T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制技術(shù)研究

魏志鵬

（江西省交通工程集團(tuán)建設(shè)有限公司,江西 南昌 330038）

0 引言

轉(zhuǎn)體施工是一種在非設(shè)計(jì)軸線所在位置制備成型，然后通過(guò)系統(tǒng)控制，將橋構(gòu)轉(zhuǎn)體就位形成整橋的施工方法。該方法施工速度快，交通影響小，作業(yè)相對(duì)安全，在橋梁建設(shè)中越來(lái)越多地得到應(yīng)用[1]。但是，畢竟轉(zhuǎn)體施工是一個(gè)對(duì)每一步作業(yè)均質(zhì)量要求很高的施工過(guò)程，一旦分步作業(yè)，存在超度作業(yè)誤差，會(huì)造成橋梁合龍困難，成橋線型和內(nèi)部應(yīng)力與設(shè)計(jì)要求不一致等問(wèn)題，嚴(yán)重影響橋梁整體施工的順利實(shí)現(xiàn)，所以轉(zhuǎn)體梁橋加強(qiáng)施工控制尤為必要。

案例跨鐵路T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋在施工過(guò)程中，強(qiáng)化精度質(zhì)量意識(shí)，加強(qiáng)施工控制，良好完成了轉(zhuǎn)體施工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)和保障了成橋線型及內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，確保了施工安全和橋梁的整體承建質(zhì)量[2]。這里結(jié)合工程實(shí)際，介紹該T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制做法及相關(guān)成果，以期為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡(jiǎn)介

案例是一座T型剛構(gòu)跨鐵道路橋，全橋采取混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁設(shè)計(jì)，主梁采取單箱單室斷面設(shè)計(jì)，總體長(zhǎng)度168 m，跨度配置（84+84）m，施工跨度（71+71）m。采取全柱支撐單側(cè)轉(zhuǎn)體施工方法，沿鐵路線澆注T型剛構(gòu)箱體梁，待澆注養(yǎng)護(hù)達(dá)標(biāo)后，開(kāi)展預(yù)應(yīng)力筋張拉操作，完成張拉后拆除支撐，然后以水平平衡轉(zhuǎn)體法使主梁就位，整橋合龍。水平平衡轉(zhuǎn)體法的轉(zhuǎn)動(dòng)體系中，鉸球是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的結(jié)構(gòu)核心，對(duì)體系的制作和裝配施工精度的要求很高。計(jì)轉(zhuǎn)體角度33.46°，轉(zhuǎn)體的總重量在7 083 t左右。

2 施工控制方法

轉(zhuǎn)體梁橋施工控制是個(gè)“施工→測(cè)控→識(shí)別→修正→預(yù)報(bào)→施工”的循環(huán)過(guò)程。施工控制目標(biāo)有兩個(gè)：①保證分段施工中結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與作業(yè)安全。②保證成橋后橋梁的線型和內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)控制目標(biāo)，首先要把握存在哪些影響因素以及各因素的影響程度，然后對(duì)其進(jìn)行分析控制。

3 案例T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制

3.1 施工應(yīng)變的監(jiān)測(cè)控制

3.1.1 監(jiān)測(cè)儀器

根據(jù)各種應(yīng)變測(cè)試儀器的功效和經(jīng)濟(jì)性的比較，并考慮到測(cè)量?jī)x器的精度和長(zhǎng)時(shí)觀測(cè)的需要，選用振弦應(yīng)變儀和振弦式讀數(shù)器，后者分辨率為1 με。前者主要功效指標(biāo)為線性度＞0.20%，精度為1/1 000，量程為±1 000 με，環(huán)境影響不大[3]。

3.1.2 測(cè)量點(diǎn)配置

主梁斷面的測(cè)量點(diǎn)配置：

斷面1：橫梁側(cè)斷面，距離墩CY58#中心線2 m，設(shè)溫度感受器。

斷面2：主梁變斷面，距離墩CY58#中心線10 m處。

斷面3：主梁跨中斷面，距離墩CY58#42 m處。

斷面4：距中墩L/4的主梁斷面，距離墩CY58#中心線21 m處，布設(shè)溫度感受器。

斷面5：主梁距離中墩3L/4處，距離墩CY58#中心線63 m處。

斷面6：主梁合龍段，距離墩CY58#中心線70 m處。主梁共計(jì)設(shè)有50個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。

3.1.3 應(yīng)變檢測(cè)過(guò)程

主斷面應(yīng)變檢測(cè)貫穿整個(gè)作業(yè)過(guò)程，大概可分為3個(gè)階段：第1階段，主要是在混凝土達(dá)成設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)施工中箱體梁的應(yīng)變值進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該施工階段的應(yīng)變主要由施加預(yù)應(yīng)力引起。第2階段，主要檢測(cè)施工操作完成后梁體的應(yīng)變數(shù)據(jù)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)梁段，脫架施工的過(guò)程是由牛腿支承過(guò)渡到懸臂支承，即由靜定結(jié)構(gòu)過(guò)渡到超靜定結(jié)構(gòu)。完成脫架操作以后，轉(zhuǎn)體T構(gòu)已完成第1次的體系轉(zhuǎn)換，這時(shí)處于最不利狀態(tài)。第3階段，檢測(cè)轉(zhuǎn)梁完成合龍作業(yè)后箱體梁的應(yīng)變數(shù)據(jù)。就位后，完成合龍段澆注。當(dāng)混凝土達(dá)成設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行剩余預(yù)應(yīng)力筋的張拉[4]。這是一個(gè)靜定結(jié)構(gòu)到超靜定結(jié)構(gòu)的作業(yè)過(guò)程，此間也完成了第2次的體系轉(zhuǎn)換，基本完成了橋梁主體施工，可以獲得成橋狀態(tài)的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

3.1.4 應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果與比較分析

（1）轉(zhuǎn)體T梁達(dá)成設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后，預(yù)應(yīng)力筋張拉操作中，得出各斷面的應(yīng)變和應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果。應(yīng)變檢測(cè)顯示，988069號(hào)感受器測(cè)出的數(shù)據(jù)為-31.20 MPa，同一水平位置、同一斷面的其他4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)因干擾異常，應(yīng)剔除。因此在預(yù)應(yīng)力筋張拉操作階段，轉(zhuǎn)體梁各斷面測(cè)量點(diǎn)最大壓應(yīng)力是-13.40 MPa，發(fā)生在3-3斷面頂板的中間區(qū)域，各斷面的最大壓應(yīng)力在頂板位置發(fā)生，數(shù)值為2.40 MPa。

（2）轉(zhuǎn)體梁完成施工后，得出各斷面應(yīng)變和應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果。

圖1是距離中墩軸線2 m處，轉(zhuǎn)梁頂板沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力比較曲線。因?yàn)轫敯逋夥ㄌm盤(pán)的一個(gè)傳感器在施工中損壞，所以圖中僅有4個(gè)有效檢測(cè)值。圖2是半徑474.85 m的外腹板單元在距離中墩軸線2 m處沿梁高的應(yīng)力比較曲線。因?yàn)槭┕ぶ袚p壞了3個(gè)感受器，所以圖中有7個(gè)有效檢測(cè)值。通過(guò)模擬計(jì)算值與實(shí)際檢測(cè)值的比較可知，計(jì)算值的最大壓應(yīng)力在-10.753 MPa，而實(shí)際檢測(cè)值在-7.2 MPa左右，均低于許可應(yīng)力值的-18.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 距離墩中軸線2 m區(qū)域頂板的應(yīng)力曲線（單位：Pa）

圖2 距離墩中軸線2 m區(qū)域外腹板的應(yīng)力曲線（單位：Pa）

實(shí)際檢測(cè)值低于模擬計(jì)算值，主要是因?yàn)橛?jì)算中沒(méi)有考慮預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度影響等因素。此外模擬計(jì)算值的應(yīng)力曲線系基于單元的平均應(yīng)力進(jìn)行插值模擬計(jì)算所映射的應(yīng)力曲線，而檢測(cè)值由感受器測(cè)得，在預(yù)埋感受器時(shí)，因?yàn)榛炷翝仓?、施工擾動(dòng)等因素的影響，可能發(fā)生偏離預(yù)設(shè)方向等情況，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差。因此施工中應(yīng)盡可能保證安裝精度，以保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。同理，還對(duì)距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的頂板應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的外腹板應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）轉(zhuǎn)體梁就位并完成施工過(guò)程后，得出梁體各斷面的應(yīng)變和應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果。

圖3是距離橋墩軸線2 m處，梁體頂板沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力狀態(tài)比較曲線。因?yàn)轫敯宓耐鈧?cè)1個(gè)翼緣板感受器在施工中損壞，3個(gè)實(shí)際檢測(cè)值超過(guò)了分析計(jì)算的最大值，所以圖中只有1個(gè)功效的檢測(cè)值。圖4是474.85 m彎曲半徑的外腹板沿梁高由上而下的應(yīng)力狀態(tài)比較曲線。因?yàn)槭┕ぶ杏?個(gè)感受器損壞，所以圖中只有7個(gè)有效檢測(cè)值。通過(guò)實(shí)際檢測(cè)值與模擬計(jì)算值的比較可以看出，實(shí)際檢測(cè)值與模擬計(jì)算值之間存在著偏差。實(shí)際檢測(cè)值的壓應(yīng)力最大值為-6.10 MPa，模擬計(jì)算值是-8.793 MPa，而允許應(yīng)力值是-18.50 MPa，因此滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 距墩中軸線2 m處頂板應(yīng)力曲線（單位：Pa）

圖4為距墩中軸線10 m處主梁頂板沿梁寬方向由內(nèi)向外的應(yīng)力曲線與實(shí)際檢測(cè)值的比較分析圖。因?yàn)?個(gè)實(shí)際檢測(cè)值超過(guò)了分析計(jì)算的最大值，所以圖中只有1個(gè)實(shí)際檢測(cè)值圖4~18為主梁曲線半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實(shí)際檢測(cè)值的應(yīng)力曲線比較分析圖，因?yàn)槭┕ぶ袚p壞了3個(gè)感受器，兩個(gè)實(shí)際檢測(cè)值超過(guò)了分析計(jì)算的最大值，所以圖中有五個(gè)實(shí)際檢測(cè)值通過(guò)計(jì)算值與實(shí)際檢測(cè)值的比較分析可以看出，實(shí)際檢測(cè)值與模擬計(jì)算值存在偏差。實(shí)際檢測(cè)值的最大壓應(yīng)力為-7.0 MPa，模擬計(jì)算值的最大壓應(yīng)力為-6.296 MPa，均低于許用應(yīng)力值-18.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 距墩中軸線10 m處外腹板應(yīng)力曲線（單位：Pa）

對(duì)主梁頂板在距墩中軸線42 m區(qū)域沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力狀態(tài)檢測(cè)分析中，因?yàn)?個(gè)實(shí)際檢測(cè)值超過(guò)了分析計(jì)算的最大值，所以只存在4個(gè)有效檢測(cè)值。對(duì)半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實(shí)際檢測(cè)值的應(yīng)力曲線比較分析中，因?yàn)橛?個(gè)實(shí)際檢測(cè)值超過(guò)了分析計(jì)算的最大值，所以只有7個(gè)有效實(shí)際檢測(cè)值。通過(guò)模擬計(jì)算值比較分析可知，實(shí)際檢測(cè)值與模擬計(jì)算值存在偏差，實(shí)際檢測(cè)值的最大壓應(yīng)力為-6.70 MPa，模擬計(jì)算值的最大壓應(yīng)力為-7.477 MPa，也均低于運(yùn)行應(yīng)力值-18.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。同理，還對(duì)距離墩中心軸線42 m處、63 m處的頂板應(yīng)力狀態(tài)和外腹板應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)分析，檢測(cè)結(jié)果，也均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 施工移位的監(jiān)測(cè)控制

力學(xué)特性分析顯示，完成脫架施工過(guò)程以后，轉(zhuǎn)體梁處于最不利的功效狀態(tài)，這時(shí)發(fā)生最大垂向移位，該值將直接影響結(jié)合段的施工質(zhì)量，進(jìn)而影響成橋線型狀態(tài)。由于對(duì)于轉(zhuǎn)體梁而言，脫架過(guò)程即為由牛腿支承向懸臂支承的轉(zhuǎn)化，屬于由靜定結(jié)構(gòu)向超靜定結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化[5]。脫架操作后，轉(zhuǎn)體梁完成了第1次的體系轉(zhuǎn)換，只有腹板和頂板的預(yù)應(yīng)力筋被張拉，使頂板在施工中處于應(yīng)力最大狀態(tài)，進(jìn)而使轉(zhuǎn)體梁的梁端發(fā)生最大的垂向移位?；谠O(shè)計(jì)標(biāo)高，（71+71）m旋轉(zhuǎn)梁端的最大垂直移位實(shí)測(cè)值為0.122 m。該值包括了0.071 m的垂向預(yù)拱度值和（71+71）m T旋轉(zhuǎn)梁在防護(hù)網(wǎng)重量、自身重量和預(yù)應(yīng)力影響下的垂向移位值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以一座跨鐵路的剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑢?duì)T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制技術(shù)展開(kāi)了研究。案例T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋施工過(guò)程中，采取模擬適應(yīng)控制方法，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)施工應(yīng)變、移位的監(jiān)測(cè)和通過(guò)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與工程有限元模擬計(jì)算結(jié)果的比較分析，開(kāi)展施工控制，較好地保證了轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量。施工控制目標(biāo)是保證分段施工中結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與作業(yè)安全，以及保證成橋后橋梁的線型和內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)和質(zhì)量的要求。施工控制是個(gè)施工→測(cè)控→識(shí)別→修正→預(yù)報(bào)→施工的循環(huán)過(guò)程。案例在施工過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注和加強(qiáng)施工應(yīng)變和移位的監(jiān)測(cè)、分析和控制。值得一提的是，案例施工檢測(cè)控制中，存在一部分無(wú)效或數(shù)值偏離較大的檢測(cè)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵陬A(yù)埋感受器時(shí)，因?yàn)榛炷翝仓⑹┕_動(dòng)等因素的影響，發(fā)生了偏離預(yù)設(shè)方向等情況，從而導(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果誤差。因此施工和監(jiān)測(cè)實(shí)踐中，應(yīng)盡可能確保部件、儀器的安裝正確性和精確度，以保證工程質(zhì)量和檢測(cè)結(jié)果的可靠性。