預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)測(cè)與仿真分析

程紅運(yùn)

摘 要：懸臂施工法作為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的常用施工方法，分為懸臂澆筑施工法和懸臂拼裝施工兩種形式，具有適用性強(qiáng)、整體結(jié)構(gòu)性好、施工操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代橋梁建筑的發(fā)展。但懸臂施工法同樣存在施工跨度大、安全風(fēng)險(xiǎn)因素多等缺點(diǎn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，為進(jìn)一步控制，施工風(fēng)險(xiǎn)和施工質(zhì)量，施工人員常需對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)和仿真分析，以更好地了解施工狀態(tài)和橋梁受力情況。筆者從施工監(jiān)測(cè)以及仿真分析相關(guān)工作出發(fā)，就其實(shí)際應(yīng)用，闡述幾點(diǎn)觀點(diǎn)，以供相關(guān)部門(mén)參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土;連續(xù)剛構(gòu)橋;懸臂施工法;施工監(jiān)測(cè);仿真分析

中圖分類(lèi)號(hào)： U448.23 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）30-56-2

0 ?引言

連續(xù)剛構(gòu)橋是現(xiàn)代橋梁建筑常見(jiàn)形式之一，具有T形剛性橋的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代連續(xù)剛構(gòu)橋施工中，懸臂施工法是最常見(jiàn)的方式之一，形式靈活、適用性強(qiáng)。但由于使用懸臂進(jìn)行施工，相應(yīng)增大了連續(xù)剛構(gòu)橋的跨度，導(dǎo)致懸臂施工風(fēng)險(xiǎn)上升。因此，在實(shí)際施工時(shí)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，并通過(guò)仿真分析，了解橋梁建設(shè)過(guò)程中各組分的形變和受力情況，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工的施工檢測(cè)和仿真分析工作，內(nèi)容涉及較多，且對(duì)工作準(zhǔn)確性要求較高。因此，相關(guān)人員應(yīng)不斷完善該部分內(nèi)容，以促進(jìn)橋建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 ?連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工參數(shù)識(shí)別及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分析

1.1 控制參數(shù)識(shí)別

橋梁結(jié)構(gòu)形狀和內(nèi)力會(huì)隨著設(shè)計(jì)參數(shù)變化而發(fā)生變化，因此在實(shí)際施工過(guò)程中，工作人員必須注意設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和修正工作。不同的設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)產(chǎn)生不同的影響，連續(xù)剛構(gòu)橋施工相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)可大致分為以下5類(lèi)內(nèi)容：①截面特征參數(shù)，包括橋梁抗彎慣性矩、截面面積等內(nèi)容;②幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括線性、高跨比、跨徑等內(nèi)容，此類(lèi)參數(shù)是橋梁結(jié)構(gòu)最初狀態(tài)和初始形狀的表征;③荷載參數(shù)，主要包括預(yù)加力、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、以及施工臨時(shí)荷載等內(nèi)容;④時(shí)間相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，主要包括混凝土齡期、溫度或收縮徐變等參數(shù)，此類(lèi)參數(shù)數(shù)值往往會(huì)隨著時(shí)間因素變化而變化;⑤橋梁材料參數(shù)，主要包括橋梁剪切模量及材料彈性模量?jī)煞矫鎯?nèi)容。這五類(lèi)參數(shù)對(duì)應(yīng)橋梁施工的不同控制內(nèi)容，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響也具有明顯的差異性，因此工作人員應(yīng)嚴(yán)格控制對(duì)參數(shù)的辨別及修正工作。識(shí)別設(shè)計(jì)參數(shù)的方法主要分為兩種：其一是借助橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析識(shí)別;其二是借助現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別。

1.2 針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工的施工監(jiān)控具體內(nèi)容分析

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嵤┦┕けO(jiān)測(cè)的根本目的在于為橋梁施工控制提供能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀況的技術(shù)信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為達(dá)到這一目的，施工監(jiān)測(cè)應(yīng)全面覆蓋懸臂施工所有操作內(nèi)容，在任意節(jié)段混凝土、掛籃行走及張拉預(yù)應(yīng)力操作前后，均需對(duì)其應(yīng)力變化和撓度進(jìn)行檢測(cè)，從未為修改橋梁建設(shè)施工狀態(tài)提供準(zhǔn)確、有效的修改依據(jù)，其主要工作內(nèi)容有以下幾點(diǎn)。

①撓度監(jiān)測(cè)。撓度監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容主要包括對(duì)懸臂施工箱梁進(jìn)行撓度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用精密水準(zhǔn)儀、全站儀以及水準(zhǔn)尺等設(shè)備，通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量相關(guān)方法，定期對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以獲取實(shí)時(shí)懸臂施工箱梁撓度信息。

②應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)。應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)工作主要是指，通過(guò)在箱梁板內(nèi)部安裝的應(yīng)力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁各處施工、結(jié)果的影響變化。應(yīng)力計(jì)的預(yù)埋工作常在混凝土澆筑前的鋼筋骨架綁扎階段完成。應(yīng)力計(jì)的種類(lèi)、量程等標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用要求決定，但在正式埋設(shè)前所有應(yīng)力計(jì)均需拿到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)定，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

③橋梁建筑材料力學(xué)性能監(jiān)測(cè)。橋梁建筑材料力學(xué)性能監(jiān)測(cè)內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜，其數(shù)據(jù)來(lái)源可分為以下幾方面：橋梁主梁強(qiáng)度等級(jí)以及橋墩混凝土密度等信息，由施工單位相關(guān)實(shí)驗(yàn)室提供;棱柱體強(qiáng)度、徐變參數(shù)、彈性模量等數(shù)據(jù)，由相關(guān)材料檢驗(yàn)結(jié)果報(bào)告提供。

④橋梁施工其他內(nèi)容監(jiān)測(cè)。除以上幾點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容外，還有張拉力、預(yù)應(yīng)力、立模高程等內(nèi)容需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.3 施工監(jiān)測(cè)實(shí)際控制方法分析

施工監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，在實(shí)際操作過(guò)程中工作人員，可從以下幾個(gè)方面入手操作：①撓度以及施工高程的精密測(cè)量，應(yīng)在橋梁懸臂施工過(guò)程中進(jìn)行;②施工人員在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉過(guò)程中，應(yīng)就相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容與設(shè)計(jì)人員保持溝通，以便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行延伸量核對(duì)工作，并影響驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力相關(guān)參數(shù)是否符合準(zhǔn)確性要求;③橋梁懸臂施工操作應(yīng)遵照平衡對(duì)稱(chēng)的施工原則進(jìn)行，工作人員應(yīng)著重注意兩懸臂的載荷平衡問(wèn)題;④懸臂施工段除必要的施工機(jī)具外，嚴(yán)禁堆放任何材料或物品，以避免出現(xiàn)不平衡載荷，進(jìn)而造成撓度偏差問(wèn)題。

2 ?連續(xù)剛構(gòu)橋仿真分析應(yīng)用概述

2.1 橋梁仿真分析計(jì)算模型的建立要點(diǎn)分析

建立相應(yīng)的計(jì)算模型是實(shí)現(xiàn)施工控制目標(biāo)的基礎(chǔ)，只有具備計(jì)算模型，才能計(jì)算橋梁施工相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而確定橋梁各階段施工的受力理想狀態(tài)，進(jìn)而控制橋梁實(shí)際施工行為。

在建立橋梁計(jì)算模型時(shí)，工作人員需對(duì)橋梁施工階段進(jìn)行科學(xué)劃分。針對(duì)懸臂澆筑施工和懸臂拼裝施工，施工階段的劃分標(biāo)注存在較為明顯的差異性。以懸臂澆筑施工法為例，施工階段的劃分應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支撐、臨時(shí)施工約束等因素，合理劃分施工階段，嚴(yán)格控制仿真分析與實(shí)際施工的一致性。

2.2 計(jì)算分析各施工階段箱梁應(yīng)力狀態(tài)信息

當(dāng)仿真分析相關(guān)計(jì)算模型建立完成之后，工作人員就可以依據(jù)施工節(jié)段的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)計(jì)算出箱梁應(yīng)力在不同施工節(jié)段的狀態(tài)，并將計(jì)算數(shù)據(jù)加以總結(jié)和歸納，以供實(shí)際施工休整參考。橋梁施工荷載主要包括混凝土收縮徐變、施工荷載等內(nèi)容。

通過(guò)仿真計(jì)算，就能直觀地觀察到在不同的施工節(jié)段對(duì)箱梁應(yīng)力影響較大的荷載信息。荷載信息具體包括荷載種類(lèi)、作用次數(shù)、作用方向、作用影響等內(nèi)容，工作人員可通過(guò)這些信息及時(shí)調(diào)整實(shí)際施工操作，以提高施工的安全性和施工效率。

2.3 懸臂施工撓度相關(guān)計(jì)算和控制內(nèi)容分析

施工撓度相關(guān)計(jì)算和控制，是懸臂施工監(jiān)控工作中的難點(diǎn)內(nèi)容，不僅計(jì)算困難，且影響因素眾多。一般來(lái)說(shuō)，工作人員需充分利用有限的元程序，綜合懸臂在不同施工階段的實(shí)際受力狀態(tài)信息、預(yù)加力影響信息、橋梁混凝土實(shí)際收縮徐變影響信息、環(huán)境溫度變化信息、以及橋梁支座沉降變化信息等內(nèi)容，進(jìn)行懸臂施工的撓度計(jì)算。其中橋梁混凝土實(shí)際收縮徐變影響信息，包含了各個(gè)施工階段的混凝土應(yīng)力變化情況;在預(yù)應(yīng)力損失的相關(guān)計(jì)算中，需針對(duì)每一截面中的所有鋼束進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。工作人員通過(guò)計(jì)算可得出懸臂軸力、彎矩曲線等信息，以及極限轉(zhuǎn)臺(tái)箱梁壓力狀態(tài)信息等。通過(guò)這些分析、計(jì)算信息，可綜合分析懸臂施工撓度的變化狀態(tài)，進(jìn)而辨別其變化合理性。

3 ?計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析工作概述

通過(guò)計(jì)算得出施工狀態(tài)信息及計(jì)算數(shù)據(jù)后，工作人員應(yīng)及時(shí)與施工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，已驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，仿真分析計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)普遍存在一定的偏差，但施工分析結(jié)論常具有準(zhǔn)確性和代表性，工作人員應(yīng)從施工分析結(jié)構(gòu)入手，對(duì)橋梁懸臂施工進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，以促進(jìn)連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工順利、安全地進(jìn)行。

4 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，施工監(jiān)測(cè)和仿真分析可為橋梁施工控制提供相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和施工數(shù)據(jù)。通過(guò)分析橋梁應(yīng)力變化和懸臂撓度變化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁施工狀態(tài)的預(yù)測(cè)控制，保障橋梁施工的安全行、可靠性，并有效控制橋梁變形、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)符合橋梁設(shè)計(jì)要求，從而促進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的進(jìn)一步發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李致.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)應(yīng)用[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[2] 岳樹(shù)東.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[3] 張志林，袁俊桃，王衛(wèi)鋒，等.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)測(cè)仿真分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010（29）.

[4] 雷俊卿，王楠.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)測(cè)與仿真分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2006（02）.

[5] 吳杰.大跨懸臂澆注預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控[D].北京工業(yè)大學(xué)，2012.