預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控

婁鋒

摘 要：本文背景橋梁為40+60+40m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其施工方案為掛籃懸臂澆筑。本文主要研究橋梁的施工監(jiān)控全過(guò)程。同時(shí)由于本橋?qū)捒绫容^大，剪力滯效應(yīng)明顯，本文將通過(guò)對(duì)比，研究剪力滯效應(yīng)對(duì)本橋的影響。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；掛籃懸臂澆筑；施工監(jiān)控；剪力滯效應(yīng)

1 基本概況

背景橋梁為左幅為40+60+40m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，上部結(jié)構(gòu)為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，采用單箱五室變截面，頂板寬33m，墩頂梁高3.8米，跨中梁高2.0m，按照1.6次拋物線變化。邊跨10m范圍內(nèi)為等截面，梁高2.0m。施工方案為掛籃懸臂澆筑。其橋型布置圖、箱梁截面及施工階段劃分見(jiàn)下圖：

2 計(jì)算模型

本文采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型，模擬橋梁的整個(gè)施工過(guò)程。模型共有46個(gè)主梁?jiǎn)卧?0個(gè)橋墩單元，共計(jì)66個(gè)單元。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型參見(jiàn)下圖：

2.1 主梁結(jié)構(gòu)受力分析

分別對(duì)主梁結(jié)構(gòu)施工階段抗彎承載能力、運(yùn)營(yíng)階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應(yīng)力及撓度進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明，上述各項(xiàng)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，說(shuō)明主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載即公路-Ⅰ級(jí)正常運(yùn)營(yíng)。

2.2 橋梁施工監(jiān)控

施工監(jiān)控的主要內(nèi)容包括變形及線形監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)控。

2.2.1變形監(jiān)控

變形測(cè)點(diǎn)布置于各節(jié)段端部0.5m處，每斷面布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)（左、右兩側(cè)），橫斷面測(cè)點(diǎn)布置圖如下：

成橋后，在每個(gè)節(jié)段的中央分隔帶邊緣和防撞護(hù)欄邊緣各設(shè)置一個(gè)標(biāo)高測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面共4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示。

由于背景橋梁為40m+60m+40m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，其幾何非線性表現(xiàn)不明顯，故而在確定正裝分析法初始線形狀態(tài)時(shí)，無(wú)需迭代，直接可由倒裝分析法確定。

本橋的理想設(shè)計(jì)狀態(tài)為成橋10年后橋梁可維持半個(gè)活荷載撓度的上拱度，以確保橋梁的正常使用，同時(shí)保持優(yōu)美線形。由此可推知成橋階段橋梁的理想線形，詳見(jiàn)下圖。圖中，Y1（x）表示1/2活荷載長(zhǎng)期撓度的上拱度；Y2（x）表示成橋10年內(nèi)恒荷載作用的長(zhǎng)期撓度的上拱度，令Y0（x）=Y1（x）+ Y2（x），通常稱(chēng)為預(yù)拱度，此曲線計(jì)算后須擬合為順滑曲線。

以上述成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)作為倒裝分析的初始狀態(tài)進(jìn)行倒拆，可推出正裝分析的初始狀態(tài)，即為橋梁施工時(shí)各節(jié)段的澆筑后標(biāo)高。

各節(jié)段在施工過(guò)程中將產(chǎn)生以下變形：

（1）節(jié)段澆筑時(shí)掛籃受混凝土濕重作用產(chǎn)生的彈性變形Y3（x）；

（2）模板在混凝土濕重作用產(chǎn)生的彈性變形Y4（x）；

（3）當(dāng)前節(jié)段在后續(xù)施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力、臨時(shí)施工荷載以及其它恒荷載等作用下產(chǎn)生的變形Y5（x）；

為此，采用疊加原理，可知橋梁施工過(guò)程中各節(jié)段的立模標(biāo)高由下式計(jì)算：

各節(jié)段立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+ 預(yù)抬值+修正值；

預(yù)抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y3（x）-Y4（x）-Y5（x）。

本文施工監(jiān)控采用預(yù)測(cè)控制法和自適應(yīng)控制法相結(jié)合的方法，在施工過(guò)程中，通過(guò)上式對(duì)后續(xù)節(jié)段立模標(biāo)高進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段變形進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，如有誤差超限，則通過(guò)對(duì)后續(xù)施工節(jié)段實(shí)時(shí)修正來(lái)予以消除。

另外，由于本橋邊跨9m范圍采用布設(shè)支架整體現(xiàn)澆，其預(yù)抬值計(jì)算用下式計(jì)算：

預(yù)抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y5（x）+ Y6（x）；

其中Y6（x）為支架變形，其值由支架預(yù)壓試驗(yàn)確定。

據(jù)此，計(jì)算得各節(jié)段施工預(yù)抬值Y0（x）線形及成橋理論線形如下圖所示：

根據(jù)上述方法，各施工階段結(jié)束后及成橋階段實(shí)測(cè)標(biāo)高與上述理論標(biāo)高比較吻合，最大相對(duì)誤差控制在2cm以?xún)?nèi)，說(shuō)明立模精度得到很好的控制。

2.2.2應(yīng)力監(jiān)控

截面頂（底）板實(shí)測(cè)應(yīng)力為截面頂（底）板上各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力的平均值，理論應(yīng)力為按照有限元程序MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型計(jì)算的截面頂（底）板應(yīng)力值。

本橋共設(shè)12個(gè)截面對(duì)施工過(guò)程中主梁應(yīng)力發(fā)展進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，并實(shí)時(shí)與理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力值及其變化趨勢(shì)與理論計(jì)算結(jié)果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

受篇幅所限，本文僅列出主梁在1#墩中跨側(cè)懸臂根部截面（即截面4）的施工各階段應(yīng)力數(shù)據(jù)：

2.2.3剪力滯效應(yīng)研究

為計(jì)算考慮剪力滯效應(yīng)的理論應(yīng)力值，本文采用梁格法建立MIDAS/CIVIL空間桿系單元模型，將其計(jì)算結(jié)果與前文中按照初等梁理論建立的二維桿系模型進(jìn)行對(duì)比，以計(jì)算其剪力滯效應(yīng)。梁格法建立的空間桿系單元模型見(jiàn)下圖：

結(jié)合背景橋梁的實(shí)際情況，擬選取最大懸臂施工階段中跨0#塊截面、L/4截面（即截面4、5、6）及成橋后跨中截面共3個(gè)截面作為研究剪力滯效應(yīng)的觀測(cè)截面。

由圖 25可知，最大懸臂階段，0#塊截面剪力滯效應(yīng)明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負(fù)剪力滯同時(shí)出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.21，最小負(fù)剪力滯系數(shù)0.80：

由圖 26可知，最大懸臂狀態(tài)L/4截面剪力滯效應(yīng)分析結(jié)果，最大懸臂階段，L/4截面剪力滯效應(yīng)明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負(fù)剪力滯同時(shí)出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.31，最小負(fù)剪力滯系數(shù)0.90：

由圖27可知成橋階段跨中截面剪力滯效應(yīng)分析結(jié)果，成橋階段，跨中截面剪力滯效應(yīng)明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負(fù)剪力滯同時(shí)出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.15，最小負(fù)剪力滯系數(shù)0.72：

3 結(jié)語(yǔ)

本文以一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)楸尘?，進(jìn)行其施工階段的分析控制研究。并結(jié)合其寬橋特征，對(duì)其剪力滯效應(yīng)的影響進(jìn)行了初步分析。本文主要結(jié)論如下：

主梁結(jié)構(gòu)施工階段抗彎承載能力、運(yùn)營(yíng)階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應(yīng)力及撓度驗(yàn)算，均滿(mǎn)足規(guī)范要求；各施工階段結(jié)束后及成橋階段實(shí)測(cè)標(biāo)高與上述理論標(biāo)高比較吻合，最大相對(duì)誤差控制在2cm以?xún)?nèi)，說(shuō)明立模精度得到很好的控制；主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力值及其變化趨勢(shì)與理論計(jì)算結(jié)果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

參考文獻(xiàn)：

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