結(jié)合施工控制進行大跨度斜拉橋設(shè)計優(yōu)化

陳 湛 榮

(佛山市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 佛山 528000)

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結(jié)合施工控制進行大跨度斜拉橋設(shè)計優(yōu)化

陳 湛 榮

(佛山市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 佛山 528000)

以佛山石灣特大橋主橋為例，介紹了矮塔單索面混凝土斜拉橋的施工控制措施，并對該橋進行了全過程設(shè)計跟蹤，探討了此類橋型在設(shè)計中的注意事項，為以后同類橋型設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)。

斜拉橋，箱形梁，有限元法，彈性模量

1 工程背景

該工程是325國道改線段的重要組成部分。采用一級公路兼城市快速路功能設(shè)計，石灣特大橋主橋跨徑布置為90.5 m+150 m+90.5 m，全長331 m。橫向布置為0.5 m(防撞護欄)+14.25 m(行車道)+4 m(中央分隔帶)+14.25 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)，全寬33.5 m，雙向八車道，設(shè)計車速：80 km/h，橋梁設(shè)計荷載：公路—Ⅰ級，抗震設(shè)防烈度：7度，截面為單箱三室變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。主橋采用懸臂澆筑法施工，采用墩梁臨時固結(jié)措施。主橋橋型布置見圖1。

2 施工控制方法

該橋采用自適應(yīng)控制方法進行施工控制，當(dāng)現(xiàn)場施工的橋梁結(jié)構(gòu)與仿真計算模型的理論結(jié)果有差異時，先通過參數(shù)識別理論，識別出誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的理論結(jié)果與現(xiàn)場測量結(jié)果一致，以此模型重新計算各施工階段節(jié)段的理想狀態(tài)。經(jīng)過反復(fù)識別后的仿真模型就是用于指導(dǎo)施工的有效計算模型，從而對施工過程進行有效的指導(dǎo)。

3 有限元計算模型

施工控制初期，必須對石灣特大橋各施工階段進行內(nèi)力、應(yīng)力和變形的計算，施工控制的初始數(shù)據(jù)就是從初始仿真計算模型中整理所得。該橋分別用MIDAS/CIVIL、橋梁博士兩套梁單元計算程序、MIDAS/FEA實體單元計算程序進行仿真分析，并對三向預(yù)應(yīng)鋼筋的作用進行了局部計算。計算模型見圖2。

4 立模標(biāo)高的計算

混凝土懸澆梁橋施工控制數(shù)據(jù)中，立模標(biāo)高的確定是主要的環(huán)節(jié)。從仿真模型中提取出施工預(yù)拱度，經(jīng)過參數(shù)識別后，得出與實際吻合的施工預(yù)拱度，此施工預(yù)拱度就構(gòu)成了理論預(yù)拱度的重要組成部分。理論預(yù)拱度由施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度兩部分組成。其中施工預(yù)拱度主要是懸澆梁節(jié)段累計位移的反拱；成橋預(yù)拱度包括活載及運營階段收縮徐變等引起位移的反拱。

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其中，向下變形取正值，向上變形取負值。f立為立模標(biāo)高；f設(shè)為設(shè)計標(biāo)高；f累計為梁段自身及后續(xù)梁段施工對該節(jié)段高程引起的累計位移；f掛為掛籃引起的位移，包括掛籃自重和掛籃彈性變形引起的位移量，若支架施工，則為支架變形量；f二為二期恒載引起的位移；f收徐10為混凝土收縮徐變引起的位移，按10年計算；f收徐為施工節(jié)段收縮徐變引起的位移；f活為活載引起的位移；f預(yù)為張拉預(yù)應(yīng)力引起的位移；f斜為張拉斜拉索引起的位移。除此以外，若日照溫差較大，且需要在烈日下進行立模操作，則必須計入日照溫差的影響。

5 索力張拉控制

在施工階段，索力張拉以控制標(biāo)高、線形為主，兼顧應(yīng)力。佛山石灣特大橋斜拉索采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采取獨根張拉鋼絞線的方式，給施工、監(jiān)控及索力的采集帶來了不少困難。對此，除配合施工單位控制單根鋼絞線的錨下應(yīng)力外，同時通過索力動測儀測試斜拉索的頻率，以雙控的方法盡可能達到設(shè)計所期望的索力值。石灣特大橋主橋施工控制過程中，斜拉索索力均能控制在5%以內(nèi)。

6 溫度變化對標(biāo)高的影響

施工監(jiān)控前期，將根據(jù)以往橋梁監(jiān)控的經(jīng)驗預(yù)估溫差對標(biāo)高的影響值，后期將對石灣特大橋進行連續(xù)的標(biāo)高監(jiān)測，捕獲到日照溫差對石灣特大橋的影響量值，以指導(dǎo)石灣特大橋后續(xù)的施工以及為日后其他類似橋梁的設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)。表1及圖3為標(biāo)高隨著一天的時間、溫度的變化情況。

表1 最大懸臂狀態(tài)下主梁溫度—高程測量數(shù)據(jù)表

從表1，圖3可以看出，當(dāng)懸臂階段較大時，日照溫差對主梁變形較大，以石灣特大橋主橋為例，最大懸臂階段，日照溫差引起主梁梁端變形量達2 cm。

7 參數(shù)識別

施工過程中，較多設(shè)計參數(shù)與理論值存在差異，此種差異是引起施工誤差的主要因素之一。因此，施工控制中，通過測量數(shù)據(jù)的收集，以此作為參數(shù)識別的數(shù)據(jù)支撐，識別出來較真實的參數(shù)后，對初始仿真計算模型進行修正，使實際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理論仿真計算相吻合，以此指導(dǎo)施工。通過現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)可知，石灣特大橋上所用混凝土7 d彈性模量已經(jīng)超過理論彈性模量3.6×104MPa的水平，28 d彈性模量超過理論彈模約31%。由于彈模的增大，導(dǎo)致主梁實際剛度比理論剛度偏大，必然導(dǎo)致實際發(fā)生的主梁變形比理論值小。為了更好的控制主梁線形，根據(jù)主梁變形的測量數(shù)據(jù)及實驗彈性模量值進行參數(shù)識別，修改模型的計算參數(shù)。下面針對石灣特大橋施工至8號塊節(jié)段澆筑完畢，進行的參數(shù)識別進行舉例論述。將彈性模量增加1%，節(jié)段端部中軸線底板處的變形變化量見表2，表3。

表2 節(jié)段端部中軸線底板處的變形變化量 m

表3 節(jié)段實測標(biāo)高與理論標(biāo)高的差值 m

θ=(φTρφ)-1φTρY=

所以經(jīng)過參數(shù)識別可知，石灣特大橋在8號塊澆筑完成前后一段時間內(nèi)，計算模型中采用彈性模量為3.618×104MPa，可使得施工控制達到良好的效果。在后續(xù)懸澆梁的施工中，及時對仿真計算模型進行參數(shù)識別、修正，使得全橋控制效果良好。經(jīng)過參數(shù)識別及數(shù)據(jù)分析，石灣特大橋全橋施工過程，在計算型中采用彈性模量為3.618×104MPa，達到了很好的線形控制效果。

8 結(jié)語

石灣特大橋合龍效果非常好，邊跨合龍段和中跨合龍段的變形結(jié)果實測值與理論值基本一致，中跨合龍段合龍前高差僅9 mm，合龍精度較高，完全滿足規(guī)范的要求。各個節(jié)段控制點的梁底實際標(biāo)高值與預(yù)計的標(biāo)高基本一致，最大相差都在2 cm以內(nèi)。邊跨合龍段和中跨合龍段的應(yīng)力結(jié)果實測值跟理論值基本一致。合龍后通測橋底標(biāo)高誤差控制在2 cm以內(nèi)。各階段施工中斜拉索索力張拉比較到位，都控制在5%以內(nèi)，且全橋合龍后通過二次調(diào)索，使斜拉索索力滿足全橋合龍后斜拉索索力的設(shè)計要求。經(jīng)過對石灣特大橋主橋施工控制數(shù)據(jù)采集以及全過程設(shè)計模型優(yōu)化，取得了同類型矮塔單索面混凝土斜拉橋的大量數(shù)據(jù)，并結(jié)合以往相關(guān)橋梁的數(shù)據(jù)采集，得出以下一些對同類型橋梁的相關(guān)設(shè)計指導(dǎo)思想：

1)荷載、材料參數(shù)、截面尺寸等對斜拉橋的內(nèi)力效應(yīng)影響較明顯，在施工前盡可能的與施工單位落實實際荷載大小、模板型號、掛籃尺寸、混凝土容重、鋼材容重等參數(shù)，并對設(shè)計進行優(yōu)化；

2)在設(shè)計階段需考慮截面日照溫差對主梁變形的影響，提出對施工單位的要求；

3)對于某些較復(fù)雜的設(shè)計參數(shù)，例如彈性模量，需要根據(jù)施工階段的實測數(shù)據(jù)，利用參數(shù)識別理論進行參數(shù)識別，并對原設(shè)計模型中采用的理論參數(shù)進行優(yōu)化，以達到優(yōu)化設(shè)計的目的。

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The design optimization of long span cable-stayed bridge combining with construction control

Chen Zhanrong

(FoshanUrbanPlanningSurvey&DesignInstitute,Foshan528000,China)

Taking the Foshan Shiwan bridge as an example, this paper introduced the construction control measures of low tower single cable plane concrete cable-stayed bridge, and made whole process design tracking, discussed the precautions in this kind of bridge design, provided basis for future same type bridge design optimization.

cable-stayed bridge, box girder, finite element method, elastic modulus

1009-6825(2016)20-0187-02

2016-05-08

陳湛榮(1980- )，男，工程師

U448.27

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