高墩大跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁施工控制

宮大輝

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

1 引言

我國橋梁建設技術不斷發(fā)展，建設高度以及跨度不斷打破記錄。其中，連續(xù)剛構橋梁在連續(xù)梁橋的基礎上得到進一步發(fā)展，其T 形剛構體系除具備較為平緩的曲線之外，還確保了橋梁的整體性以及更大的結構剛度。在橋梁不斷朝向高墩大跨的方向發(fā)展時，薄壁高墩的結構備受青睞，相比于實心墩而言，薄壁高墩具有更大的柔度，受環(huán)境變化以及動荷載的影響較小，但其有較高的施工精度要求，因此其施工控制成為施工關鍵。

2 工程概況

龍?zhí)峨p線大橋橋址于 D1K463+626.900 ～D1K464+186.390，采用 2*72mT 構跨越 S305 省道及魚泉河，墩位為 0#、1#、2#，公路與鐵路線路小里程夾角為52 度。公路與連續(xù)梁底部高差35.5米，公路限高 5.5米，正寬 7米。

梁體截面為單箱單室、變高度、變截面箱梁，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，腹板按線性變化，底板按二次拋物線變化。全聯(lián)在端支點、中支點處設置橫隔板，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。

橋面寬度：防護墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m，橋梁寬12.6m，橋梁建筑總寬 12.9m。梁全長 145.5m，計算跨度為72+72m，中支點截面中心線處梁高8.035m，邊跨9.75m 直線段截面中心線處梁高4.235m；梁底下緣按二次拋物線變化。箱底寬6.7m，頂板厚 40cm，底板厚 42～90cm，腹板厚45-90cm，腹板按線性變化，底板厚度按二次拋物線變化。邊支座中心線至梁端0.75m，端支座橫向中心距為5.6m。

3 施工控制

3.1 測點布置

為便于后續(xù)的施工控制，選取如圖1 所示斷面作為縱向應力監(jiān)測截面，監(jiān)測圖中所示截面上下緣應力?，F(xiàn)場施工所受影響較大，包括有橋梁自身橫載以及施工活載等，因此實際施工時還需根據(jù)具體情況調(diào)整截面。采用振弦式應變計測量橋梁應變。

圖1 橋梁結構關鍵截面測點布置

3.2 施工階段劃分

該橋梁所采用的施工方法為懸臂澆筑法，橋梁施工工序為：

（1）橋梁下部結構的澆筑，包括有樁基礎承臺和墩身；

（2）澆筑 0# 塊和 1# 塊，并完成掛籃的安裝以及預應力鋼束的張拉；

（3）兩邊同時對稱懸臂澆筑，并完成相應預應力鋼束的張拉；

（4）平衡合攏段的配重，并完成合攏段的剛性連接，澆筑合攏段混凝土，同時拆除平衡重；

（5）待混凝土強度滿足要求后，進行中跨底板預應力鋼束的張拉；

（6）施工橋梁附屬設施。

3.3 有限元分析

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL 對該橋梁進行建模處理，在本次仿真計算中，將計算過程劃分為施工及使用兩個階段，橋梁施工階段共分為三個階段：橋墩，主梁以及二期恒載的施工。本文在進行施工控制時所建立的模型為灰色預測模型，模型建立時采用的是灰色系統(tǒng)理論，其預測過程如圖2 所示。

圖2 模型預測流程圖

鑒于篇幅所限，本文將直接給出結果。將橋梁施工時從預測模型所得到的預拱度值繪制如表1 所示。

表1 橋梁預拱度

從表1 中可知，橋梁在施工時的實測值與預測值在10# 時有大于6mm 的誤差，其余梁塊均小于5mm。在施工完橋梁的最大懸臂階段后，其兩端的高差約為4mm，符合規(guī)范要求，施工控制的目的達到。

4 溫度場效應的影響

當前高墩大跨預應力連續(xù)剛構橋在建設時，多遇到因溫度效應所導致的裂縫，隨著裂縫的不斷疊加，會不斷的加劇橋梁的變形，對其適用性造成影響。

4.1 主梁溫度敏感性分析

箱梁結構在不均勻光照下會產(chǎn)生不同的溫度分布情況，其中構件的內(nèi)部不同溫度會導致橋梁出現(xiàn)內(nèi)部約束應力，表現(xiàn)出受壓和受拉同時出現(xiàn)；應溫度不同導致結構出現(xiàn)不同的變形，但因外部限制從而產(chǎn)生外部約束應力。

橋梁在合攏之前所處的狀態(tài)為懸臂狀態(tài)，其結構在太陽的照射下會產(chǎn)生非線性的溫度分布，因橋梁此時屬于靜定結構，尚不會產(chǎn)生外部約束內(nèi)力，在其合攏之后結構體系轉(zhuǎn)換為多次超靜定結構，此時非線性的溫度應力會導致其出現(xiàn)內(nèi)外約束應力。

本文將對橋梁T 構在最大懸臂階段時各控制截面在溫度荷載作用下的應力及應變進行分析。

（1）對線形控制的影響

圖3 橋梁升溫變形示意圖

如圖3 所示，溫差作用下，最大懸臂階段下橋梁順橋向的變形僅具有較小的變化幅度，此時若不考慮溫差作用，橋梁橫橋向不會有變形出現(xiàn)，在考慮溫差作用后，會有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)在橋梁的橫橋向，其值隨著不斷接近跨中而表現(xiàn)出較大的變化，對軸線控制的影響較大；主梁豎向撓度存在較大變化，此時箱梁底板溫度較低，使橋梁梁體出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，其下?lián)铣淘趹冶鄱瞬窟_到最大值。因此為避免監(jiān)控數(shù)據(jù)受到溫差作用的影響，應盡量避免在高溫時間段進行監(jiān)控，監(jiān)控時間應選取在日出前。

（2）對應力控制的影響

圖4 箱梁頂板沿厚度方向測點溫度變化示意圖

如圖4 所示，橋梁結構整體在懸臂澆筑施工時處于靜定結構，此時的溫差作用僅會產(chǎn)生自應力，導致結構出現(xiàn)較大的變形，但不影響到結構應力。在0#塊處存在有局部超靜定，因此該處局部范圍內(nèi)有會應力變化，該處存在有0.3mpa 的最大應力變化，對主梁應力所造成的影響較小。但預應力混凝土連續(xù)剛構橋為超靜定結構，其結構內(nèi)部容易因年溫差的影響而有次內(nèi)力產(chǎn)生，在較大溫度條件下進行合攏時會導致其在降溫時出現(xiàn)較大的次內(nèi)力，而其與混凝土收縮相互疊加之后會導致次內(nèi)力變得更大。因此施工應避免在較大溫度變化的時期以及溫度較高的時期進行合攏。

4.2 高墩溫度敏感性分析

圖5 箱梁各測點平均溫度變化

（1）在陽光照射下，因混凝土結構不具有較好的導熱性會使得高墩結構出現(xiàn)內(nèi)外側(cè)溫度有所不同的情況，從而使其溫度在壁厚方向的分布存在差異，該種差異將會使其出現(xiàn)溫度應力。在該橋梁施工時，高墩向陽位置有1.5mpa 的最大拉應力，對高墩結構安全較不利；

（2）當墩壁向陽或背陽面出現(xiàn)溫差時，會導致其有溫度應力及不均勻應變出現(xiàn)。對于高墩結構而言，其容易因該種應力及應變的不斷積累而導致在墩頂位置有位移出現(xiàn)，對高墩結構穩(wěn)定性造成影響，此外，應力集中現(xiàn)象會使得高墩結構出現(xiàn)開裂。

從圖5 可知，因太陽直射時間在夏季時較長，溫度變化較大，因此墩結構具有較高的內(nèi)部平均溫度。而其背部因無太陽的照射而導致該位置的溫度較向陽處要小。墩外側(cè)的溫度容易受到環(huán)境影響，而其內(nèi)側(cè)溫度所受影響較小，因此在外界溫度較小時，橋墩出現(xiàn)內(nèi)部溫度較高而外部溫度較低的溫度表現(xiàn)。

溫差荷載的影響因素在主梁以及橋墩處均相同。在對溫差荷載進行計算時，可采用力的分解，在陽光以傾斜的角度進行照射時，可將其按照兩個方向直射的方式進行計算再進行相加。結合現(xiàn)場所獲取的溫差數(shù)據(jù)，對橋梁溫差沿截面高度方向的分布進行分析。橋墩墩身在其墩厚方向會因變形以及內(nèi)力作用而出現(xiàn)彎曲，導致截面出現(xiàn)非線性溫度應變。

5 結語

高墩預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁在日照作用下，容易因溫度荷載作用而導致其結構出現(xiàn)內(nèi)外應力。以該橋梁為例，在主梁以及高墩溫度荷載的疊加下，對于橋梁整體而言，其在合攏前后的結構內(nèi)力受溫度高低的影響較大，因此在實際觀測時應盡可能選取相同時間點收集數(shù)據(jù)。據(jù)分析可知，橋梁在越高的溫度條件下進行合攏時，其內(nèi)力以及外部約束會引起較大的引力，嚴重可導致裂縫的出現(xiàn)。因此無論是在施工或使用階段，為確保橋梁線形以及內(nèi)力均滿足要求，因盡可能在一天中溫度較低時進行合攏。