大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程的主梁線型控制與應(yīng)力控制研究

曾　明

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙　410004)

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大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程的主梁線型控制與應(yīng)力控制研究

曾明

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙410004)

摘要：基于X大橋工程，通過有限元軟件Midas/Civil2010創(chuàng)建三維有限元模型，分析研究主梁線形控制與主梁應(yīng)力控制兩個(gè)內(nèi)容，分析了引起應(yīng)力的實(shí)測(cè)值與模型中計(jì)算結(jié)果的理論值之間較大偏差的主要因素。

關(guān)鍵詞：有限元；主梁線形控制；主梁應(yīng)力控制

1工程概況

本次控制項(xiàng)目的對(duì)象是X大橋主橋，其構(gòu)造是四跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋(66 m+2 120 m+66 m)。橋梁設(shè)計(jì)有雙向六車道與人行道，寬度為27.5 m，設(shè)計(jì)荷載采用公路-I級(jí)，設(shè)計(jì)車速為60 km/h。橋面設(shè)置單向縱坡(坡度為1.45%)以及雙向橫坡(坡度為2%)。其中，主梁結(jié)構(gòu)為三向預(yù)應(yīng)力體系的雙箱單室截面的箱梁。橋臺(tái)設(shè)計(jì)為U型橋臺(tái)。主墩為2個(gè)雙肢薄壁墩，主墩樁基為群樁基礎(chǔ)(122.2 m)。本工程橋梁寬度相對(duì)較大，若采用整幅施工法，則需要很大的掛籃來滿足施工需求，大大影響施工難度以及工程進(jìn)度。為此本工程在施工中采用分幅對(duì)稱逐段懸臂澆筑法，而邊跨端頭塊的施工，則采用支架現(xiàn)澆法。全橋的合龍方案：首先同步合龍5#壤和8#墩的邊跨，接著再同步合龍5#壞和8#墩的中跨。邊跨的合龍方式為支架現(xiàn)澆合龍，中跨的合龍采用掛籃合龍。

2全橋的有限元模型

基于有限元軟件Midas/Civil2010，建立本橋三維有限元模型。整橋模型均采用梁單元建立，單元數(shù)量有163。其中，橋繳與主梁之間的連接方式視為彈性連接類型中的剛性連接方式，邊跨支座視為活動(dòng)鉸支座，橋墩墩底視為固定支座(即約束所有自由度)。

主梁中每一梁段的施工過程由三個(gè)步驟完成：混凝土的澆筑(工期5 d，包含掛籃前移、梁段立模及鋼筋綁扎)；混凝土的養(yǎng)護(hù)及形成(工期持續(xù)5 d)；預(yù)應(yīng)力束的張拉(工期持續(xù)1 d)。整個(gè)有限元模型共模擬分析了58個(gè)施工階段。

3主梁線形控制

3.1測(cè)點(diǎn)布置

由于需要獲取主梁撓度的動(dòng)態(tài)值，要求在主梁的零號(hào)塊上與懸臂施工過程中的各個(gè)梁段上設(shè)置高程測(cè)點(diǎn)。零號(hào)塊上的測(cè)點(diǎn)布置在梁頂中心處，各個(gè)梁段在懸臂端等長度間隔內(nèi)橫向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。高程測(cè)點(diǎn)通過P20的鋼筋捆綁在已完成綁扎的鋼筋骨架上，其中，頂部打磨后要求高于混凝土表面2 cm。全橋整體的斷面橫向有6個(gè)點(diǎn)。其中單幅箱梁軸線中心處于2號(hào)點(diǎn)，1、3號(hào)點(diǎn)與箱梁外側(cè)距離均為2 m。

3.2主梁撓度觀測(cè)

施工控制過程中，主梁撓度監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要的工作，由線形通測(cè)與局部梁段標(biāo)高測(cè)量組成。局部梁段測(cè)量主要是監(jiān)測(cè)目前已完成施工的梁段高程，其目的是獲取實(shí)際撓度值，并與理論值對(duì)比。在局部梁段標(biāo)高測(cè)量的同時(shí)，每隔三個(gè)節(jié)段施工完成后對(duì)橋面線形進(jìn)行一次通測(cè)，在結(jié)構(gòu)主梁的邊跨、中跨合龍之前及之后分別進(jìn)行一次通測(cè)，在施加二期恒載的各階段和成橋時(shí)各進(jìn)行一次通測(cè)，在進(jìn)行重要施工階段時(shí)也需要進(jìn)行通測(cè)，以保證全橋能夠順利完成合龍，并形成滿足預(yù)期的線形。

3.4立模標(biāo)高的調(diào)整

理論立模標(biāo)高只是計(jì)算時(shí)的理論數(shù)據(jù)，但實(shí)際施工中由于許多不確定因素的存在，導(dǎo)致理論計(jì)算值與工程實(shí)際值有較大不同。其主要原因是施工預(yù)拱度是通過模型計(jì)算獲取的，但模型中的計(jì)算撓度與主梁在施工中產(chǎn)生的撓度存在誤差，因此必須基于施工工況作出調(diào)整。如在掛籃移動(dòng)后、混凝土澆筑后以及預(yù)應(yīng)力張拉后的三個(gè)施工工況分別對(duì)箱梁上預(yù)設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程觀測(cè)，并計(jì)算出懸臂端下?lián)现档膶?shí)際平均值，然后再將實(shí)測(cè)平均下?lián)现蹬c有限元軟件Midas civil中模擬出的理論下?lián)现颠M(jìn)行比較，最后再作出相應(yīng)的調(diào)整。

3.5線形監(jiān)測(cè)結(jié)果

全橋合龍后鋪裝前，橋梁的監(jiān)控目標(biāo)高程(設(shè)計(jì)理想線形)是設(shè)計(jì)標(biāo)高、成橋預(yù)拱度以及二期鋪裝引起的施工預(yù)拱度三者之和。為能夠在全橋合龍后鋪裝前的線形達(dá)到設(shè)計(jì)理想線形的需要，在立模時(shí)必須嚴(yán)格遵循監(jiān)控指令標(biāo)高開展施工。全橋線形控制結(jié)果如圖1所示(以上游幅5#為例)。

圖1　上游幅5#邊跨與中跨監(jiān)控目標(biāo)高程與實(shí)測(cè)高程對(duì)比圖

結(jié)果表明全橋?qū)崪y(cè)線形與設(shè)計(jì)理想線形稍有偏差，但總體趨勢(shì)基本一致，整體線形滿足預(yù)期。

4主梁應(yīng)力控制

4.1應(yīng)力測(cè)試元件

本工程預(yù)埋在主梁控制截面的應(yīng)力測(cè)試元件的是ZX-215CT型智能應(yīng)變計(jì)，該應(yīng)變計(jì)在現(xiàn)行實(shí)際工程中運(yùn)用較為普遍的應(yīng)力測(cè)試儀器。因該應(yīng)變計(jì)該應(yīng)變計(jì)還內(nèi)置溫度傳感器，可直接獲取測(cè)點(diǎn)溫度，并且，抗干擾能力強(qiáng)，可以在混凝土內(nèi)部完成長時(shí)間的測(cè)量，在多種被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今應(yīng)變計(jì)的一般安裝方式是直接綁扎在鋼筋下表面。但是施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜，不可控因素較多，在施工時(shí)引出混凝土的應(yīng)變計(jì)導(dǎo)線頭很有可能遭到機(jī)器損壞或人為破壞，因此安裝時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線頭裝在波紋管內(nèi)，并用膠帶將管口密封以防止雨水滲入腐蝕。

4.2主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基于有限元模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)施工過程的關(guān)鍵工況進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。本橋施工階段的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)工況有兩步：(1)各節(jié)段混凝土完成澆筑后；(2)各節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉完畢后。在進(jìn)行施工控制過程中，必須定時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力值，尤其是在懸臂端挑出長度較大時(shí)，由于橋上施工物料堆積物以及施工設(shè)備等荷載作用下，會(huì)嚴(yán)重增加橋梁受力。若監(jiān)測(cè)到實(shí)際應(yīng)力和理論值偏差過大時(shí)，應(yīng)要求立即停止施工及上報(bào)，排查原因，提出施工預(yù)警。以下游幅5#墩為例，1#斷面的部分應(yīng)力數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　下游幅5#主激邊跨1#斷面實(shí)測(cè)

由上表可以看出，應(yīng)力的實(shí)測(cè)值與模型中計(jì)算得到的理論值有較大的偏差，針對(duì)偏差產(chǎn)生的原因，具體分析如下。

(1)理論值計(jì)算誤差的影響：理論應(yīng)力值的是通過Midas有限元軟件建立模型，模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)施工過程計(jì)算得到的。由于模擬的設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的圖紙的成橋標(biāo)高，不能模擬實(shí)際施工中橋梁的預(yù)拱度，另外模型中選取的設(shè)計(jì)參數(shù)與施工現(xiàn)場(chǎng)中的實(shí)際參數(shù)存在不同，因此應(yīng)力的實(shí)測(cè)值不可避免的會(huì)與計(jì)算理論值之間存在一定的偏差。

(2)傳感器安裝導(dǎo)致的誤差影響：安裝應(yīng)變計(jì)時(shí)，一般是綁扎在構(gòu)造鋼筋下表面，這樣能夠使應(yīng)變計(jì)長久可靠的固定在梁內(nèi)混凝土中，但同時(shí)應(yīng)變計(jì)與箱梁混凝土表面就會(huì)有一定的距離，得到的應(yīng)力值與理論值就會(huì)有一定誤差。另一方面，施工中混凝土的澆筑和振搗過程，使得應(yīng)變計(jì)的軸線與結(jié)構(gòu)的軸線不可避免的產(chǎn)生偏移，這是實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生偏差的原因之一。

參考文獻(xiàn)：

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[3]黃曉航，高宗余.無應(yīng)力狀態(tài)法綜述[J].橋梁建設(shè)，2010，(1)：71-74.

Research on the control of girder geometry and girder stress of long-span continuous rigid frame bridge in construction stage

ZENG Ming

(Hunan Road and Bridge Construction Group Co.,Ltd., Changsha,Hunan 410004,China)

Abstract:Based on X major bridge, three-dimensional finite element model is built through finite element software Midas/Civil2010. The control of girder geometry and girder stress are discussed, then the factors of large deviation between measured value caused by stress and the calculation results of the model.

Keywords:finite element; the control of girder geometry; the control of girder stress

中圖分類號(hào)：U442

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0079-02

作者簡介：曾明(1982-)，男，湖南漢壽人，工程師，研究方向：公路與橋梁工程施工控制。

收稿日期：2015-10-15