跨漢江大道大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工線形控制

許奎XU Kui；段承DUAN Cheng；李小雪LI Xiao-xue

（①中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，武漢 420100；②中鐵十一局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計院，武漢 420100）

0 引言

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在高鐵線路上得到廣泛應(yīng)用，其采用的主要施工方法為懸臂澆筑法，同時，大多數(shù)連續(xù)梁橋都采用先邊跨合龍后中跨合龍的順序進(jìn)行施工[1-3]。本文以新建鐵路西安至十堰高速鐵路跨漢江大道大橋（44+80+44）m 連續(xù)梁橋為工程背景，在先中跨合龍后邊跨合龍的施工順序下，開展施工線形控制分析。

1 工程概況

跨漢江大道大橋（44+80+44）m 連續(xù)梁，梁全長169.5m，計算跨度為（44+80+44）m，主墩墩頂5.0m 范圍內(nèi)梁高6.65m，跨中及邊墩頂現(xiàn)澆段梁高3.85m。箱梁頂板寬12.6m，底板寬6.7m，頂板厚41.5cm，底板厚40～90cm；腹板厚48～90cm。全聯(lián)在端支點，中支點處設(shè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞。

箱梁采用縱、橫向二維預(yù)應(yīng)力體系。主橋箱梁中跨在80m 的1/2 長度內(nèi)共分11 個節(jié)段，其中0#塊長10m，1#～9#塊分別長3.0m+2×3.5m+6×4.0m，中跨合攏段為2m，邊跨在44m 的長度內(nèi)共分11 個節(jié)段，其中邊跨現(xiàn)澆段3.75m。除邊跨直線段采用支架法現(xiàn)澆以外，其余T 構(gòu)部分均采用節(jié)段懸灌。

2 有限元模型建立

2.1 模型建立

利用Midas-Civil 軟件建立有限元分析模型：采用梁單元，全橋共59 個節(jié)點，81～88 號節(jié)點為支座節(jié)點。有限元模型如圖1 所示。

圖1 有限元模型

2.2 材料參數(shù)

連續(xù)梁梁體采用C50 混凝土，鋼絞線均采用符合GB/T5224 標(biāo)準(zhǔn)的Φs15.2mm 低松弛鋼絞線，材料參數(shù)見表1。

表1 連續(xù)梁材料參數(shù)表

2.3 荷載工況

結(jié)合跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁圖，橋梁施工過程中考慮的荷載[4]有：

①恒載（結(jié)構(gòu)及輻射設(shè)備自重、預(yù)加力、二期恒載等）；

②活載（ZK 荷載，荷載動力系數(shù)取1.0）；

③溫度荷載（通過記錄施工時的溫度按《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10092-2017）計算）；

④基礎(chǔ)不均勻沉降（相鄰兩支點不均勻沉降差不大于1.0cm）；

⑤施工臨時荷載（掛籃重，每套掛籃按800kN 計算；混凝土濕重荷載）。

2.4 邊界的定義

跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁，采用先中跨合攏后邊跨合攏的施工順序。連續(xù)梁施工時存在一個支座體系由“固變鉸”的轉(zhuǎn)換過程，即0 號節(jié)段與橋墩之間通過臨時固結(jié)措施進(jìn)行固結(jié)，再中跨合龍之后拆除橋墩處臨時固結(jié)措施，并安裝中墩永久支座，完成支座體系由“固變鉸”的轉(zhuǎn)換[5]。待邊跨澆筑完成后，安裝邊墩永久支座，完成整座橋梁的施工。

2.5 計算結(jié)果分析

2.5.1 受力分析

通過所建立的模型得出的活載作用下結(jié)構(gòu)的支反力圖，與原設(shè)計文件的對比分析，數(shù)值相差在5%以內(nèi)，論證了該模型的準(zhǔn)確性（見表2-表3）。

表2 設(shè)計文件的支反力

表3 本模型的支反力

2.5.2 變形分析

結(jié)合跨漢江大道大橋（40+80+44）m 連續(xù)梁各施工階段位移圖（圖2-圖5），得出以下結(jié)論：

圖2 5# 節(jié)段澆筑后的結(jié)構(gòu)變形圖

圖3 5# 節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉后的結(jié)構(gòu)變形圖

圖4 中跨合攏預(yù)應(yīng)力張拉后的結(jié)構(gòu)變形圖

①從連續(xù)梁支座中心線向兩懸臂端，各節(jié)段位移變形越來越大，且預(yù)應(yīng)力張拉完成后，懸臂端位移會上拱，符合實際的位移變化。

②在連續(xù)梁中跨合龍且中跨腹板預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，中跨合攏段會出現(xiàn)明顯上撓現(xiàn)象；當(dāng)二期恒載施加完成后，梁體中跨合攏段又將整體下?lián)稀?/p>

2.5.3 預(yù)拱度分析

根據(jù)《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB 10092-2017），橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)拱度的設(shè)置為恒載及1/2 靜活載所產(chǎn)生的撓度曲線，但方向相反。監(jiān)控預(yù)拱度與設(shè)計預(yù)拱度的對比分析圖如圖6。

圖6 監(jiān)控預(yù)拱度與設(shè)計預(yù)拱度的對比分析圖

設(shè)計采用西南交大編制的《橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)》（BSAS）進(jìn)行的分析計算，監(jiān)控采用Midas-Civil 進(jìn)行的分析計算，兩組結(jié)果的整體預(yù)拱度趨勢一致。再次論證了監(jiān)控模型的準(zhǔn)確性。

綜上所述，通過受力分析、變形分析和預(yù)拱度分析，論證了監(jiān)控模型的準(zhǔn)確性。可利用監(jiān)控模型考慮實際的施工荷載，計算出用于橋梁線形監(jiān)控的預(yù)拱度。

3 施工線形監(jiān)控

3.1 線形監(jiān)控的原則

為保證采用懸臂澆筑法施工的連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)線形在成橋后滿足設(shè)計要求，施工過程中采取線形監(jiān)控、動態(tài)調(diào)差是一種十分必要的控制措施。

在連續(xù)梁各節(jié)段施工過程中，結(jié)合線形監(jiān)控設(shè)置合理的預(yù)拱度，使得成橋后連續(xù)梁的梁頂標(biāo)高符合設(shè)計要求。

連續(xù)梁體線形調(diào)整主要通過調(diào)控立模標(biāo)高來實現(xiàn)[6]，即對某個節(jié)段梁體施工引起的線形誤差通過后續(xù)一個或者幾個節(jié)段梁體施工時調(diào)整立模標(biāo)高來修正，保證梁體線形符合設(shè)計要求。

3.2 線形監(jiān)控的方法

在連續(xù)梁體各節(jié)段施工過程中，由于存在著施工、測量等誤差，使得成橋后的實際線形與理想狀態(tài)的設(shè)計線形存在偏差。施工線形監(jiān)控主要是為了減小由于施工、測量等因素造成的誤差對成橋后結(jié)構(gòu)線形的影響，使成橋后實際線形更趨近于設(shè)計線形。具體流程如圖7。

圖7 線形監(jiān)控流程圖

3.3 理論分析預(yù)測

連續(xù)梁懸臂澆筑法施工過程中，各節(jié)段掛籃的立模標(biāo)高需要重點把控。掛籃立模標(biāo)高是考慮施工誤差、測量誤差、彈性及非彈性變形、施工荷載變化、預(yù)應(yīng)力筋張拉等綜合因素影響，并結(jié)合橋梁標(biāo)高確定的。立模標(biāo)高的確定對于成橋后線形能否達(dá)到設(shè)計線形起著至關(guān)重要的作用。

掛籃立模標(biāo)高即在連續(xù)梁懸臂施工時各節(jié)段掛籃模板的放樣標(biāo)高，考慮各種因素的影響，計算公式如下：

式中：

根據(jù)上式又可以得出：

從立模標(biāo)高的確定來看，掛籃立模標(biāo)高是在橋梁設(shè)計標(biāo)高的基礎(chǔ)上，多種影響因素引起的梁體變形的累加，且針對各種因素產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形均要做出精準(zhǔn)預(yù)測。

3.4 線形監(jiān)測結(jié)果分析

實際測點的布置位置見圖8。

圖8 監(jiān)測點布置圖

由表4 可以看出，設(shè)計標(biāo)高與實測標(biāo)高的差異均控制在5mm 以內(nèi)，懸澆梁的線形得到有效控制。

表4 部分標(biāo)高的監(jiān)控結(jié)果

4 結(jié)論

通過施工線形監(jiān)控，可以得到以下結(jié)論：①利用有限元軟件Midas-Civil 建立連續(xù)梁有限元分析模型，與設(shè)計文件的支反力、位移和預(yù)拱度進(jìn)行對比分析，論證了模型的準(zhǔn)確性，再考慮實際的施工荷載，建立出符合現(xiàn)場實際的有限元模型。②根據(jù)橋梁順利合攏后提供的測量數(shù)據(jù)，設(shè)計標(biāo)高與實測標(biāo)高的差異均控制在5mm 以內(nèi)，整個梁體外形美觀。采用先中跨合龍后邊跨合龍施工工序的懸澆梁，線形得到有效控制。以期為同類工程提供參考。