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天峻路高架橋施工控制研究

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結(jié)合天峻路高架橋施工控制實(shí)踐，介紹了大跨徑連續(xù)箱梁橋懸臂澆筑施工監(jiān)控的目的和意義，并對(duì)此橋的監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行分析，施工數(shù)據(jù)表明該特大橋的施工監(jiān)控方法和計(jì)算方法的有效性以及合理性。

施工控制;預(yù)拱度;線形 ;應(yīng)力

1、工程概況

天峻路高架橋是西寧過境公路西段項(xiàng)目的特大型橋梁，橋址區(qū)位于北川河河谷平原上。本橋結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，橋跨組成為:68m+100m+68m，邊中跨比為0.68。主墩處梁高5.8m，跨中及端部梁高2.4m，箱梁高度按1.6次拋物線變化。箱梁采用單箱單室截面，頂板寬13.0m，底板寬6.0m,翼緣懸臂長3.5m。全橋除在梁端及0號(hào)塊處設(shè)置橫梁外，其余位置均不設(shè)置橫隔板，0號(hào)塊橫隔板厚60cm,端橫梁厚150cm，箱梁頂板設(shè)橫坡。上部結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱懸臂澆筑法施工，采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。梁段劃分為:0號(hào)梁段長4.0m,1號(hào)梁段長3.0m, 0、1號(hào)梁段在支架上澆筑，懸臂澆筑梁段為2～14號(hào)梁段，長度分別為8x3.O+5x4.0m，邊跨現(xiàn)澆段為16號(hào)梁段，長度為16.84m，邊、中跨合攏段為15號(hào)梁段，長度為2.0m。0號(hào)塊頂、底板厚度分別為45cm和120cm，腹板厚80cm，其他塊件頂板厚度為28cm，底板厚度從根部的75cm 按1.6次拋物線變化至跨中的30cm,1號(hào)塊至9號(hào)塊腹板厚60cm,11號(hào)塊至16號(hào)塊腹板厚45cm, 10號(hào)塊為過渡段。橋主跨立面圖如下：

圖1 橋梁立面圖

2、橋梁施工監(jiān)控的意義和目的

由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是超靜定結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)沉降、溫度變化等外因作用下，將引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化。施加預(yù)應(yīng)力會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形，由于有多余的約束，不能自由變形，因而引起附加力。同樣，由于混凝土的收縮徐變不僅產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，而且也會(huì)由于變形受約束而引起附加力。這些因素使得實(shí)際橋梁在施工過程中的每一狀態(tài)不可能與設(shè)計(jì)狀態(tài)完全一致，結(jié)構(gòu)的變形及受力過程表現(xiàn)為非平穩(wěn)的隨機(jī)過程。施工過程中各種復(fù)雜的因素都有可能引起結(jié)構(gòu)的幾何形狀及內(nèi)力狀況的改變。盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是由于施工過程的復(fù)雜性，事先難以精確估計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。通過在施工過程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在已建結(jié)構(gòu)偏離控制目標(biāo)時(shí)及時(shí)調(diào)整下一階段的掛籃定位標(biāo)高，以保證結(jié)構(gòu)線形的平順，并監(jiān)控實(shí)際內(nèi)力分布，使箱梁始終處于安全受力范圍內(nèi)。施工監(jiān)控能確保合攏精度，并使主橋建成后，在設(shè)計(jì)合攏溫度下，橋墩線形垂直，保證成橋后的主梁線形及結(jié)構(gòu)的受力合理，符合設(shè)計(jì)期望值。

3、控制計(jì)算模型的建立

天峻路高架橋第一聯(lián)右幅為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，跨徑為68m+100m+68m，采用橋梁通用計(jì)算MIDAS對(duì)大橋施工工序進(jìn)行模擬。結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型如圖2。

（1）用有限元法將全橋劃分為125個(gè)節(jié)點(diǎn)，104個(gè)單元。其中，主梁材料為C55混凝土，橋墩為C40混凝土，主梁96個(gè)單元，橋墩8個(gè)單元。

（2）將過渡墩模擬為鉸支座，墩下基礎(chǔ)模擬為固定支座。

（3）在整個(gè)橋施工過程中，每個(gè)懸臂梁段的施工為一個(gè)階段，該階段劃分成三個(gè)子階段：a）立模階段，即掛籃前移階段。b)澆筑混凝土階段。c)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。

圖2 結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型

4、施工控制的內(nèi)容

4.1 撓度監(jiān)測

主梁撓度變化十分復(fù)雜，幾乎每時(shí)每刻都在發(fā)生變化，其變化可歸納為三種類型：一種類型是隨外荷載變化，主要伴隨施工工序而產(chǎn)生；第二種類型是由于混凝土自身的收縮、徐變特性，使得主梁撓度隨時(shí)間緩慢變化；第三種類型是隨著環(huán)境溫度的改變。

橋梁施工觀測沒有固定的模式，各橋觀測頻度各異，本橋根據(jù)實(shí)際情況僅對(duì)掛籃前移后、澆筑混凝土后、張拉預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行撓度觀測，稱為3階段3次觀測法。

懸臂箱梁的撓度觀測，以精密水準(zhǔn)儀（DS1）和銦瓦水準(zhǔn)尺，采用水準(zhǔn)測量的方法，周期性地對(duì)預(yù)埋在懸臂中每一塊箱梁上的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)在主梁各塊件頂板頂面上用短鋼筋預(yù)埋。箱梁懸澆高程控制流程見圖3。

圖3 箱梁懸澆高程控制程序圖

將箱梁現(xiàn)形的實(shí)測值與理論值隨時(shí)進(jìn)行對(duì)比，分析誤差來源，及時(shí)調(diào)整下一階段的立模標(biāo)高，現(xiàn)將四號(hào)墩的理論預(yù)拱度和實(shí)測預(yù)拱度給出，見表1和圖4、5。

表1 四號(hào)墩的理論預(yù)拱度和實(shí)測預(yù)拱度

圖4 中跨

圖5 邊跨

從上面可以看出，中跨理論預(yù)拱度和實(shí)測預(yù)拱度最大差值為12.7mm，邊跨理論預(yù)拱度和實(shí)測預(yù)拱度最大差值為5.8mm，滿足要求，且結(jié)構(gòu)現(xiàn)形良好。

4.2 應(yīng)力監(jiān)測方法

橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設(shè)計(jì)相符合是施工控制要明確的重要問題。通常通過結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測來了解結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與理論計(jì)算應(yīng)力狀態(tài)的差別超限就要進(jìn)行原因查找和調(diào)控，使之在允許范圍內(nèi)變化。結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制的好壞不像變形控制那樣易于發(fā)現(xiàn)，若應(yīng)力控制不當(dāng)將會(huì)給結(jié)構(gòu)造成危害，嚴(yán)重者將發(fā)生混凝土開裂等現(xiàn)象。所以，它比變形控制顯得更加重要，必須對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控。

現(xiàn)行橋規(guī)對(duì)應(yīng)力控制的項(xiàng)目和精度還沒有明確的規(guī)定，需根據(jù)實(shí)際情況確定，通常包括：①結(jié)構(gòu)在自重下的應(yīng)力；②結(jié)構(gòu)在施工荷載下的應(yīng)力；③結(jié)構(gòu)預(yù)加應(yīng)力；④溫度應(yīng)力；⑤混凝土徐變、收縮應(yīng)力；⑥其他應(yīng)力，如基礎(chǔ)變位、風(fēng)荷載等引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。實(shí)際控制過程中，要視大橋的結(jié)構(gòu)形式及施工技術(shù)條件等適當(dāng)調(diào)整主要控制項(xiàng)目。

4.2.1 應(yīng)力測點(diǎn)的布置和測量方法

測試截面是根據(jù)懸臂施工各階段的受力特點(diǎn)布置的。共選定0#附近、L/4、L/2等處9個(gè)測試截面，每個(gè)斷面布置8個(gè)應(yīng)力傳感器，測量工作應(yīng)在日照溫差較小的情況下完成，保證結(jié)構(gòu)的精確性。

4.2.2 應(yīng)力測試結(jié)果

對(duì)四號(hào)墩0#附近截面應(yīng)力實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知：頂板全為壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為10.11MPa；底板全為壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為7.89 MPa，可以發(fā)現(xiàn)理論值與實(shí)測值基本吻合，滿足要求。四號(hào)墩0#附近截面B1-B1的應(yīng)力在每個(gè)施工階段張拉后的理論值和實(shí)測值對(duì)比曲線如下：

圖6 頂板

圖7 底板

5、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制

橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，它與橋梁的強(qiáng)度有著同等甚至更重要的意義。世界上曾經(jīng)有過不少橋梁在施工過程中由于失穩(wěn)而導(dǎo)致全橋破壞的例子，最典型的為加拿大的魁北克（Quebec）橋。該橋在南側(cè)錨碇桁架快要架完時(shí)，由于懸臂端下弦桿的腹板屈曲而發(fā)生突然崩塌墜落。我國四川州河大橋也因懸臂體系的橋墩在吊裝主跨中段時(shí)橋墩承受過大的軸力而失穩(wěn)破壞。因此，橋梁施工過程中不僅要嚴(yán)格控制變形和應(yīng)力，而且要嚴(yán)格地控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。

目前，橋梁的穩(wěn)定性已引起人們的重視，但主要注重于橋梁建成后的穩(wěn)定計(jì)算。對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象還沒有可靠的監(jiān)測手段，尤其是隨著橋梁跨徑的增長，對(duì)承受動(dòng)荷載或突發(fā)情況，還沒有快速反應(yīng)系統(tǒng)。目前主要通過穩(wěn)定分析計(jì)算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況來進(jìn)行綜合評(píng)定、控制其穩(wěn)定性。

6、結(jié)論

結(jié)合天峻路高架橋施工控制經(jīng)驗(yàn)，闡述了懸臂澆筑過程中的控制方法，通過實(shí)測和理論數(shù)據(jù)的不斷分析對(duì)比，得出以下結(jié)論：

（1）橋面實(shí)測預(yù)拱度和理論預(yù)拱度的差值為12.7mm，滿足要求，結(jié)構(gòu)現(xiàn)形控制良好；

（2）從應(yīng)力的實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出，施工過程中，箱梁頂板和底板最大應(yīng)力均出現(xiàn)在0#附近，全為壓應(yīng)力，最大為10.11MPa，在允許值之內(nèi)，結(jié)構(gòu)受力良好；

（3）從對(duì)全橋的現(xiàn)形和應(yīng)力控制可以看出此次施工控制是合理和有效的，可作為類似工程的參考。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.041