懸臂澆筑連續(xù)鋼構(gòu)橋施工線形控制分析

樊祥樓

(廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

剛構(gòu)橋指橋墩和梁體相互結(jié)合的梁式橋。橋墩沉降會使整橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布產(chǎn)生嚴(yán)重變化，通常采用柔性墩的方法來適應(yīng)收縮徐變等因素的影響，但在眾多因素的影響下，容易出現(xiàn)線形不合理的問題，所以要采用有效方法做好線形控制。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制概述

在施工過程中，不同于合龍時(shí)僅實(shí)施一般鎖定(連續(xù)梁)，剛構(gòu)橋的合龍需要在合龍位置施加一定頂力，待合龍端張開滿足要求的尺寸后進(jìn)行鎖定，再開始混凝土澆筑，這樣能進(jìn)一步減少收縮徐變造成的影響。應(yīng)注意，合龍段所用混凝土的級別必須高于梁體，或采用具有補(bǔ)償收縮作用的特殊混凝土。此外，還應(yīng)重視并做好合龍段和與之相鄰節(jié)段的養(yǎng)護(hù)工作，以避免開裂[1]。

目前，很多連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嶋H運(yùn)營時(shí)都有跨中下?lián)吓c線形呈波浪狀變化等實(shí)際問題。產(chǎn)生這些問題的原因?yàn)轭A(yù)拱度不合理，所以必須重視并做好預(yù)拱度分析與設(shè)置。對于橋梁線形，主要有以下三種形式：(1)設(shè)計(jì)線形，工程設(shè)計(jì)提出的線形要求；(2)成橋線形，施工結(jié)束后形成的橋梁線形；(3)最終線形，收縮徐變保持穩(wěn)定以后的橋梁線形。若預(yù)拱度合理，則成橋狀態(tài)下的線形就等于設(shè)計(jì)線形與成橋時(shí)預(yù)拱度線形之和；此時(shí)，當(dāng)成橋預(yù)拱度滿足要求時(shí)，能使最終線形優(yōu)于設(shè)計(jì)線形?？梢?，線形控制的關(guān)鍵在于預(yù)拱度設(shè)置。因本次研究只考慮施工線形，所以僅對施工預(yù)拱度進(jìn)行合理設(shè)置即可。

2 連續(xù)鋼構(gòu)橋施工預(yù)拱度

2.1 自重及預(yù)應(yīng)力條件下的施工預(yù)拱度

對于結(jié)構(gòu)自重，其計(jì)入方法為該階段產(chǎn)生相應(yīng)的塊件后，先進(jìn)行澆筑施工的節(jié)段完成全部自動變形，對后續(xù)澆筑的階段不再造成影響；盡管合龍段使用和懸臂端完全不同的撓度算法，但在計(jì)入方法上卻是完全一致的，支持通式表達(dá)。而對預(yù)應(yīng)力作用而言，其計(jì)入方法為此次完成澆筑施工的梁段與后續(xù)澆筑的梁段在完成張拉以后使撓度受到的影響等效值?；诖?，對節(jié)段i而言，其自動預(yù)拱度可表示為：

(1)

而預(yù)應(yīng)力預(yù)拱度可表示為：

(2)

式中，1、2分別表示自動影響與預(yù)應(yīng)力影響。

2.2 二期恒載及體系轉(zhuǎn)換對應(yīng)的施工預(yù)拱度

體系轉(zhuǎn)換過程中，多用頂推及壓重兩種方法。當(dāng)進(jìn)行壓重時(shí)，和混凝土進(jìn)行等量置換的配重，伴隨合龍段不斷澆筑而卸除，在設(shè)置相應(yīng)的預(yù)拱度過程中，對其影響進(jìn)行剔除即可；而為對合龍段標(biāo)高進(jìn)行正確調(diào)整所設(shè)配重，需待合龍段混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到要求以后才可以卸載，由于它作用于不同的體系，所以在卸載前后使橋梁受到的影響無法抵消。

為對墩身受力予以改善，頂推法也有著較為廣泛的應(yīng)用[2]。因有一定預(yù)拱度存在，所以頂推力的施加會使主梁的所有截面都產(chǎn)生一定程度的豎向變形，此變形效應(yīng)在實(shí)際設(shè)置預(yù)拱度的過程中必須充分考慮。相比之下，二期恒載對應(yīng)的預(yù)拱度設(shè)置則簡單很多，直接加成到橋梁結(jié)構(gòu)之上，再將計(jì)算得出的撓度以反向形式設(shè)置即可滿足要求。

2.3 前期收縮徐變效應(yīng)帶來的影響

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范提出：如果需要對受彎構(gòu)件在施工過程中發(fā)生的變形進(jìn)行計(jì)算，則可在預(yù)應(yīng)力與自重等作用下引起的彈性變形基礎(chǔ)上乘以[1+φ(t，t0)]得出。所謂前期徐變效應(yīng)，實(shí)際上就是施工過程中產(chǎn)生的徐變。鑒于此，它能直接采用規(guī)范方法進(jìn)行計(jì)算。而對于收縮效應(yīng)，也需要根據(jù)規(guī)范的要求考慮其帶來的影響。

2.4 掛籃帶來的影響

至于掛籃帶來的影響，可將其分成兩個(gè)部分來進(jìn)行分析：(1)已完成澆筑的節(jié)段；(2)現(xiàn)澆節(jié)段。其中，已完成澆筑的節(jié)段，由于掛籃有一定自重，會使其出現(xiàn)彈性變形，但在拆除掛籃之后這一變形可以恢復(fù)，所以可不計(jì)其影響。同時(shí)，這一變形會影響到現(xiàn)澆節(jié)段，尤其是立模標(biāo)高，對該節(jié)段進(jìn)行預(yù)拱度合理設(shè)置，需要以剔除此影響為前提。另外，因這一節(jié)段的剛度仍沒有形成，掛籃承受幾乎全部自重，加之掛籃自身也有自重，會使掛籃出現(xiàn)撓曲變形，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生同樣的撓曲變形，這部分變形是無法恢復(fù)的。因此，也應(yīng)考慮此影響，具體數(shù)值需通過預(yù)壓試驗(yàn)來確定[3]。

2.5 溫度帶來的影響

采用分段法進(jìn)行連續(xù)剛構(gòu)橋施工時(shí)，所有線形實(shí)測結(jié)果都考慮了溫度帶來的影響。雖然可將測量時(shí)間選在溫度可保持穩(wěn)定的時(shí)段，但日照溫差方面的影響無法避免，而且情況也較為復(fù)雜。懸臂端澆筑受日照溫差因素的影響多根據(jù)不同階段進(jìn)行的溫度敏感性研究得出，即溫度和結(jié)構(gòu)變形之間關(guān)系曲線，以實(shí)際發(fā)生的溫度變化為依據(jù)完成插值計(jì)算，完成對結(jié)構(gòu)變形的有效修正。計(jì)入溫度因素影響時(shí)的立模標(biāo)高可表示為：

HTi=Hi+fTi

(1)

式(1)中，HTi——立模標(biāo)高；

fTi——修正值。

在實(shí)際施工中，為深入了解箱梁截面溫度與溫差具體分布及造成的影響，需在每個(gè)月中都選取具有一定代表性的特殊天氣實(shí)施全天候觀測，通過觀測掌握溫度實(shí)際變化規(guī)律，再以測量結(jié)果為依據(jù)完成溫度的修正[4]。

撓度受均勻溫度因素的影響主要和梁體溫度是否和設(shè)計(jì)確定的合龍溫度相符有關(guān)。在懸臂施工過程中，整體結(jié)構(gòu)屬于靜定體系，而在合龍之后變成超靜定體系，通過柔性薄壁墩的設(shè)置來適應(yīng)溫度造成的縱向變形，如果梁體的溫度和設(shè)計(jì)確定的合龍溫度相符，則必定產(chǎn)生由溫度帶來的約束變形。針對這種實(shí)際情況，在考慮由年溫差造成的結(jié)構(gòu)變形條件下，需以邊跨合龍為起始點(diǎn)，計(jì)入所有類型的影響。

2.6 墩身壓縮造成的影響

連續(xù)剛構(gòu)橋，尤其是跨徑較大的連續(xù)剛構(gòu)橋，其懸臂往往較長，無論是施工荷載還是懸臂梁體，都有極大的重量，此時(shí)若墩高也相對較高，則墩身會有很大壓縮量。在預(yù)拱度的設(shè)置過程中，同樣要予以考慮。

2.7 墩頂部轉(zhuǎn)角位移造成的影響

在對跨徑與墩身高度均較大的連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行分段施工時(shí)，尤其是施工于長懸臂中時(shí)，實(shí)際荷載往往難以完全對稱，而且墩身和主梁都是典型的壓彎構(gòu)件，具有顯著的非線性特征，易使墩頂部發(fā)生轉(zhuǎn)角及水平方向上的位移，直接影響長懸臂撓度，預(yù)拱度設(shè)置時(shí)應(yīng)予以考慮。

2.8 施工荷載造成的影響

對施工荷載而言，它實(shí)際上是臨時(shí)荷載的一種，在成橋后卸載。基于此，由這種荷載造成的彈性變形或墩頂部位移等均為加載和卸載過程，需要在立模標(biāo)高當(dāng)中予以完全剔除[5]。

3 結(jié)語

長期以來，對于連續(xù)剛構(gòu)橋的線形控制方法，有許多不同認(rèn)識和觀點(diǎn)，最具代表性的方法即為在跨中設(shè)置相對較大預(yù)拱度，其余點(diǎn)位按照二次拋物線進(jìn)行分配，但這種方法易造成線形不合理。為此，需將預(yù)拱度分成兩部分，即施工與成橋狀態(tài)中的預(yù)拱度，其中，施工預(yù)拱度必須根據(jù)施工時(shí)的模擬與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理設(shè)置，同時(shí)結(jié)合施工誤差理論予以有效調(diào)整。實(shí)踐表明，通過對施工預(yù)拱度的合格設(shè)置，能達(dá)到有效控制連續(xù)剛構(gòu)橋施工線形的目的。