淺析橋梁施工控制及收縮徐變關(guān)系

張明

（中交二公局第四工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471013）

1 概述

橋梁支架的施工方法在19世紀(jì)中期以前是非常普遍的，這種施工的方法使橋梁在施工狀態(tài)下處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。隨著科技的發(fā)展，橋梁跨度的增大，修建跨越江河和深溝的橋梁在逐漸增多，在建設(shè)和使用過(guò)程當(dāng)中，由于溫度變化、墩臺(tái)沉陷等影響，至是使設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，由此，在連續(xù)鋼析梁中采用了鉸，把連續(xù)析架轉(zhuǎn)化成為靜定的懸臂析梁。1950年由德國(guó)工程師率先采用掛籃懸臂澆筑混凝土，即在施工過(guò)程中利用己建成的橋墩沿橋跨徑方向逐段地懸出接長(zhǎng)對(duì)稱施工。這就是后來(lái)的剛構(gòu)橋梁上的掛籃施工方法。隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)理念的成熟，大跨徑混凝土橋梁充分利用自身優(yōu)勢(shì)使此橋型更廣泛的得以利用。此橋型在施工的過(guò)程中不影響交通并且可以節(jié)約滿堂支架的費(fèi)用。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁雖然有自身跨度大、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，但因本身材料是非線性材料和材質(zhì)特性不穩(wěn)定并且還要受到溫度效應(yīng)，環(huán)境因素，收縮徐變效應(yīng)等因素的影響，加上采用自架設(shè)體系施工方法，此種施工方法是逐階施工，最后合攏轉(zhuǎn)變自身結(jié)構(gòu)受力體系，這就會(huì)致使各節(jié)段混凝土相互影響產(chǎn)生差異，因此，這些影響必然造成各節(jié)段或各層的內(nèi)力和位移隨著混凝土澆筑或塊件拼裝過(guò)程變化而偏離設(shè)計(jì)值。為了使整個(gè)橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中保證安全，必須要對(duì)整個(gè)橋梁施工的各個(gè)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格施工控制。橋梁施工控制又是橋梁建設(shè)的安全保證。施工中的每一階段，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形是可以預(yù)計(jì)的，同時(shí)可通過(guò)監(jiān)測(cè)手段得到各施工階段結(jié)構(gòu)的實(shí)際內(nèi)力和變形，從而完全可以跟蹤掌握施工進(jìn)程和發(fā)展情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)的實(shí)際值與計(jì)算的預(yù)計(jì)值相差過(guò)大時(shí)，就要進(jìn)行檢查和分析原因。為確保橋梁施工的安全，橋梁施工控制必不可少。

收縮徐變是混凝土基本性質(zhì)之一。上個(gè)世紀(jì)30年底我們系統(tǒng)的對(duì)徐變進(jìn)行了研究，真正應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中則相對(duì)較晚，直到上個(gè)世紀(jì)40年代后期，對(duì)徐變的理解部分橋梁設(shè)計(jì)人員是錯(cuò)誤的，不能把它僅僅理解成學(xué)術(shù)問(wèn)題，隨著社會(huì)進(jìn)步，橋梁研究人員對(duì)收縮徐變計(jì)算理論和方法不斷的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，這對(duì)整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)與施工的影響是非常巨大的，為了結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)在很多國(guó)家從橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范上直接對(duì)混凝土這種特性給予充分的考慮；材料的收縮徐變，橋梁受力的初始應(yīng)力與施工時(shí)間及施工環(huán)境條件對(duì)材料的收縮徐變的影響是比較大的，并且橋梁工程施工時(shí)間較長(zhǎng)，橋梁上的活荷載和恒載隨著施工時(shí)間的變化，收縮徐變也在發(fā)生變化，不過(guò)收縮徐變，因此，收縮徐變對(duì)施工中橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析是值得研究的課題。

2 橋梁施工控制

橋梁施工控制主要是對(duì)橋梁施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的過(guò)程控制，主要內(nèi)容是對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形的控制，嚴(yán)格控制在規(guī)范容許的安全范圍內(nèi)，只有這樣才可確保橋梁建成后符合規(guī)范要求。施工控制的工作內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 幾何（變形）控制。幾何變形是指橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中產(chǎn)生的橋梁幾何形狀的變化，橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的實(shí)際由于受到不同的外力和自身狀態(tài)的影響，橋梁中心會(huì)偏置原來(lái)位置具有一定的撓度，這將使橋梁整個(gè)結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)轉(zhuǎn)換會(huì)遇到不同程度的困難，也就是施工實(shí)施合攏具有偏差，這就會(huì)導(dǎo)致曲線的連續(xù)性與橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)不一致，所以必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施必要的實(shí)時(shí)控制，使其結(jié)構(gòu)在施工中的實(shí)際位置狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍之內(nèi)和成橋線形狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 應(yīng)力控制。橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設(shè)計(jì)相符合是施工控制要明確的重要問(wèn)題。故我們?cè)谑┕み^(guò)程和運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)中通常均采用必要的措施對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目的是了解實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，如果在檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)與原設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)出入較大，即所謂的撓度超限，那就需要進(jìn)行必要的調(diào)控并且查明原因，使之在橋梁規(guī)范允許的安全范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制的好壞不象變形控制那樣易于發(fā)現(xiàn)，如果應(yīng)力控制不夠給力那就將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成危害，嚴(yán)重者將會(huì)使整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，所以，在施工的過(guò)程中必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行必要的監(jiān)控。

2.3 穩(wěn)定控制。橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，它與橋梁的強(qiáng)度有著同等的甚至更重要的意義[3]。橋梁施工過(guò)程中不僅要嚴(yán)格控制應(yīng)力和變形，而且要嚴(yán)格地控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定?，F(xiàn)在橋梁設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)完成后，均對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行模擬計(jì)算其穩(wěn)定性。

3 收縮與徐變

3.1 影響收縮、徐變的因素?；炷敛牧系氖湛s與外界受力無(wú)關(guān)，徐變是在外力和自重的影響下逐漸產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。徐變、收縮雖各有自身的特點(diǎn)，但它們都可以與混凝土內(nèi)水化水泥漿的特性聯(lián)系起來(lái)。化學(xué)成分的不同，其它條件相同下，材料所反應(yīng)的徐變、收縮性能在本質(zhì)上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差異，這也說(shuō)明了材料的徐變、收縮的機(jī)理在于混凝土水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)，而不在于水泥的化學(xué)性質(zhì)。

混凝土收縮的原因及機(jī)理：（1）自發(fā)收縮是一種混凝土材料本身水化反應(yīng)所產(chǎn)生的固有收縮變形，這種收縮變形值較小。（2）干燥收縮是混凝土內(nèi)部吸附水的消失而產(chǎn)生的收縮，這種收縮變形是材料本身的變形。（3）碳化收縮是由空氣中的二氧化碳與材料本身的水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而至其收縮。

3.2 影響混凝土收縮與徐變的因素。橋梁結(jié)構(gòu)是否施加荷載對(duì)橋梁的收縮沒(méi)有關(guān)系，但是對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的徐變會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在混凝土材料徐變?cè)囼?yàn)中如果對(duì)混凝土構(gòu)件壓應(yīng)力，其值一般取低于混凝土強(qiáng)度5%左右的單軸向壓應(yīng)力。國(guó)內(nèi)研究人員通過(guò)大量的試驗(yàn)與詳盡的研究，得出結(jié)論若施加小于混凝土強(qiáng)度50%的壓應(yīng)力時(shí)，構(gòu)件材料的施加壓應(yīng)力和構(gòu)件材料的應(yīng)變具有線性關(guān)系。若施加超過(guò)混凝土強(qiáng)度50%的壓應(yīng)力時(shí)則構(gòu)件材料施加應(yīng)力與徐變應(yīng)變存在非線性關(guān)系。當(dāng)應(yīng)力小于混凝土強(qiáng)度的50%時(shí)，拉力徐變與所施應(yīng)力呈線性關(guān)系，拉力徐變初始速度較大但降速快，最終徐變可能小于壓力徐變。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)收縮徐變影響最大的地方是橋梁結(jié)構(gòu)的跨中位置，主要原因其一是懸臂根部的位移本身很小;其二是在中跨懸臂端混凝土加載齡期短，收縮徐變對(duì)中跨預(yù)應(yīng)力損失影響比較大。

結(jié)語(yǔ)

本文敘述了施工控制的類別及其施工控制的重要性，在施工控制中，收縮徐變影響是一個(gè)不確定因素，闡述了收縮徐變形成的原因及機(jī)理，論述了影響混凝土收縮徐變因素，對(duì)今后施工設(shè)計(jì)提供參考。

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[2]宋兵.核心混凝土的收縮及其對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓構(gòu)件力學(xué)性能的影響[D].汕頭：汕頭大學(xué)，2001.