連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控截面應力分析

李鵬飛 練俊江

（重慶交通大學 土木建筑學院，重慶400074）

1 引言

理論研究是解決病害的一個方面，更為重要的是病害的提前預防，即合理的施工方法和嚴密的施工過程控制。大橋理想的幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設計有關，而且還依賴于科學合理的施工方法[1-2]。如何通過對施工過程的控制，最終得到預期的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線形，是橋梁施工中的關鍵問題。對大橋進行施工監(jiān)控就是通過在施工過程中對結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，評估各主要施工階段主要構(gòu)件的變形及應力變化狀態(tài)是否符合設計要求，判斷施工過程是否安全，結(jié)構(gòu)是否正常工作。當出現(xiàn)較大誤差時，應對結(jié)構(gòu)進行誤差調(diào)整，并對設計的施工過程進行重新安排，從而保證大橋建成時最大程度地接近理想設計預期狀態(tài)，同時確保施工期間的結(jié)構(gòu)安全、施工質(zhì)量和施工工期[3-4]。

2 依托工程及有限元模型

本文以沿海地區(qū)某跨海橋為工程背景，為95+170+95m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，采用全預應力結(jié)構(gòu)，主橋箱梁采用單箱單室斷面，頂板寬11.8m，底板寬6.0m，箱梁頂面設置雙向2%橫坡。箱梁支點梁高10.5m，跨中梁高4.0m，梁底曲線為1.6次拋物線。主橋兩側(cè)各懸臂2.9m，懸臂端部厚度20cm，懸臂根部65cm。箱梁頂板全寬等厚，為30cm，底板厚30cm-130cm，腹板采用直腹板，腹板厚度50cm-70cm。與雙薄壁墩相對應，箱梁中支點設置兩道橫隔梁，厚度均為1.75m，箱梁邊支點橫隔梁厚度為1.5m。主梁采用C55海工耐久混凝土。

大橋施工控制過程中，箱梁承受的外力主要有結(jié)構(gòu)自重、預應力作用懸臂施工掛籃以及施工臨時荷載等，相對主梁軸線為基本對稱荷載，偏心作用較小或根本沒有。采用有限元軟件MIDASCIVIL的普通梁單元計算的精度滿足設計計算要求[5-6]。

3 分析方法

3.1先將結(jié)構(gòu)按照實際工況離散成單元，橋墩結(jié)構(gòu)采用相同方式處理。

3.2按照實際施工順序，包括梁段安裝、預應力張拉、掛籃前移、合龍配重等安排若干個施工階段，根據(jù)各施工階段主梁的受力狀況進行仿真計算。計算過程中應同時考慮溫度場的效應。

3.3將結(jié)構(gòu)按照“倒拆”的方法再進行一遍計算，同“正裝”計算結(jié)果比較后，得出箱梁各梁段理論施工控制值。

3.4在整個施工控制過程中，對影響結(jié)構(gòu)變位的變化因素進行跟蹤計算，以確保施工控制計算結(jié)果的可靠性。

在該橋施工全過程中，對全橋結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場測試跟蹤，將測量結(jié)果與計算結(jié)構(gòu)進行分析對比。出現(xiàn)誤差時，根據(jù)結(jié)構(gòu)線形，材料彈性模量，溫度場等的現(xiàn)場測量結(jié)果，分析誤差出現(xiàn)的原因，確定調(diào)整誤差的措施，調(diào)整以后的施工要求[7-8]。

4 監(jiān)控結(jié)果及分析

箱梁監(jiān)控截面取主墩支點截面、主跨跨中、L/4截面及邊跨跨中，共9個應力測試斷面，每個控制截面上頂板、底板各布置2個應力測點，每個應力測試斷面布置4個應力測點。

混凝土齡期達到28天后，強度不再有較大變化，在齡期28天之前，MIDAS模型計算出的應力與實際測出的應力不具有可比性，本文由于篇幅有限只截取部分數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)不在此列出（理論值由有限元模型計算得出）。

表1 43號墩主墩支點截面實測值與理論計算值

圖1 43號墩主墩支點截面頂板實測值與理論計算值對比圖

由圖1可以看出，截面頂板左右側(cè)實測應力值與理論值相差不大，說明施工過程中對頂板的控制很到位。然而圖2中底板左側(cè)應力明顯大于右側(cè)和理論值，而右側(cè)應力值正常，可能是因為混凝土收縮徐變、溫度變化、預應力張拉、剪力滯效應或者是橋面不平衡堆載等。

由以上圖表可以看出，由于混凝土材料的非均勻性，以及受設計參數(shù)限制，如材料特性、受力截面特性等參數(shù)的影響，結(jié)構(gòu)的實際應力與設計應力很難完全吻合，即計算應力不能反映結(jié)構(gòu)的實測應力狀態(tài)。因此我們在實際測試中，通過誤差分析與處理，使測試應力盡可能地接近實際，從而較準確地掌握結(jié)構(gòu)的真實應力狀態(tài)。該橋?qū)崪y值與理論值相比雖然有一些離散性，但應力變化規(guī)律一致，而且測量數(shù)據(jù)均在受控范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

本文以某跨海大橋的施工監(jiān)控為背景，通過建立MIDAS有限元模型，計算提供施工預拱度，為實時監(jiān)控截面施工過程中的應力變化給出理論應力值。從監(jiān)控的結(jié)果可以看出，截面頂板應力控制得很好，而底板應力可能會受到預應力損失、剪力滯、橋面不均勻堆載、截面預應力不均勻、混凝土收縮徐變、溫度等因素的影響產(chǎn)生左右不對稱的偏差，所以在施工過程中要加強控制，避免橋梁因為截面上的不均勻應力而產(chǎn)生安全隱患。

圖2 43號墩主墩支點截面底板實測值與理論計算值對比圖

［1］丁尚輝，劉傳鋒，劉建瑞.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控技術(shù)［J］.公路交通科技：應用技術(shù)版，2007（4）:115-119.

［2］陳萍，王一文.PC連續(xù)剛構(gòu)橋雙薄壁墩設計參數(shù)優(yōu)化分析［J］.公路交通科技：應用技術(shù)版，2013（4）:135-138.

［3］劉建瑞.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制［D］.武漢：華中科技大學，2006.

［4］譚曉東.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制研究［D］.武漢：武漢理工大學，2007.

［5］趙玉銀.連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制及結(jié)構(gòu)仿真分析［D］.成都：西南交通大學，2008.

［6］劉潤華.連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制與結(jié)構(gòu)分析［D］.成都：西南交通大學，2008.

［7］祝和意.預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制研究［D］.長安大學，2010.

［8］孟令星.大跨預應力連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制研究［D］.濟南：山東大學，2008.