連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控計(jì)算要點(diǎn)分析

康玉強(qiáng)KANG Yu-qiang

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通與市政工程系，德陽 418000）

（Department of Traffic and Municipal Engineering，Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 418000，China）

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋具有剛度均勻，高墩大跨、造價(jià)低、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在山區(qū)公路中修建較多。一般來說，在溝壑地區(qū)大多數(shù)連續(xù)剛構(gòu)橋均采用掛籃懸臂施工，此工藝成熟，效率高，速度快，施工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，已被我國工程界掌握[1]。在施工過程中，結(jié)構(gòu)為靜定，無多余約束，且高墩剛度小，荷載種類多且不斷變化，故在施工時(shí)橋梁的內(nèi)力狀態(tài)也是變化的；另外根據(jù)已有的實(shí)測資料表明連續(xù)剛構(gòu)橋投入使用后下?lián)线^大，偏離設(shè)計(jì)線型，導(dǎo)致行車不舒適。如1997年建成的重慶江津長江大橋到2007年跨中下?lián)?1.7cm，肉眼已經(jīng)能明顯分辨出跨中下凹[2]。綜上因素，施工期間埋設(shè)儀器監(jiān)控橋梁的受力狀態(tài)，將實(shí)測數(shù)據(jù)和模型計(jì)算結(jié)果比較，及時(shí)糾正施工中存在的偏差，使橋梁合龍時(shí)達(dá)到預(yù)想的狀態(tài)，設(shè)置足夠的預(yù)拱度，保證營運(yùn)期間有良好的工作性能。

1 測點(diǎn)布置

1.1 應(yīng)力測點(diǎn)布置 截面應(yīng)力不能直接測試得到，一般通過應(yīng)變儀測試得到，再乘以彈性模量得到應(yīng)力（混凝土彈性模量的測定一般由施工單位實(shí)驗(yàn)室完成）。施工期間的截面橫向測點(diǎn)布置見圖1，測點(diǎn)布置根據(jù)箱梁的寬度確定，對于寬箱為了考慮剪力滯后的影響，橫向應(yīng)增加測點(diǎn)數(shù)量。應(yīng)力計(jì)按預(yù)定的測試方向固定在主筋上，測試導(dǎo)線引至混凝土表面。施工過程中注意對應(yīng)力計(jì)和引出導(dǎo)線的保護(hù)[3]。

圖1 應(yīng)力測點(diǎn)

1.2 撓度測點(diǎn) 橋梁懸臂施工的每一個(gè)階段均要做線形測量，在每個(gè)塊件對稱布置三個(gè)以上的測點(diǎn)，不僅測試撓度的同時(shí)，還可以觀察是否出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，各個(gè)測點(diǎn)之間也可以相互校核。掛籃就位后，對每個(gè)節(jié)段混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉前后均要做高程測量，并和計(jì)算模型的結(jié)果比較，修正控制模型，保證線形在可控范圍內(nèi)。在具體實(shí)施時(shí)高程控制點(diǎn)布置在離塊件前端一定距離處（10～15cm），采用鋼筋垂直方向與頂板的上下層鋼筋點(diǎn)焊牢并要求豎直，鋼筋露出箱梁混凝土表面一定高度（2～5cm），測點(diǎn)磨平并用紅油漆標(biāo)記（圖2）。

圖2 撓度測點(diǎn)

1.3 溫度測點(diǎn) 施工和使用期間溫度的變化都將影響橋梁的線形，溫度的影響包括年溫差和溫度梯度。年溫差表現(xiàn)為橋梁的整體伸縮，會在結(jié)構(gòu)中引起溫度次內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)的影響（撓度和應(yīng)力）可以較準(zhǔn)確的計(jì)算；日溫變化比較復(fù)雜，溫度場沿截面高度產(chǎn)生的溫度差，使主梁產(chǎn)生撓曲，同時(shí)截面上下層纖維之間會有錯(cuò)動，產(chǎn)生溫度自應(yīng)力。在實(shí)際測試過程中，可選在晚上無日照的時(shí)間測得年溫差，溫度梯度的測試應(yīng)沿著截面的橫向和豎向布置（圖3）傳感器測得。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，可以很方便的計(jì)算出溫度對結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力的影響，在施工監(jiān)控時(shí)對立模標(biāo)高做相應(yīng)的調(diào)整。

2 預(yù)拱度計(jì)算

圖3 箱梁溫度測點(diǎn)布置示意

2.1 計(jì)算方法及荷載 橋梁施工控制的計(jì)算方法有正裝分析、倒拆分析方法和無應(yīng)力狀態(tài)法，正裝分析方法是按照橋梁實(shí)際的施工順序安裝單元計(jì)入相關(guān)荷載，直到橋梁合龍；倒拆分析是以成橋狀態(tài)為起點(diǎn)，逐步卸載和拆除結(jié)構(gòu)單元。由于收縮徐變的影響這兩種算法的計(jì)算結(jié)果是不閉合的，所以在施工過程中通常采用正算和倒拆結(jié)合，倒拆過程中考慮收縮徐變的影響，此過程交互迭代知道計(jì)算閉合。

在仿真模擬過程中，要考慮施工過程中橋梁可能的各種荷載。如結(jié)構(gòu)自重、橋面二期恒載、掛籃荷載、施工過程臨時(shí)荷載、結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等。另外，還應(yīng)考慮季節(jié)溫度、日照溫差和結(jié)構(gòu)各部位不均勻的溫度場等的影響。

2.2 計(jì)算方法及荷載 在橋梁懸臂施工過程中，橋梁線形的控制主要通過立模標(biāo)高來控制。隨著施工的進(jìn)行，每一個(gè)階段的受力都不一樣，結(jié)構(gòu)的撓度在施工過程中也是不斷變化的，故先期施工的節(jié)段要計(jì)入后期施工荷載的影響，先期施工的塊件要設(shè)置足夠的預(yù)拱度，保證橋梁的順利合龍，施工監(jiān)控時(shí)計(jì)算公式如下[5]：

式中 f合龍恒載預(yù)拱度計(jì)入了施工的累計(jì)位移，f附加預(yù)拱度按后文公式計(jì)算可得。

實(shí)際施工時(shí)的立模標(biāo)高按公式（2）計(jì)算：

式中 f掛籃變形根據(jù)施工單位掛籃加載實(shí)測值采用，f施工調(diào)整根據(jù)已安裝梁段的標(biāo)高與理論標(biāo)高的偏差做調(diào)整。

2.3 附加預(yù)拱度的確定 根據(jù)近幾年來工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)剛構(gòu)橋在使用期間因混凝土收縮、徐變的影響，跨中撓度增加約為L/500～L/1000（L：中孔跨徑），邊孔最大撓度一般發(fā)生在3/4L處，約為中孔最大撓度1/4。另外，連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨比例大都采用0.52～0.6，橋墩為柔性墩。由于墩、梁固結(jié)，節(jié)點(diǎn)處剛度極大，由變形協(xié)調(diào)可知，中孔跨中下?lián)洗?，會引起邊跨上撓，可以緩解邊跨的下?lián)稀９蔬吙绯蓸蝾A(yù)拱度一般設(shè)置較小，在3/4L處設(shè)置fc/4預(yù)拱度（fc：中孔跨中成橋預(yù)拱度）。

依據(jù)現(xiàn)有的理論計(jì)算的收縮徐變的引起的下?lián)虾蛯?shí)際工程中的撓度不完全吻合，根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采取以下方法設(shè)置附加預(yù)拱度：跨中按L/1000+1/2d2（L為中跨跨徑，d2為活載撓度），邊跨預(yù)拱度按中跨最大撓度1/4計(jì)算，邊跨最大撓度在3/4L處。在中孔跨中fc確定后，中孔其余各點(diǎn)按 y=fc/2（1-cos（2πx/L））進(jìn)行分配。邊孔 3/4L 處成橋預(yù)拱度取中孔跨中成橋預(yù)拱度fc的1/4，邊孔其余各點(diǎn)按余弦曲線分配。由于余弦曲線在墩頂兩曲線連接處切線斜率為零，滿足平順要求，若按照拋物線分配就不能滿足墩頂平順的要求；余弦曲線在L/4處預(yù)拱度為跨中預(yù)拱度1/2，與有限元計(jì)算也是吻合的[6]。

3 計(jì)算實(shí)例

3.1 工程概況 主橋采用48＋86＋48m變高度連續(xù)剛構(gòu)，單箱單室直腹板橫斷面。箱梁頂板寬8.0m，兩側(cè)翼緣板懸臂長1.5m，懸臂板端部厚20cm，根部厚66cm；頂板厚0.25m，底板厚度由箱梁根部的0.7m變化至跨中0.3m。順橋向梁高采用拋物線變化，根部梁高5.5m，跨中及邊跨直線段梁高均為2.2m，變截面段梁底曲線為1.8次拋物線，合攏段及邊跨膺架施工段均為直線段。箱梁采用直腹板，腹板寬0.4～0.6m，箱梁底寬5.0m。

主橋節(jié)段施工共分為0～10號節(jié)段、邊跨支架現(xiàn)澆段及合龍段。0號節(jié)段長度為9.0m，1～3號節(jié)段長度為3.0m，4～6號節(jié)段長度為3.5m，7～10號節(jié)段長度為4.5m，合龍段長度2.0m，邊跨支架現(xiàn)澆段長度4.0m,其余節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑。

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了腹板束、頂板束和底板束。腹板束、頂板束采用17Φs15.2鋼絞線，底板束采用12Φs15.2鋼絞線。1號墩高40m，2號墩高52m，均采用雙薄壁墩；汽車40級，掛車220級，雙向兩車道。

3.2 計(jì)算結(jié)果 計(jì)算模型（圖5）考慮了施工期間掛籃、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力張拉、溫度變化等多種因素的作用，二期恒載以及使用期間汽車荷載作用。

圖4 變形及預(yù)拱度（mm）

圖5 計(jì)算模型

從圖中可以看出，正算的成橋線形呈上拱，主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)縱向預(yù)應(yīng)力強(qiáng)大所致；附加預(yù)拱度按照前文所述的方法算得，總預(yù)拱度與已建成的跨度類似的橋梁接近，和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)吻合。

4 常見問題及結(jié)論

通過對連續(xù)剛構(gòu)橋在施工節(jié)段的計(jì)算分析，可以得出如下結(jié)論：①一般采用正算法就能滿足監(jiān)控需要，計(jì)算時(shí)應(yīng)全面考慮結(jié)構(gòu)承受的荷載。②附加預(yù)拱度的確定可根據(jù)文中的建議算法，此算法由工程經(jīng)驗(yàn)歸納得來，具有一定的實(shí)用價(jià)值。③在施工期間，施工單位在主梁上堆放機(jī)具材料應(yīng)對稱，并靠近墩頂為宜，減少不平衡力矩。同時(shí)，在連續(xù)剛構(gòu)監(jiān)控計(jì)算分析中仍存在以下問題：①預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后，主梁變形并不會立即發(fā)生，預(yù)應(yīng)力的克服摩擦傳遞需要時(shí)間，這和我們力學(xué)中的概念有所不同，故混凝土應(yīng)力應(yīng)變的測試宜在張拉后數(shù)小時(shí)進(jìn)行。②日照溫差不僅存在于頂板和底板直接，還存在于左右腹板直接，這種溫差會使主梁在平面上偏離軸線，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮。

[1]馬寶林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]李慶桐，周志祥，劉小渝.連續(xù)剛構(gòu)橋后期撓度過大影響因素的偏差分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32（增刊 1）：818-822.

[3]諶潤水.公路橋梁荷載試驗(yàn)[M].北京∶人民交通出版社,2003.

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[5]宋士新.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制關(guān)鍵問題分析與研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[6]齊東春，張永水，李強(qiáng).大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系某梢蚣皩Σ遊J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（6）：46-49.