大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)探討

丁 胤

(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

1 剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)理論

采用有限元計(jì)算法分析橋梁結(jié)構(gòu)，主要針對各個(gè)施工階段相應(yīng)截面應(yīng)力、位移大小等進(jìn)行計(jì)算。采用正裝分析法討論剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵就是模擬各個(gè)階段橋梁結(jié)構(gòu)施工中的受力變化，討論非線性與混凝土收縮、徐變情況。在實(shí)際操作中可發(fā)現(xiàn)，對于部分跨度較大的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁而言，應(yīng)先開展正裝計(jì)算;在分析施工預(yù)拱度時(shí)，可采取倒裝分析法，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)施工加載順序，逆向思維思考施工問題。與其他方法相比，采用倒裝分析法可快速掌握施工各階段變形情況，并以這些資料為基礎(chǔ)積極指導(dǎo)施工。

總體而言，在對大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)特點(diǎn)建模，再根據(jù)模的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析。在實(shí)際計(jì)算中，建議選用合適的計(jì)算機(jī)軟件，可進(jìn)一步提高計(jì)算效果，如“橋梁博士”等。這部分軟件的系統(tǒng)處理能力強(qiáng)，能滿足不同工況下的計(jì)算要求。在無特殊施工要求的前提下，通過正裝分析計(jì)算所得出的結(jié)果可作為監(jiān)測依據(jù);倒裝計(jì)算得出的結(jié)果可以作為預(yù)拱度的控制依據(jù)。

2 施工質(zhì)量控制

2.1 施工控制

(1)施工控制的基本內(nèi)容。

①線性控制。橋梁結(jié)構(gòu)尺寸是施工的基本要素，施工中的任何誤差都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，最終對施工結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致橋梁合攏難以完成，成橋后也會(huì)發(fā)現(xiàn)線性起伏明顯。為避免橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏差，應(yīng)加強(qiáng)線性控制，控制誤差。②應(yīng)力控制。應(yīng)力控制是整個(gè)施工中的重點(diǎn)。以懸臂施工為例，在施工的不同階段，結(jié)構(gòu)所承受的荷載、結(jié)構(gòu)形式、邊界條件等發(fā)生變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力情況更加復(fù)雜。尤其是在主體結(jié)構(gòu)合攏時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)體系受力的改變，應(yīng)力會(huì)發(fā)生劇烈變化，若控制不當(dāng)，不但影響橋梁的安全，甚至?xí)?dǎo)致橋梁局部被破壞。③安全控制。安全是施工生產(chǎn)的基本要求，在橋梁施工建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、穩(wěn)定等數(shù)據(jù)入手，保證能根據(jù)結(jié)構(gòu)形式滿足施工需要，最終實(shí)現(xiàn)安全施工。

(2)施工控制方法。

為保證施工的順利進(jìn)行，需要采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并識別、檢測數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容，為建立下一階段的施工模型奠定基礎(chǔ)，保證施工達(dá)到理想狀態(tài)。

①預(yù)測控制法。預(yù)測控制法的關(guān)鍵，就是在預(yù)應(yīng)力施工的基礎(chǔ)上，調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，確保相關(guān)數(shù)據(jù)能滿足不同的施工需要。以懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土施工為例，在前一階段施工結(jié)束后，施工單位只能通過預(yù)應(yīng)力張拉力大小調(diào)整主梁標(biāo)高，無法修改已經(jīng)完成澆筑的標(biāo)高，只能通過本階段的標(biāo)高變化預(yù)測下一階段施工中可能出現(xiàn)的變動(dòng)，并做出調(diào)整。應(yīng)用預(yù)測控制法通過預(yù)測各個(gè)階段的施工內(nèi)容，判斷可能出現(xiàn)的施工風(fēng)險(xiǎn)因素，保證施工順利進(jìn)行。預(yù)測控制法的效果顯著，而被廣泛應(yīng)用在橋梁施工中。本文統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況下預(yù)測控制法的基本構(gòu)造，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)情況下預(yù)測控制法構(gòu)造圖

②自適應(yīng)控制法。由于混凝土材料在預(yù)應(yīng)力張拉、徐變等方向存在一定的差別，導(dǎo)致橋梁在連續(xù)施工中不能有效控制已澆筑兩端的位移情況。在此背景下，自適應(yīng)控制法主要通過分析影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的相關(guān)要素，并將這些要素輸入到下一階段的運(yùn)算中，保證計(jì)算模型更加準(zhǔn)確，指導(dǎo)施工過程達(dá)到理想狀態(tài)。

2.2 主梁測量

為保證測量的準(zhǔn)確性，可現(xiàn)在橋梁相關(guān)結(jié)構(gòu)上設(shè)置觀測點(diǎn)，一般情況下，每節(jié)懸臂端梁可設(shè)置1～2 個(gè)軸線點(diǎn)與3～4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高度觀測點(diǎn)。為方便觀測，可用紅色油漆標(biāo)識這些觀測點(diǎn)，并對每個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行編號處理?？上仁褂盟疁?zhǔn)儀確定標(biāo)準(zhǔn)高度，確定標(biāo)準(zhǔn)高度之后，再分別針對每個(gè)施工階段進(jìn)行統(tǒng)一處理?？刹捎萌N工況平行獨(dú)立測量的方法，確定每一節(jié)主梁的撓度，并相互校對。

在測量對軸時(shí)，采用全站儀或鋼尺，通過視準(zhǔn)法測量對軸線前端，并查看對軸線的偏位情況。但需要注意的是，若采用視準(zhǔn)法測量之后，需要將軸線后視點(diǎn)設(shè)置在過渡墩上，再通過由遠(yuǎn)到近的方法，確定最佳控制距離。在測量對頂面高程過程中，應(yīng)在主梁頂面混凝土橫截面上設(shè)置3～5 個(gè)觀測點(diǎn)，分別統(tǒng)計(jì)各個(gè)觀測點(diǎn)的測量值，計(jì)算平均數(shù)，這個(gè)平均數(shù)就是主梁頂面高程值。通過測定不同施工階段的主梁撓度變化值、軸線偏移值，可為確定最終的立模高程值提供數(shù)據(jù)支撐，也能夠獲得主梁頂面的實(shí)際高程值然后將立模高程值和實(shí)際高程值進(jìn)行比對就可以對施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)控制。

2.3 線性控制技術(shù)

在連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃懸臂澆筑過程中，每塊箱梁均可劃分為掛籃前移、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉三個(gè)階段，為準(zhǔn)確分析不同階段箱梁撓度變化情況，可在混凝土澆筑之后，對撓度進(jìn)行測量，并注意環(huán)境溫度變化對測量結(jié)果的影響，以求盡早發(fā)現(xiàn)撓度變化的原因，保證合攏順利進(jìn)行。

預(yù)拱度設(shè)置是線性控制中的重點(diǎn)內(nèi)容，在施工中，主要由檢測單位提供基本方案，得到監(jiān)理確認(rèn)之后才能施工。在施工中，箱梁立模標(biāo)高計(jì)算公式為:

H=h+f+b+hn－1

式中:H 為施工段箱梁立模標(biāo)高;h 為相關(guān)截面設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)高;f 為截面計(jì)算擾度(在施工中，截面擾度受多種因素的影響，因此要注意量的變化);b 為實(shí)際測量中所得到的掛籃彈性擾度;hn－1為截面實(shí)測標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高之間的差。

3 結(jié)語與展望

簡單分析了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)，并從施工控制主梁線形測量兩方面入手，對如何開展施工質(zhì)量控制進(jìn)行討論。在分析中發(fā)現(xiàn)，隨著橋梁跨徑的不斷增大，施工質(zhì)量控制的作用也越來越明顯，為進(jìn)一步提升施工質(zhì)量控制能力，施工人員可從以下幾方面尋求突破:(1)加快施工中的自動(dòng)化控制，通過提高測量準(zhǔn)確度，降低數(shù)據(jù)誤差對施工效果的影響，這也是未來橋梁施工建設(shè)的基本發(fā)展方向;(2)加快對混凝土材料收縮徐變、溫度變化等對結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的分析，在條件允許的情況下可開展一系列的數(shù)據(jù)測量，為后期工程建設(shè)提供理論支撐。

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