大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)—連續(xù)箱梁橋的施工監(jiān)控

郭永國(guó) 譚瑞梅

摘 要：現(xiàn)代橋梁朝著大跨徑的方向發(fā)展，尤其預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁級(jí)連續(xù)剛構(gòu)橋，隨著跨徑的增大，橋梁整個(gè)施工過程中的不安全因素也增多。為確保成橋后的橋面線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證整個(gè)施工過程安全，對(duì)其進(jìn)行施工監(jiān)控十分有必要的。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工過程模擬，實(shí)際施工中對(duì)主梁的變形及控制截面應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證這兩項(xiàng)指標(biāo)在允許誤差范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)；監(jiān)控；線形；內(nèi)力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.108

1 工程概況

某特大橋主橋?yàn)椋?6+120+2×138+120+66）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，全長(zhǎng)648m，截面形式為單箱單室。底板厚度及梁高按照1.8次拋物線進(jìn)行變化，120m跨的主梁高度由跨中3.1m變化到端部7.0m；138m跨梁（中間跨）主梁高度由跨中3.1m變化到端部的8.0m；兩側(cè)懸臂為2×2.8m，懸臂板根部厚度為80cm；底板寬6.0m，頂板寬度11.6m，橋面設(shè)置坡度為2%的單向超高橫坡；腹板的厚度包括40cm、60cm及90cm三種，中間設(shè)置變截面過渡段。

主橋采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工，15號(hào)墩和19號(hào)墩先采用臨時(shí)固結(jié)，然后進(jìn)行懸臂澆筑，16墩～18墩為剛構(gòu)直接懸臂澆筑；次邊跨合龍后，應(yīng)解除15、19號(hào)墩的臨時(shí)約束；在主墩墩頂及托架上現(xiàn)澆完成各個(gè)“T”構(gòu)的0、1號(hào)塊主梁，其他各塊采用懸臂掛籃施工。主橋合龍的順序?yàn)橄冗吙?、再次邊跨、最后中跨；邊跨、次邊跨合龍段采用安裝勁性骨架，懸臂端配重，采用掛籃進(jìn)行澆筑施工；中跨合龍段，先對(duì)梁端進(jìn)行頂推，安裝勁性骨架，懸臂端進(jìn)行配重，同樣采用掛籃進(jìn)行澆筑施工。為確保成橋后的橋面線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證整個(gè)施工過程安全，對(duì)其進(jìn)行施工監(jiān)控十分有必要的。

2 施工監(jiān)控方法

橋梁施工監(jiān)控方法現(xiàn)普遍采用的主要有3種：開環(huán)控制、反饋控制及自適應(yīng)控制。經(jīng)過分析本橋的實(shí)際情況，經(jīng)過論證認(rèn)為宜采取自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)方法的原理是當(dāng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)存在誤差時(shí)，分析誤差的來(lái)源，將誤差重新輸入到計(jì)算模型中，并調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，最終得到的模型結(jié)果與實(shí)際一致。再考慮誤差修正，優(yōu)化模型，重新計(jì)算后續(xù)每一個(gè)施工階段的狀態(tài)。經(jīng)過多次的反復(fù)修正調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果一致，從而達(dá)到對(duì)施工后續(xù)過程的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與控制。

橋梁監(jiān)控就是在施工→監(jiān)測(cè)→識(shí)別→調(diào)整→預(yù)告→施工的循環(huán)過程中不斷地調(diào)節(jié)使實(shí)際情況按照計(jì)算狀態(tài)推進(jìn)，而在實(shí)際操作過程中難免會(huì)存在一定的誤差。施工監(jiān)控主要任務(wù)為首先對(duì)各種參數(shù)誤差進(jìn)行分析、識(shí)別和調(diào)整，然后對(duì)結(jié)構(gòu)后續(xù)施工作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，最終使成橋后的結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。

3 有限元模型的建立

在對(duì)某特大橋各施工階段實(shí)施控制時(shí)，采用有限元程序軟件MidasCivil，將其簡(jiǎn)化為空間三維梁?jiǎn)卧髁簽?80個(gè)單元，橋墩為32個(gè)單元。0號(hào)塊和1號(hào)塊在墩頂及托架上澆筑，其余梁段的懸澆筑過程分為三個(gè)階段：前移掛籃澆筑混凝土張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。在有限元模型仿真分析中，整個(gè)橋梁施工過程劃分為65個(gè)施工階段，能夠準(zhǔn)確模擬各個(gè)施工階段中施工荷載、邊界條件等因素的影響。

4 主梁線形控制

主梁線形控制中采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)主梁設(shè)置的控制點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)整理測(cè)試結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)主梁線形的控制，按照確定的觀測(cè)頻率（掛籃前移、梁段澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉后），分3個(gè)周期對(duì)箱梁梁頂預(yù)埋的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量宜應(yīng)選在溫度、氣候變化相對(duì)較小的時(shí)間段進(jìn)行，工作時(shí)間盡量縮短，避免了日照溫差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，時(shí)間宜選擇日出前后。

4.1 測(cè)點(diǎn)布置

在離已澆梁塊前端的10cm處布置主梁標(biāo)高控制點(diǎn)，采用直徑20mm的鋼筋，并與主梁頂板鋼筋網(wǎng)的上層鋼筋豎直焊牢，露出混凝土表面2cm，磨平頂頭并用紅色油漆涂記。

主梁標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置示意圖如下，圖中的尺寸均為厘米，圖中▽、●符號(hào)表示標(biāo)高測(cè)點(diǎn)位置，每梁段兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)和腹板外緣在同一豎直面上。

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

在主梁各個(gè)懸臂施工階段過程中，需對(duì)主橋T構(gòu)的控制點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。通過分析對(duì)比實(shí)測(cè)值和理論值的偏差，不斷地校核調(diào)整后續(xù)施工階段的立模標(biāo)高，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)線形進(jìn)行有效控制。

主梁在每次合攏前都要對(duì)整個(gè)主梁梁段控制點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)測(cè)，并與理論值對(duì)比分析。各跨合龍前兩側(cè)梁端的底模標(biāo)高實(shí)測(cè)值與理論標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比，見下表。

從上表的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，結(jié)構(gòu)線形控制效果良好；主橋合龍前，邊跨合龍段兩側(cè)梁端的相對(duì)高差最大值為10mm，次邊跨合龍段兩側(cè)梁端的相對(duì)高差最大值為6mm，中跨合龍段兩側(cè)梁端的相對(duì)高差最大值為7mm；成橋后的橋面線形平順，與理論線形基本保持一致。

5 主梁應(yīng)力控制

本橋施工周期較長(zhǎng)，監(jiān)控中應(yīng)考慮傳感器的耐久性并能保證測(cè)試精度，選用具有溫度誤差小、性能穩(wěn)定、靈敏度高、并適合長(zhǎng)期觀測(cè)等特點(diǎn)的振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)及配套的讀數(shù)儀進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

混凝土澆筑強(qiáng)度形成過程中收縮變形較大，應(yīng)力測(cè)量應(yīng)安排在混凝土完成收縮變形較小的階段進(jìn)行，在澆筑完成48小時(shí)后的夜間或清晨（日出之前）時(shí)間段完成應(yīng)力初始值的測(cè)量；0號(hào)塊和1號(hào)塊梁段由于體積過大，澆筑混凝土后，需進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)觀測(cè)；預(yù)應(yīng)力束張拉后的測(cè)試應(yīng)該在張拉完成后的8小時(shí)完成，此時(shí)預(yù)應(yīng)力已經(jīng)施加到整個(gè)結(jié)構(gòu)上。

5.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)本橋受力特點(diǎn)，在主橋上部結(jié)構(gòu)布置20個(gè)控制斷面，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)一共190個(gè)，應(yīng)力控制斷面選取在空心薄壁墩根部、主梁根部、1/4跨，其中主梁根部截面在懸臂澆筑過程中處于最不利受力狀態(tài)，監(jiān)測(cè)過程中需進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注；應(yīng)力控制斷面和測(cè)點(diǎn)布置見下圖。

5.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

在各個(gè)施工階段過程中，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，控制斷面的各點(diǎn)應(yīng)力變化均勻。施工階段過程中，個(gè)別應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比理論值略大，整體變化趨勢(shì)一致。橋梁在施工過程中誤差較小，控制斷面應(yīng)力實(shí)測(cè)值接近理論值，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)安全、施工質(zhì)量可靠。

因主梁控制斷面測(cè)點(diǎn)較多，只對(duì)部分測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)和理論值進(jìn)行比較，見下圖，圖中正值為壓應(yīng)力，負(fù)值為拉應(yīng)力。

6 結(jié)論

（1）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行施工監(jiān)控時(shí)，需根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)，建立更加細(xì)化的計(jì)算模型，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整誤差，保證與最終成橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)相吻合。施工階段的劃分和計(jì)算參數(shù)的選用，應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)情況相結(jié)合。

（2）在主橋合龍之前，合龍段兩側(cè)梁端的相對(duì)高差最大值為10mm，成橋后的橋面中軸線高差在20mm以內(nèi)，均符合設(shè)計(jì)要求。

（3）經(jīng)過對(duì)比分析，各個(gè)施工階段過程中，控制斷面的主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化均勻，個(gè)別應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比理論值略大，但整體變化趨勢(shì)一致，表明該橋在施工過程中安全可靠。

（4）成橋后結(jié)構(gòu)線形與理論線形較為吻合；內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求；表明本橋采用的監(jiān)控分析方法及理論計(jì)算合理、可靠，達(dá)到監(jiān)控目的和要求。

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