cm，中線偏差不大于1cm。因此，施工中加強(qiáng)工序管理和各施工階段的變形觀測，及時調(diào)整掛籃預(yù)拱值來嚴(yán)格控制撓度。

1） 掛籃變形分非彈性變形和彈性變形。在掛籃拼裝好以后投入使用之前, 測得某控制點標(biāo)高為H 1 ,然后進(jìn)行壓重, 模擬掛籃受力狀態(tài), 測得控制點標(biāo)高為H 2。撒除壓重, 測得控制點標(biāo)高為H3，H2～H3 為彈性變形，H1～H3 為非彈性變形。通過試壓可消除掛籃的非彈性變形，掛籃的彈性變形也可通過計算得到，用來復(fù)核試壓值。但掛籃的支點變形,主桁銷子的緊密程度等影響掛籃的變形。因此, 施工中工序應(yīng)嚴(yán)格, 勤測量, 及時掌握彈性變形值,調(diào)整預(yù)拱值；

2） 梁體自重、混凝土收縮和徐變、預(yù)應(yīng)力張拉、溫差變化及活載作用引起的變形, 可通過程序電算而獲得, 但精確計算是非常困難的。由于計算和許多不定因素有關(guān)(各段的工期也很難準(zhǔn)確估計、各段混凝土間材料性能、溫度及養(yǎng)護(hù)等方面的差異)，并且施工中荷載隨時間變化以及梁體截面組成也隨施工進(jìn)展中預(yù)應(yīng)力筋的增多而發(fā)生變化等等。因此，在施工中根據(jù)實際情況，不斷調(diào)整箱梁施工截面預(yù)拱度值,勤觀測, 加強(qiáng)施工控制, 只有這樣,才能獲得滿意的效果；

3） 模板標(biāo)高值為箱梁設(shè)計高程、掛籃變形、澆筑梁段引起懸臂端的彈性變形、混凝土收縮和徐變、預(yù)應(yīng)力施加引起的懸臂端的彈性變形、二期恒載、活載引起變形各項的代數(shù)和；

4）各節(jié)段預(yù)拱度的計算通過軟件電算完成的, 該軟件能模擬橋梁的實際施工過程, 逐階段進(jìn)行受力分析，并累計各階段的內(nèi)力和應(yīng)力及變形等, 求出各階段在該工況下的撓度值；

5）完善施工觀測：澆注前掛籃各控制點、軸線觀測; 澆注過程中的高程和軸線觀測; 澆注后高程觀測（包括已完成施工截面高程）; 預(yù)應(yīng)力張拉后高程和軸線觀測（包括已完成施工截面觀測）。

這些因素均是撓度觀測計算的依據(jù)，觀測方法如下：撓度觀測采用自動安平水準(zhǔn)儀在每一節(jié)段施工完成后與下一節(jié)段底模標(biāo)高定位前的橋面標(biāo)高觀測，均安排在早晨太陽出來以前進(jìn)行?；炷翝仓昂箢A(yù)應(yīng)力張拉前后，掛籃行走前后都要進(jìn)行撓度觀測。溫度觀測是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度包括日溫和季節(jié)溫度。由于溫度變化的復(fù)雜性，撓度在理想狀態(tài)下計算時不可能考慮溫度的影響，溫度的影響只能通過實時的觀測加以修正。

3 預(yù)拱度誤差分析

3.1 施工誤差

掛籃懸澆施工中實際結(jié)構(gòu)的每一狀態(tài)與計算值出現(xiàn)不一致,即所謂施工誤差。其影響因素主要來自以下幾個方面：

構(gòu)件性質(zhì)誤差:構(gòu)件性質(zhì)在施工過程中改變, 即混凝土各組成成份、養(yǎng)護(hù)條件的改變, 澆注尺寸的變化等都將影響設(shè)計參數(shù)變異, 從而導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，引起混凝土的彈性模量、混凝土容量、徐變系數(shù)、張拉預(yù)應(yīng)力等設(shè)計參數(shù)產(chǎn)生變異, 從而導(dǎo)致產(chǎn)生施工誤差。在上述4種參數(shù)中，混凝土的彈性模型、容重參數(shù)相對變化簡單些, 而徐變系數(shù)參數(shù)、張拉力參數(shù)變化較復(fù)雜, 且對誤差影響較大。

1）混凝土的彈性模量變異產(chǎn)生誤差

彈性模量與各種級配的材料、配合比、齡期、構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)條件等有關(guān), 施工中實際值與設(shè)計值有一定的差別, 以致引起施工誤差。

2）混凝土容量變異產(chǎn)生誤差

容量主要受到集料比重的影響, 它還受級配、水灰比等的影響。集料的比重等變化, 引起混凝土容重參數(shù)變異, 從而造成施工誤差。

3） 張拉預(yù)應(yīng)力的參數(shù)變異產(chǎn)生誤差

張拉預(yù)應(yīng)力的大小不是恒值, 在構(gòu)件使用期間表現(xiàn)為不同的數(shù)值, 有些變化是瞬時的或近乎瞬時的, 有些是與時間有關(guān)的, 有些則與錨具滑移、混凝土彈性縮短、收縮、徐變、管道摩擦、預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛有關(guān)。所以, 在施工期間，這些因素與設(shè)計計算可造成不一致的問題, 產(chǎn)生施工誤差。

4）徐變系數(shù)變異產(chǎn)生誤差

徐變系數(shù)參數(shù)變異的影響因素較多, 它主要有: 材料的性質(zhì)、幾何尺寸、溫度、濕度、振搗、養(yǎng)護(hù)條件、荷載的性質(zhì)、加載持續(xù)時間、施工周期等等。這些因素將不同程度地引起徐變參數(shù)系數(shù)變異, 從而造成設(shè)計計算選取值與實際數(shù)據(jù)不一致的施工誤差。

3.2 環(huán)境因素影響產(chǎn)生誤差

掛籃施工周期一般較長，外界環(huán)境的變化常常導(dǎo)致設(shè)計和施工之間存在差異，這些因素導(dǎo)致產(chǎn)生誤差。

1）溫度影響產(chǎn)生誤差

溫度的變化影響, 特別是日照溫差對主梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形影響最為復(fù)雜, 日照溫差常常引起主梁的內(nèi)力及幾何線形發(fā)生變化。

2）風(fēng)荷載影響產(chǎn)生誤差

施工過程中，風(fēng)荷載的不均勻性常常導(dǎo)致主梁發(fā)生不規(guī)律變形，使其施工和設(shè)計出現(xiàn)誤差。

3.3 意外因素產(chǎn)生的誤差

主要是人為因素和其它因素產(chǎn)生的誤差。人為的誤操作、測試、測量、計算錯誤等產(chǎn)生誤差, 不正常的氣候等其它因素影響產(chǎn)生的誤差。

4 施工誤差的具體表現(xiàn)

在施工中，設(shè)計與施工不一致產(chǎn)生誤差具體表現(xiàn)為：

1）由澆筑混凝土過程中標(biāo)高值與設(shè)計計算值不一致；

2）張拉預(yù)應(yīng)力鋼束引起的主梁標(biāo)高與設(shè)計計算值不一致；

3）施工工序轉(zhuǎn)換期間, 在各種荷載作用下, 因徐變收縮及其它因素引起的主梁標(biāo)高與設(shè)計計算值不一致。

通過以上分析及對現(xiàn)場各類參數(shù)的調(diào)整，最終該橋的成橋?qū)崪y預(yù)拱度值如下表所示：

主橋成橋?qū)崪y預(yù)拱度表

經(jīng)過對該橋設(shè)計預(yù)拱度和成橋?qū)崪y預(yù)拱度進(jìn)行對比，各塊段實測數(shù)值和設(shè)計數(shù)值基本吻合，表明該橋預(yù)拱度影響因素分析正確，在此基礎(chǔ)上對其控制方法進(jìn)行相應(yīng)總結(jié)如。

5 預(yù)拱度的控制

在施工過程中，確保預(yù)拱度的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、及時性，使施工后的線形和內(nèi)力和設(shè)計相吻合， 應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行控制：

1）施工觀測與控制

施工放樣：梁段施工時，中線按照設(shè)計提供的控制點進(jìn)行控制測量，立模放樣的測點設(shè)在底模板梁段的前緣，立模時將上述立模標(biāo)高換算成座標(biāo)標(biāo)高。在施工過程中對全橋中線和臨時水準(zhǔn)點進(jìn)行定期復(fù)核和檢查，確保各個T構(gòu)的施工測量的準(zhǔn)確性。

施工觀測：按照施工順序，每懸澆一段觀測5次，即掛籃就位后澆筑混凝土前、澆筑梁段混凝土后、張拉預(yù)應(yīng)力束前、張拉預(yù)應(yīng)力后、移動掛籃前（即進(jìn)行下一節(jié)段作業(yè)前）。

2）參數(shù)測定與修正

每一階段施工完畢，對結(jié)構(gòu)模型實際的混凝土養(yǎng)護(hù)齡期、節(jié)段施工周期、混凝土實際的彈性模量、容重等參數(shù)進(jìn)行修正，參數(shù)修正之后，對結(jié)構(gòu)模型再次進(jìn)行計算，將新的計算結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行比較，從而進(jìn)行下一階段的調(diào)整。

材料參數(shù)測量：測量各梁段混凝土的原材料性能、配合比、坍落度、容重等；測量混凝土7d、28d以及施加預(yù)應(yīng)力齡期的彈性模量Eh、強(qiáng)度值Rba及估測徐變系數(shù)Φ；實測預(yù)應(yīng)力材料的彈性模量Ey、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rhy。

環(huán)境參數(shù)測量：由于施工過程中，溫度的影響比較大，日照溫差則主要引起梁體的豎向變形，這種影響作用在夏天表現(xiàn)得最為明顯，因為夏天晝夜溫差較大。如果前后測量的溫度變化較大，那么測量的結(jié)果中就會包含溫差的影響，一般要求測量人員在進(jìn)行測量時，保持前后測量時間的溫度接近。盡可能要求關(guān)鍵施工階段測量工作在日出前進(jìn)行，這樣測量數(shù)據(jù)的精度更高，能夠基本上消除日照溫差的影響。

6 結(jié)論

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的預(yù)拱度的控制相對較復(fù)雜，采用以上經(jīng)驗方法進(jìn)行分析和控制，可以達(dá)到設(shè)計和施工基本吻合的效果，確保完工后的線形和內(nèi)力達(dá)到設(shè)計要求，確保工程質(zhì)量，同時為同類型橋梁施工提供參考經(jīng)驗。

[1]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]中華人民共和國交通部.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041—2000).北京：人民交通出版社，2000.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].人民交通出版社.