淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛橋的懸臂施工控制

張新星

（羅山縣公路管理局，河南 羅山 464200）

1 連續(xù)剛橋懸臂施工控制的目的和內(nèi)容

1.1 施工控制的目的

對(duì)于懸臂澆注施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋來說，施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測(cè)所得的結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工階段計(jì)算，確定出每個(gè)懸澆節(jié)段的立模標(biāo)高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行誤差分析，給出下階段立模時(shí)的預(yù)拱值，并保證合攏時(shí)兩懸臂端標(biāo)高的相對(duì)偏差、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布符合要求。

1.2 施工控制內(nèi)容

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛橋懸臂施工的控制包括變形和內(nèi)力兩方面的內(nèi)容。變形控制就是嚴(yán)格控制懸澆段各斷面橫、縱向的偏位和撓度，內(nèi)力控制則是控制主梁在施工過程中施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響而產(chǎn)生的不利因素。懸臂施工屬自架設(shè)施工方法，在施工過程中已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)無法事后調(diào)整，施工控制主要采用預(yù)測(cè)控制法。連續(xù)梁橋、連續(xù)剛橋懸臂施工控制主要體現(xiàn)在施工控制模擬結(jié)構(gòu)分析、施工監(jiān)測(cè)(包括結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力監(jiān)測(cè)等)、施工誤差分析以及后續(xù)施工狀況(工況)預(yù)測(cè)幾個(gè)方面。

2 施工控制結(jié)構(gòu)分析

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工，采用懸臂施工方法時(shí)需要一個(gè)漫長而復(fù)雜的施工過程。對(duì)施工的每一環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的變形計(jì)算和受力計(jì)算分析是施工控制中最基本的內(nèi)容之一。為了達(dá)到施工控制的目的，必須確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每一階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)(施工階段理想狀態(tài))據(jù)此來控制施工過程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為，最終使線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1 施工控制的一般原則

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工控制計(jì)算，除了滿足施工方法的基本要求外，還要考慮諸多相關(guān)的其他因素。

2.1.1 施工方案：由于連續(xù)梁橋、連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋的恒載力與施工方法和架設(shè)程序密切相關(guān)，施工控制計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)主梁架設(shè)期間的施工荷載給出一個(gè)較為精確的數(shù)據(jù)。

2.1.2 計(jì)算圖式：連續(xù)梁橋一般要經(jīng)過墩梁固接(或設(shè)置臨時(shí)支座)→懸臂施工→合攏→解除墩梁固接(或解除臨時(shí)支座)→合攏的過程；連續(xù)剛構(gòu)橋也需經(jīng)過懸臂施工和數(shù)次合攏。在施工過程中結(jié)構(gòu)體系不斷地轉(zhuǎn)換，各個(gè)施工階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況的結(jié)構(gòu)體系和荷載狀況選擇正確的計(jì)算圖式進(jìn)行分析、計(jì)算。

2.1.3 結(jié)構(gòu)分析程序：對(duì)連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的施工控制計(jì)算而言，采用平面結(jié)構(gòu)分析方法基本可以滿足實(shí)際施工控制的需要。

2.1.4 非線性影響：非線性對(duì)中小跨徑連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的影響可以忽略不計(jì)，對(duì)大跨徑則必須考慮其影響。

2.1.5 預(yù)應(yīng)力的影響：預(yù)應(yīng)力直接影響結(jié)構(gòu)的受力與變形，施工控制中應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上充分考慮預(yù)應(yīng)力的實(shí)際施加程度。

2.1.6 混凝土收縮、徐變的影響：連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)必須計(jì)如混凝土收縮、徐變對(duì)變形的影響。

2.1.7 溫度：溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響是復(fù)雜的，通常的做法是對(duì)季節(jié)性溫差在計(jì)算中予以考慮，對(duì)日照溫差則在觀測(cè)中采取一些措施予以消除，減小其影響。

2.1.8 施工進(jìn)度：施工控制計(jì)算需按實(shí)際施工進(jìn)度以及確切的預(yù)計(jì)合攏時(shí)間，分別考慮各個(gè)部分的混凝土徐變變形。

2.2 施工控制的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

橋梁施工控制中的結(jié)構(gòu)分析方法包括前進(jìn)分析法、倒退分析法以及無應(yīng)力狀態(tài)法。對(duì)于分解段懸臂澆注施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)，施工控制結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法也采用前進(jìn)分析法和倒退分析法。

2.2.1 前進(jìn)分析法

為了計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)在成橋后的受力狀況，只有根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的配筋情況和既定施工方案逐個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算，最終才能得到成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形情況。該種計(jì)算方法的特點(diǎn)是：隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷地改變，前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在變化；前一階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

2.2.1.1 確定結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)：中跨、邊跨的大小、橋面線形、橋墩的高度、橫截面信息、材料信息、約束信息、預(yù)應(yīng)力信息、混凝土徐變信息、施工臨時(shí)荷載信息、二期恒載信息、體系轉(zhuǎn)換信息等。

2.2.1.2 基礎(chǔ)、橋墩和0#塊澆注完成：計(jì)算已澆注部分在自重和外加荷載作用下的變形和內(nèi)力。

2.2.1.3 在各個(gè)橋墩上對(duì)稱地澆注每一個(gè)塊件，直到懸臂澆注完成，拆除掛藍(lán)。計(jì)算每一懸澆時(shí)結(jié)構(gòu)的變化和內(nèi)力，每階段計(jì)算均依照上階段結(jié)束時(shí)結(jié)構(gòu)變形的幾何形狀為基礎(chǔ)。

2.2.1.4 進(jìn)行邊跨(次邊跨)合攏、中跨合攏，計(jì)算這幾個(gè)主要階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。

2.2.1.5 橋面鋪裝：計(jì)算二期恒載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形。

2.2.2 倒退分析法

前進(jìn)分析法會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的變化使線形不能滿足設(shè)計(jì)要求。在施工過程中，結(jié)構(gòu)結(jié)形不能滿足設(shè)計(jì)要求。在施工過程中，結(jié)構(gòu)線形與強(qiáng)度控制一樣重要，線形誤差引起結(jié)構(gòu)合攏困難，在施工過程中一般要給出預(yù)拱值(高出設(shè)計(jì)標(biāo)高一定的差值)。倒退分析法有以下特點(diǎn)：

2.2.2.1 倒退分析時(shí)的初始狀態(tài)應(yīng)由前進(jìn)分析來確定，各桿件的軸線位置取設(shè)計(jì)軸線位置。

2.2.2.2 拆除單元的等效荷載用被拆除單元接縫處的內(nèi)力的反力作為外力作用在剩余結(jié)構(gòu)接縫處加以模擬。

2.2.2.3 利用疊加原理對(duì)本階段荷載作用下結(jié)構(gòu)受力與前階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)相疊加。

2.2.2.4 被拆除桿件滿足零應(yīng)力條件：剩余結(jié)構(gòu)接縫應(yīng)力等于該階段對(duì)接縫處加的預(yù)加應(yīng)力。

倒退分析法程度按以下順序執(zhí)行：

開始→初始狀態(tài)→施工完成時(shí)狀態(tài)→合攏前狀態(tài)→張拉預(yù)應(yīng)力初期狀態(tài)→張拉預(yù)應(yīng)力前的狀態(tài)→安裝本階段初期狀態(tài)→安裝本階段前狀態(tài)→施工初態(tài)→結(jié)束

2.3 確定立模標(biāo)高

立模標(biāo)高不是成橋后設(shè)計(jì)標(biāo)高，要設(shè)一定的預(yù)拱度用以抵消施工中的各種變形(撓度)。計(jì)算公式如下：

∑1mi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fg1

Hfmi-i節(jié)段立模標(biāo)高；

Hsji-i節(jié)段設(shè)計(jì)標(biāo)高；

∑f1i-各梁段自重在i段產(chǎn)生的撓度總和；

∑f2i-張拉各節(jié)段預(yù)應(yīng)力時(shí)在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和；

F3i-混凝土收縮徐變?cè)趇節(jié)段引起的撓度總和；

F4i-施工臨時(shí)荷載i節(jié)段引起的撓度；

F5i-使用荷載在i節(jié)段引起的撓度；

Fg1-掛藍(lán)變形值。

預(yù)拱值 Hygi＝H1mi-fg1-fi

fi-i塊澆注后產(chǎn)生的下?lián)隙取?/p>

3 施工監(jiān)測(cè)控制

3.1 施工監(jiān)測(cè)目的

通過監(jiān)測(cè)主墩和主梁結(jié)構(gòu)在各施工階段的應(yīng)力和應(yīng)變，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的實(shí)際行為目的，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定、受力的合理、線形的平順。

3.2 施工監(jiān)測(cè)的方法

在施工的每一過程，觀測(cè)箱梁頂、底面的撓度，量測(cè)梁體的溫度，測(cè)試混凝土的彈性模量、收縮徐變系數(shù)、容重、預(yù)應(yīng)力孔道的摩阻，以便進(jìn)行預(yù)測(cè)值的分析。施工監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容如下：

3.2.1 主梁結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)定

一般的設(shè)計(jì)參數(shù)在計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移時(shí)采用的取值比實(shí)際值大，該情況對(duì)設(shè)計(jì)偏于安全，對(duì)施工控制來說不容忽視，在施工前對(duì)其進(jìn)行必要的修正成為必然。

3.2.2 主梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)

主梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)包括以下內(nèi)容：①每一階段掛藍(lán)施工就位下階段底模標(biāo)高定位前橋面標(biāo)高觀測(cè)。②混凝土澆注前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后、移動(dòng)掛藍(lán)前后各節(jié)段撓度觀測(cè)；觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量選擇溫度影響較小的時(shí)段進(jìn)行。③主梁應(yīng)力觀測(cè)；④溫度觀測(cè)；⑤混凝土的彈性模量、收縮徐變系數(shù)、容重、預(yù)應(yīng)力孔道摩阻的測(cè)試：測(cè)試混凝土7天、14天、28天、90天四個(gè)加載齡期的徐變、收縮試驗(yàn)，取得對(duì)應(yīng)的徐變、收縮系數(shù)和彈模值，用現(xiàn)場(chǎng)取樣的方法測(cè)定混凝土3天、7天、28天、60天齡期的彈性模量值并繪制E-T曲線；測(cè)定預(yù)應(yīng)力鋼束實(shí)際的應(yīng)力損失情況，為主梁拱度提供修正。

結(jié)語

總之，連續(xù)梁橋，連續(xù)剛構(gòu)橋是一個(gè)施工→量測(cè)→分析識(shí)別→修正→施工的循環(huán)過程，施工控制的核心是對(duì)各種誤差進(jìn)行分析、識(shí)別、調(diào)整，對(duì)結(jié)構(gòu)的未來狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。要保證控制目標(biāo)的實(shí)際，必須對(duì)立模標(biāo)高作盡可能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，以最終設(shè)計(jì)橋型狀態(tài)為目標(biāo)狀態(tài)來控制各塊件的立模標(biāo)高。

[1]秦耕，張學(xué)峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工控制.四川建筑，2009-12-28.