大跨徑PC混凝土連續(xù)梁懸臂施工仿真分析與線形控制

苗戰(zhàn)濤　孫松　徐瑞霞

摘要：在橋梁懸臂施工工程中，線形控制至關(guān)重要，本文結(jié)合工程實(shí)例論述了大跨徑PC混凝土連續(xù)梁橋的線形控制方法，并取得了預(yù)期的結(jié)果，該橋的成功經(jīng)驗(yàn)可為類似橋梁的線形控制提供了可靠的借鑒。

關(guān)鍵詞：PC混凝土連續(xù)梁橋；預(yù)拱度；線形控制；分段懸鏈線法

0 引言

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋是100m～300m跨徑的首選橋型，它具設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟、體跨越能力大等優(yōu)點(diǎn)[1]，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋常采用懸臂施工（現(xiàn)澆和拼裝）、滿堂支架、頂推施工等施工方法，其中懸臂施工應(yīng)用尤為廣泛，為該橋型的首選施工方法，操作方便，施工技術(shù)成熟，且不影響橋下通航，但由于在施工過(guò)程中，由于受混凝土澆筑、掛籃移動(dòng)、施工荷載、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮及徐變、溫度、濕度等諸多因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)懸澆梁段的合龍誤差較大和成橋線形與設(shè)計(jì)目標(biāo)不相吻合等施工中必須認(rèn)真解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本文結(jié)合工程實(shí)例提出了相應(yīng)的線形控制的方法，利用該法得到的線形符合實(shí)際要求。

1線形控制的理論及方法

對(duì)于懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋來(lái)講，施工控制就是根據(jù)監(jiān)測(cè)所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工階段仿真分析計(jì)算，確定出各個(gè)懸澆節(jié)段的立模標(biāo)高，并在施工過(guò)程中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和對(duì)下一節(jié)段立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)保證成橋后橋面線形、合龍段兩梁端高程的相對(duì)偏差不大于規(guī)定值以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

在預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工過(guò)程中，及時(shí)對(duì)其加以調(diào)整，避免誤差的累積。針對(duì)上述難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，施工控制中采用目前在橋梁施工監(jiān)控中廣泛采用的自適應(yīng)控制方法來(lái)指導(dǎo)施工監(jiān)控工作，其基本原理在于：通過(guò)施工過(guò)程的反饋測(cè)量數(shù)據(jù)不斷更正用于施工控制的跟蹤分析程序的相關(guān)參數(shù)，使計(jì)算分析程序適應(yīng)實(shí)際施工過(guò)程，當(dāng)計(jì)算分析程序能夠較準(zhǔn)確地反映實(shí)際施工過(guò)程后，以計(jì)算分析程序指導(dǎo)后續(xù)的施工過(guò)程。經(jīng)過(guò)自適應(yīng)過(guò)程，計(jì)算程序已經(jīng)與實(shí)際施工過(guò)程比較吻合，因而可以達(dá)到線形與內(nèi)力狀態(tài)雙控的目的。其基本步驟如下：

（1）首先以設(shè)計(jì)的成橋狀態(tài)為目標(biāo)，按照設(shè)計(jì)參數(shù)用施工過(guò)程跟蹤分析程序確定每一施工步驟應(yīng)達(dá)到的分目標(biāo)。

（2）根據(jù)上述分目標(biāo)開始施工，并測(cè)量結(jié)構(gòu)的實(shí)際參數(shù)。

（3）根據(jù)實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)分析和調(diào)整各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以調(diào)整后的參數(shù)用施工過(guò)程跟蹤分析程序重新確定以后各施工步驟的分目標(biāo)。

（4）反復(fù)上述過(guò)程即可使跟蹤分析程序的計(jì)算與實(shí)際施工相吻合，各分目標(biāo)也成為可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，進(jìn)而利用跟蹤分析程序來(lái)指導(dǎo)以后的施工過(guò)程和必要的調(diào)整與控制。自適應(yīng)控制法的基本原理如圖1 2所示。

2 預(yù)拱度的設(shè)置

懸臂澆筑法施工橋梁通過(guò)立模標(biāo)高來(lái)控制橋梁線形，立模標(biāo)高計(jì)算公式如下：

式中： —i塊段立模標(biāo)高； —i塊段設(shè)計(jì)標(biāo)高； —i塊段預(yù)拋高值； —掛藍(lán)變形值。

其中預(yù)拋高值由施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度組成，根據(jù)近幾年來(lái)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，后期混凝土收縮、徐變對(duì)中孔跨中撓度影響約為L(zhǎng)/1000～L/1400（L：中孔跨徑）。在施工預(yù)拱度的基礎(chǔ)上，考慮成橋預(yù)拱度，主跨成橋預(yù)拱度在按L/1350+0.75d2（L為中跨跨徑，d2為活載撓度）設(shè)置，邊跨預(yù)拱度按中跨最大撓度3/8計(jì)算，邊跨最大撓度在3/4L處。其余各點(diǎn)按余弦曲線分配。在中孔跨中fc確定后，邊孔3/4L處成橋預(yù)拱度取中孔跨中成橋預(yù)拱度f(wàn)c的3/8，邊孔其余各點(diǎn)按余弦曲線分配。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，另外余弦曲線在L/4處預(yù)拱度為跨中預(yù)拱度1/2，與有限元計(jì)算吻合，故采用余弦曲線分配。

3工程實(shí)例

該橋橫跨南水北調(diào)總干渠，是連接南北兩岸的重要交通樞紐，橋梁全長(zhǎng)652.886m m，為三跨變截面連續(xù)梁橋。主橋跨徑組合為：60m+108m+60m=228m。主梁采用單箱雙室直腹板斷面，頂板寬度為22.5m，底板寬14m，懸臂長(zhǎng)3.75m。主跨根部梁高6.2m，跨中和邊跨直線段梁高3m，箱梁底板下緣按1.8次拋物線變化。

本文采用有限元專用程序MIDAS/Civil 2012對(duì)全橋進(jìn)行三維建模。根據(jù)施工過(guò)程，全橋共劃分88個(gè)單元，共劃分為61個(gè)施工階段和1個(gè)運(yùn)營(yíng)階段。通過(guò)上述方法計(jì)算得出預(yù)拋高值，預(yù)拋高曲線

從上表可得，成橋狀態(tài)下主梁線形與預(yù)計(jì)線形差值在-22～26mm之間，滿足線形控制要求的測(cè)點(diǎn)（±20mm）占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的92.9%，說(shuō)明采用該方法進(jìn)行線形控制，精度較高，滿足工程要求。

4 結(jié) 論

自2012年10月該橋上部結(jié)構(gòu)開始施工至2013年10月完成橋面鋪裝，整個(gè)施工過(guò)程未出現(xiàn)較大線形偏差，成橋線形滿足精度要求，說(shuō)明此方法的可行性，可為同類似橋梁的線形控制提供一定的參考價(jià)值。

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