分析大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工控制技術(shù)

蔣磊

摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋于20世紀(jì)30年代出現(xiàn)，其具有變形小、剛度大、抗震能力強(qiáng)、受力性能好和外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，目前在大跨度范圍內(nèi)占有絕對優(yōu)勢。據(jù)此，文章結(jié)合某工程的實踐經(jīng)驗，探究大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的施工控制技術(shù)，目的是為了提高橋梁結(jié)構(gòu)施工的安全性。

關(guān)鍵詞：大跨度；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；施工控制

中圖分類號：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0150-02

Abstract： Prestressed concrete continuous beam bridge appeared in the 1930s. It has many advantages， such as small deformation， large stiffness， strong anti-seismic capacity， good mechanical performance and beautiful appearance and so on. At present， it has an absolute advantage in the large span range. Based on the practical experience of a certain project， this paper probes into the construction control technology of the long-span prestressed concrete continuous beam， in order to improve the safety of the bridge structure construction.

Keywords： large span； prestressed concrete continuous beam； construction control

1 工程概況

某橋梁工程長1026.66m，主要由引道、引橋和主橋組成，其中引道寬41m，橋梁寬40m，設(shè)計車速60km/h，地震基本烈度7度，設(shè)計基準(zhǔn)期100年。該橋梁工程的主橋采用了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑47+80+116+80+47m。主橋的豎曲線半徑設(shè)為10km，其包含了上、下行橋，橋面寬40m。為了全面把控橋梁工程的整個施工過程，保證成橋狀態(tài)與設(shè)計規(guī)定相符，常用預(yù)測控制法、自適應(yīng)控制法或線形回歸分析法來對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行線形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制和安全控制。其中，預(yù)測控制法是先預(yù)測每一施工階段，再綜合考慮整個施工過程的可能性因素，同時為了控制實際狀態(tài)與預(yù)測狀態(tài)的誤差，要求在下一階段預(yù)測上一階段誤差的影響；自適應(yīng)控制法是在下一階段的結(jié)構(gòu)分析中輸入可能影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的誤差參數(shù)，并循環(huán)輸入，直至計算結(jié)果無限接近實測值，以保證計算模型的精確度；線形回歸分析法是對撓度與懸臂的長度、重量進(jìn)行一元線形回歸分析，從而得到撓度線形回歸數(shù)學(xué)模型。下文主要探討大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的線形控制與應(yīng)力控制。

2 線形控制

在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工中，橋梁結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)變形誤差，從而導(dǎo)致橋梁主體位置偏離設(shè)計位置，甚至影響合攏段的施工質(zhì)量和橋梁的美觀。為此，首先要求保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，并在這一條件下進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)線形控制，即：先算出主梁的每一塊段，再通過分析不同荷載時的撓度，得到每一控制點(diǎn)立模的標(biāo)高，最后再按立模標(biāo)高的誤差規(guī)定調(diào)整模板的高度。線形控制的關(guān)鍵點(diǎn)是撓度，即設(shè)置預(yù)拱度。

2.1 計算預(yù)拱度

預(yù)拱度是在施工中預(yù)留的、與位移反向的校正量，其目的是為了抵消不同荷載時橋梁結(jié)構(gòu)的撓度。在本文，采用了通用的空間有限元軟件（Midas/Civil）來計算施工中混凝土的自重、收縮、徐變和預(yù)應(yīng)力張拉荷載。

考慮到了短期彈性撓度與混凝土既有收縮、徐變的影響，得出按式（1）計算梁體的總撓度：

f施=（-fy+fg1+fs）·[1+？椎（t，？子）]式（1）

其中，fy表示預(yù)應(yīng)力損失在減去后引起的向上撓度；fg1表示梁段自重引起的向下?lián)隙?；fs表示由臨時施工荷載引起的向下?lián)隙?；？椎（t，？子）表示在齡期增加期間混凝土的徐變系數(shù)。

依據(jù)JTG D62-2004的規(guī)定，對于橋梁在長期荷載時的總預(yù)拱度fmax，要求在計算時考慮到由活載、二期荷載引起的撓度，即按式（2）進(jìn)行計算：

fmax=（-fy+fg1+fg2）·[1+？椎（∞，？子）]+1/2f？籽式（2）

其中，fg2表示由二期荷載引起的向下?lián)隙龋?？椎（∞，？子）表示混凝土的終極徐變系數(shù)；f？籽表示由靜活載引起的撓度。

經(jīng)計算，能夠得到不同荷載時主梁在施工期間的撓度，其中跨中預(yù)拱度的最大值約等于0.074m。

2.2 掛籃變形

橋梁主橋箱梁#2-15塊段的施工方案為“掛籃懸澆施

工+一次性整體澆注混凝土”。其中，掛籃主要由三組對應(yīng)設(shè)在箱梁腹板頂部的主桁組成，主桁間相隔5.15m。為了檢驗掛籃的撓度與承載力，要求開展掛籃加載試驗，即：模擬箱梁施工時掛籃的加載過程，分析并檢驗掛籃的彈性、非彈性變形，然后據(jù)此控制模板的預(yù)拱度和混凝土澆注流程，并判斷箱梁掛籃懸臂澆筑施工是否安全。

在安裝好掛籃后，先按設(shè)計和監(jiān)控的非定標(biāo)高拼裝掛籃底側(cè)模，再選擇砂袋試壓，而壓重荷載等于梁體自重荷載的120%。依此計算得到，掛籃堆載細(xì)砂重174.3t/只，則需91.78m3細(xì)砂，3486個編織袋（按50kg/個計）。然后，按預(yù)壓重量分步堆載預(yù)壓，即：先依次模擬箱梁腹板、空腔荷載加載，再依次按0、50%、100%和120%的順序加載，然后依次按120%、100%、50%和0的順序卸載。對于T構(gòu)端部的掛籃，要求對稱加載，期間每加載一級測量一次變形值，并在滿載后，每8h、24h測量一次變形值。

2.3 確定立模標(biāo)高

在大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁懸臂澆筑施工中，確定每一施工階段的立模標(biāo)高是保證成橋線形的前提條件。其中，立模標(biāo)高是設(shè)計標(biāo)高和不同荷載時的預(yù)拱度反向上撓得到，其中設(shè)計標(biāo)高一般由設(shè)計院提供。根據(jù)立模標(biāo)高，便可有效監(jiān)控施工中主橋的標(biāo)高。由于設(shè)計標(biāo)高包含了鋪裝層的標(biāo)高，故需在立模標(biāo)高計算時扣除厚18cm的鋪裝層。由于橋面左、右幅的橫向呈1.5%的橫坡，故需在計算左幅兩側(cè)控制點(diǎn)的標(biāo)高時扣除控制點(diǎn)的距離。

2.4 布設(shè)測點(diǎn)、觀測

設(shè)計要求在每一斷面上分布布設(shè)2個標(biāo)高測點(diǎn)，且其橫向位置與懸臂邊緣相距2.0m，從而實現(xiàn)對懸臂澆筑施工中的每一塊箱梁進(jìn)行撓度監(jiān)測，見圖1。

通常來講，標(biāo)高測點(diǎn)由？椎16mm及以上的鋼棒制成，且其頂部冒過箱梁混凝土頂面約3cm。在懸臂施工橋梁中，測點(diǎn)埋設(shè)位置與塊件的前端相距10cm，且既要保證測點(diǎn)在定位后不會與模板發(fā)生相對位移，又要保證在整個營運(yùn)期間標(biāo)高測點(diǎn)可長期用于觀測，其中選澆階段的高程觀測以0-1階段的高程測點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。通常來講，每一塊件施工結(jié)束后都需要進(jìn)行主梁標(biāo)高測量。由于日照溫差、晝夜溫差等溫度因素會影響到梁體撓度，并使主梁產(chǎn)生撓曲變形，故要求將主梁標(biāo)高測量時間安排在日出前完成，其中空模狀態(tài)的標(biāo)高測量尤其應(yīng)防范溫差的影響。通常來講，可按橋體結(jié)構(gòu)上觀測標(biāo)高，從而解決了溫度撓度影響主梁結(jié)構(gòu)的問題。據(jù)此，最好按“掛籃行走后、澆筑混凝土前→混凝土澆筑后→預(yù)應(yīng)力張拉后”的順序進(jìn)行施工觀測。

3 應(yīng)力控制

在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工中，按設(shè)計要求控制主梁應(yīng)力是梁體結(jié)構(gòu)后續(xù)施工的前提條件，可見應(yīng)力控制的意義非常重要。下文簡要探究大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的應(yīng)力控制要點(diǎn)。

3.1 應(yīng)力的監(jiān)控、監(jiān)測

研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土是一種復(fù)雜的、非均勻性的材料，故在施工工序、結(jié)構(gòu)模型材料等的影響下，很難保證結(jié)構(gòu)分析模型的應(yīng)力完全與設(shè)計應(yīng)力吻合。為此，通過使用高性能的傳感元件，并進(jìn)行測試和分析、處理誤差，以使結(jié)構(gòu)的測試應(yīng)力與其真實狀態(tài)無限接近，從而獲得結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的應(yīng)力狀態(tài)和保證梁體在整個施工中的安全性?？傮w來講，應(yīng)力監(jiān)測的流程為：標(biāo)定傳感器→在結(jié)構(gòu)中預(yù)埋傳感器、記錄初始值→施工測量→比對分析實測值與理論值、做出施工決策→箱梁節(jié)段施工。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測布設(shè)

按照“經(jīng)濟(jì)性、滿足監(jiān)測要求”的原則，將主梁大彎矩的主跨跨中、邊跨跨中和支點(diǎn)截面選作監(jiān)測斷面，其中#8、9蹲支點(diǎn)截面的應(yīng)變計設(shè)在#0與1塊件的間隔區(qū)間，中跨合攏段設(shè)在跨中#16的中間，邊跨現(xiàn)澆段設(shè)在#29與30的中間，以減輕墩頂隔橫板周圍復(fù)雜受力的不良影響。在混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉和臨時支座拆除等工況下，要求嚴(yán)格測量和分析懸臂梁的應(yīng)變，以保證主梁安全受力。為了提高觀測結(jié)果的精準(zhǔn)度，要求在埋設(shè)應(yīng)變計時，將其與定位鋼筋焊接在一起。在案例工程中，選擇了弦振式應(yīng)變計測量橋梁應(yīng)變，并選擇了配套的讀數(shù)儀讀取應(yīng)變值。資料顯示，弦振式應(yīng)變計的精度<1.0με，量程為3000με，且其具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可在寒冷的環(huán)境下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可用于長期觀測和對測點(diǎn)的溫度、應(yīng)變進(jìn)行同步監(jiān)測。但在實際應(yīng)用中，要求注意以下要點(diǎn)：第一，在投入使用前，用水浸泡6h以上；第二，按照施工現(xiàn)場的客觀實際，適當(dāng)調(diào)整現(xiàn)澆段應(yīng)變計實際的預(yù)埋位置，并在底板底層、頂板頂層的鋼筋網(wǎng)下側(cè)固定好傳感器，且最好布設(shè)在主筋的下放，從而防止混凝土振搗作業(yè)損壞傳感器；第三，安排專業(yè)的技術(shù)人員調(diào)試應(yīng)變計的性能；第四，設(shè)法保護(hù)懸澆梁上布設(shè)的應(yīng)變計的導(dǎo)線，以實現(xiàn)在成橋后檢測橋梁的受力。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工實踐，探討了其線形控制與應(yīng)力控制。經(jīng)研究，得出了以下結(jié)論：（1）仿真分析發(fā)現(xiàn)，主梁的施工控制效果良好，且梁底、橋面高程誤差都與設(shè)計要求相符。（2）對比分析發(fā)現(xiàn)，主橋的線形控制與應(yīng)力控制效果良好，且未出現(xiàn)施工裂縫，說明本文談及的施工控制方法具有很高的應(yīng)用價值。（3）鑒于梁體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移會受到施工工序的影響，所以要求施工方嚴(yán)控懸臂梁兩側(cè)對稱澆筑的施工進(jìn)度，以保證每一施工環(huán)節(jié)都與設(shè)計要求相符，同時為了控制預(yù)應(yīng)力的損失量，要求按設(shè)計要求控制預(yù)應(yīng)力的張拉和持荷時間。（4）鑒于殘余溫差、晝夜溫差和日照溫差等溫度因素會影響到梁體結(jié)構(gòu)，其中以模板標(biāo)高尤甚，故盡量將測量時間安排在日出前。

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