郭南華，郭建濤，高 杰

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

洋里高架橋施工中線形控制的研究

郭南華1，2，郭建濤1，2，高 杰1，2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

大跨度連續(xù)箱梁橋施工過程受到較多敏感的因素如混凝土的彈性模量、強度、收縮徐變、溫度等的影響使得施工較為復(fù)雜，故而施工控制成為必要，其中施工控制中的線形控制是極其重要的一個內(nèi)容。良好的橋梁線形控制，在一定范圍內(nèi)能保證該橋受力與設(shè)計要求相吻合。以福建省福州國際機場高速工程中的洋里高架橋施工中線形控制為研究背景，探析了前進(jìn)分析與軟件模型相結(jié)合在該橋橋線形控制的應(yīng)用。

連續(xù)箱梁;線形控制;前進(jìn)算法

1 工程背景

洋里高架橋是福建省福州國際機場高速公路上的一座連續(xù)梁橋，其位置處在福建省福州市光明港河畔，臨近光明港公園。變截面連續(xù)箱梁跨徑為:45 m+80 m+45 m，布置圖見圖1。

圖1 洋里高架橋立面布置圖

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

(1)設(shè)計荷載:公路－I級。

(2)設(shè)計車速:100 km/h。

(3)橋面寬:整體式雙幅橋:2×(0.5 m防撞欄+凈15.50 m+0.5 m 防撞欄)。

2 施工中線形控制的誤差參數(shù)分析

2.1 線形控制

線形控制不僅是橋梁施工控制的重要組成部分，而且也是控制工作中難度相對較大的部分，線形控制是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量的決定因素之一，線形控制是施工監(jiān)控是橋梁建設(shè)的安全保證同時也是橋梁運營中安全性和耐久性綜合監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容。本項目線形控制的流程如圖2所示。

橋梁線形預(yù)測與調(diào)整是橋梁施工控制計算和分析的主要內(nèi)容之一。在橋梁施工控制中，對于設(shè)計參數(shù)誤差的調(diào)整就是通過量測施工過程中實際結(jié)構(gòu)的行為，分析結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)和理想狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設(shè)計參數(shù)誤差，來達(dá)到控制橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差，使結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)與設(shè)計相一致。

因此，線形控制工作的重點是根據(jù)當(dāng)前施工階段結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)進(jìn)行正裝計算至成橋狀態(tài)，預(yù)告今后施工可能出現(xiàn)的變形狀態(tài)，形成施工線形控制的兩大任務(wù)，即結(jié)構(gòu)標(biāo)高的前期預(yù)報和后期調(diào)整。

2.2 誤差分析

誤差分析是施工監(jiān)控的難點，也是施工監(jiān)控三大系統(tǒng)中相對最不成熟的部分，主要原因是測試數(shù)據(jù)較少而影響因素較多的矛盾引起的。對于洋里高架橋的線形控制中的誤差參數(shù)來源可歸納為如下幾點。

圖2 線形控制的流程框架

(1)混凝土收縮，徐變等變形差異。

(2)混凝土自身材料容重，彈性模量等的離散性。

混凝土的容重和彈性模量的誤差勢必會引起結(jié)構(gòu)剛度的變化，結(jié)構(gòu)剛度誤差對施工控制質(zhì)量的危害較大。

(3)掛籃及模板定位誤差。

由于掛籃和模板是一個龐大的結(jié)構(gòu)物，加上掛籃本身剛度的影響，實際施工時掛籃和模板位置很難做到與設(shè)計一致。掛籃模板定位包括外模板和內(nèi)模板的定位，外模板決定了梁底標(biāo)高，而內(nèi)模板決定了橋面的標(biāo)高。掛籃定位是控制主梁標(biāo)高最重要也是最直接的手段，定位時只要認(rèn)真負(fù)責(zé)，并且掛籃在設(shè)計上是合理的，掛籃定位誤差能夠控制在允許范圍以內(nèi)。

(4)懸臂施工掛籃作用在箱梁上的反力，施工荷載等。

由于施工荷載隨機性較大，只能通過實地觀察，估計橋面荷載的重量以及位置，在計算數(shù)據(jù)中考慮。如果能準(zhǔn)確估計第一類荷載的重量，并且隨時記錄第二類荷載堆放的時間和重量，是能夠在計算中消除此類誤差的。由于臨時荷載是隨機的，如果把每一種荷載影響作為荷載工況輸入跟蹤計算，并不方便。一般情況下，可先試算，將各種荷載影響的結(jié)果算出，作為修正值現(xiàn)場修正會比較方便。

(5)各梁段預(yù)應(yīng)力的實際張拉力與理論值之間的差異等。

預(yù)應(yīng)力束張拉誤差一方面由張拉千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)誤差引起，另一方面由各種預(yù)應(yīng)力損失引起。預(yù)應(yīng)力損失包括:①管道摩阻力，②錨具損失，③溫度損失，④鋼絲松弛，⑤徐變損失。

(6)合攏順序的變化。

(7)溫度影響。

溫度影響是施工控制中較難掌握的因素，這主要是因為溫度始終變化無常，而且在同一時刻，結(jié)構(gòu)各部分也存在溫差。所以，在結(jié)構(gòu)計算中一般不把溫度影響作為單獨工況，而是將溫度影響單獨列出，作為修正。溫度測量也比較困難，一般情況下，只能測氣溫，而氣溫和結(jié)構(gòu)溫度是有很大差別的。

溫度影響產(chǎn)生橋梁撓度變化有兩種情況:均勻溫差、箱梁內(nèi)外側(cè)的相對溫差。溫度變化雖然隨時存在，但其對施工控制的危害主要表現(xiàn)在掛籃定位時，選擇夜間或者早晨進(jìn)行掛籃定位比較合適。溫度影響變化無常，每座橋都有各自特點，所以施工控制前必須加強觀測，及時掌握規(guī)律，盡可能排除溫度影響。如果能掌握溫度引起撓度的變化規(guī)律，可以將掛籃定位安排在任意的時間進(jìn)行，對于加快施工進(jìn)度是有好處的。

在施工過程中關(guān)于在線形控制中的誤差標(biāo)準(zhǔn)在滿足相關(guān)規(guī)范的要求外，我監(jiān)控方還進(jìn)行細(xì)化、量化且更加嚴(yán)格化。做到掛籃定位標(biāo)高與預(yù)報標(biāo)高之差控制在1 cm以內(nèi)，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，如梁端測點標(biāo)高與控制小組預(yù)報標(biāo)高之差超過2 cm，需經(jīng)研究調(diào)整方案后，確定下一步的調(diào)整措施。

3 前進(jìn)算法在實際工程中的應(yīng)用

3.1 前進(jìn)算法分析的原理

隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在地改變，前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在改變，前一階段的結(jié)構(gòu)狀是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段前后次序進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分法稱為前進(jìn)分析法。前進(jìn)分析法能較好的考慮與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的一些影響因素，如構(gòu)的非線性問題及混凝土收縮、徐變。對于大跨徑橋梁，只有通過前進(jìn)分析算才能了解結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀況。

前進(jìn)分析法特點如下。

(1)只有根據(jù)詳細(xì)制定的施工方案中確定的施工加在順序進(jìn)行，才能結(jié)構(gòu)中間階段或最終成橋階段的實際變形和受力狀態(tài)。

(2)以符合設(shè)計要求的實際施工結(jié)果倒退到施工的第一階段作為結(jié)構(gòu)進(jìn)分析的初始狀態(tài)。

(3)前一階段的計算結(jié)果是本階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，前一階段結(jié)構(gòu)位移是本階段確定結(jié)構(gòu)軸線的基礎(chǔ)。以前各施工階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是本階段結(jié)構(gòu)時材料非線性計算的基礎(chǔ)。

(4)對于混凝土徐變、收縮等時差效應(yīng)，在各施工階段中逐步計入。

(5)在施工分析過程中計入結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)。

在洋里高架橋線形控制采用前進(jìn)算法，運用Dr.Bridge專用分析軟件，并根據(jù)高強混凝土現(xiàn)場收縮徐變，建立了相應(yīng)仿真分析模型，得施工過程中變形、仿真分析結(jié)果，用于指導(dǎo)施工。

3.2 洋里高架橋線形標(biāo)高理論控制值與實測值的對比

洋里高架橋運用Dr.Bridge軟件采用正裝分析法，考慮誤差因素對線形控制的影響，建立了相應(yīng)仿真分析模型(如圖3所示)，得出各節(jié)點每個施工階段撓度及累計撓度，用于指導(dǎo)橋梁線形施工監(jiān)控。

圖3 洋里高架橋橋博仿真分析模型

洋里高架橋在線形控制中每個節(jié)段的斷面上均設(shè)置3個實測點，實測點如圖4所示。

圖4 標(biāo)高測點布置圖

洋里高架橋通過橋博軟件結(jié)合前進(jìn)算法的分析得到的各節(jié)段的控制標(biāo)高與實測的標(biāo)高對比如下圖(圖5～圖10)所示。

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩1測點的標(biāo)高通過前進(jìn)正裝法結(jié)合分析軟件預(yù)測節(jié)段的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段12位置，差值達(dá)到了12 mm，其出現(xiàn)如此大差值的最大可能原因為掛藍(lán)定位誤差。

圖5 洋里高架橋左幅2#墩大樁號側(cè)1測點標(biāo)高對比

圖6 洋里高架橋左幅2#墩2測點標(biāo)高對比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩2測點的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段12位置，差值達(dá)到了10 mm。

圖7 洋里高架橋左幅2#墩3測點標(biāo)高對比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩3測點的立模標(biāo)高，其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段4位置，差值達(dá)到了12 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

圖8 洋里高架橋左幅3#墩1測點標(biāo)高對比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩1測點的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段8位置，差值達(dá)到了15 mm。

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩2測點的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段6位置，差值達(dá)到了18 mm。

圖9 洋里高架橋左幅3#墩2測點標(biāo)高對比

圖10 洋里高架橋左幅3#墩3測點標(biāo)高對比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩3測點的立模標(biāo)高，其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段6位置，差值達(dá)到了15 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

通過上述圖5～10的對比可以看出，前進(jìn)算法結(jié)合分析軟件模擬各節(jié)段的施工并計算各節(jié)段的立模標(biāo)高，在實際應(yīng)用中其結(jié)果可靠，誤差值(最大差值為18 mm)均可控制在施工控制容許的誤差限值(20 mm)，滿足工程精度要求。

4 結(jié)論

采用前進(jìn)算法，運用Dr.Bridge橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件，根據(jù)現(xiàn)場高強混凝土試驗，掛籃預(yù)壓試驗等，并根據(jù)施工圖設(shè)計中橋梁截面等尺寸、配筋及預(yù)應(yīng)力情況及實際施工工藝，建立了相應(yīng)仿真分析模型，得出各節(jié)點每個施工階段撓度及累計撓度，用于指導(dǎo)橋梁線形施工監(jiān)控。研究結(jié)果表明，通過仿真分析所取得的結(jié)果可以有效的指導(dǎo)施工。

洋里高架橋施工控制表明其建模精確，參數(shù)選取合理，有力保證了橋梁結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定，避免了橋梁施工過程的安全、質(zhì)量隱患，規(guī)避了不必要損失。

［1］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］蔚建華.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)要點［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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1008－3383(2011)12－0055－03

2011－10－12