向葦康 鄭尚敏 萬 水

（東南大學(xué)交通學(xué)院 南京 210096）

波形鋼腹板PC組合箱梁橋是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)在國外的一種新型橋梁，它采用自重較輕的波形鋼板代替混凝土腹板，充分利用混凝土受壓強度高、波形鋼板抗剪屈服強度高的材料特性，實現(xiàn)了普通混凝土箱梁橋輕型化的目的［1］。

大跨度變截面波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋采用懸臂澆筑法施工時，施工過程中諸多因素（如混凝土彈性模量、腹板剪切剛度、橋梁施工臨時荷載、掛籃變形等）的影響都會導(dǎo)致實際線形和受力狀態(tài)與設(shè)計理想狀態(tài)出現(xiàn)偏差，影響成橋后橋梁美觀和行車舒適，也可能誘發(fā)施工事故［2－3］。因此，為確保安全建成線形平順的高質(zhì)量波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋，施工監(jiān)控是必不可少的。

1 工程概況

南京長江第四大橋北接線滁河大橋，位于南京市六合區(qū)龍袍鎮(zhèn)和東溝鎮(zhèn)交界處，跨越滁河，起點樁號AK8＋924．00，終點樁號 AK9＋126．00，總長202．0m。上部結(jié)構(gòu)為主跨96m的3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑布置為53m＋96m＋53m。主梁采用單箱單室截面，單幅箱梁寬度為16．55m，箱梁底板寬度為8．00m。梁高和底板厚度均以1．6次由跨中向根部變化，跨中梁高3．00m，底板厚28cm，根部梁高6．50m，底板厚130cm。波形鋼腹板波長1．60m，波高0．22m，采用厚度10，14，16，18mm 4種型號。96m主跨兩端懸臂對稱施工半跨96m／2劃分為0～14號塊，共15個施工段，即4m＋4×2．4m＋4×3．2 m＋5×4m＋1．6m＝96m／2，0號塊重量204．75 t，合龍段14b號塊36．7t；53m邊跨劃分為0～16號塊，共17個施工段，0號塊重量204．75t，合龍段14a號塊63．6t，邊跨過渡墩上為15～16號塊。圖1為滁河大橋現(xiàn)場施工圖。

圖1 滁河大橋

2 施工過程仿真計算

滁河大橋施工控制仿真計算軟件采用MIDAS／civil，主梁采用平面梁單元模擬。不考慮普通鋼筋參與受力，考慮時間依存效果（累加模型），主梁的橫隔板作用以節(jié)點荷載的形式體現(xiàn)。計算分析中忽略橋墩影響，抗震球形用一般支承進(jìn)行模擬，梁頂節(jié)點與支座節(jié)點之間使用“彈性連接”中的“剛性”進(jìn)行連接。模型共有91個節(jié)點、86個單元，如圖2所示。對滁河大橋施工過程進(jìn)行一次正裝計算時，根據(jù)實際的施工過程將各標(biāo)準(zhǔn)梁段施工劃分為移動掛籃、定位連接波形鋼腹板和澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋3個工況，模擬計算得到階段應(yīng)力和位移控制數(shù)據(jù)。

圖2 三維有限元模型

3 線形控制

3．1 立模標(biāo)高的確定與控制

連續(xù)梁橋線形控制主要通過在主梁的立模標(biāo)高中添加預(yù)拱度實現(xiàn)，以消除施工過程中各種作用（主梁自重、溫度效應(yīng)等）對線形的影響和后期運營過程中的收縮徐變、后期預(yù)應(yīng)力的損失、活載變形等。滁河大橋主梁懸臂施工立模標(biāo)高按式（1）確定。

式中：Hi為待施工節(jié)段箱梁底板前端立模標(biāo)高；H0i為待澆筑箱梁底板前端設(shè)計標(biāo)高；fsi為施工預(yù)拱度，是主梁施工梁段施工控制計算的累計撓度值（向上為正），即從該施工梁段開始施工到二期恒載施加完成后，各個工況對梁段前端測點標(biāo)高的影響值之代數(shù)和；fg為掛籃變形產(chǎn)生的撓度值；fc為成橋預(yù)拱度，通常由設(shè)計師根據(jù)經(jīng)驗確定各跨跨中的成橋預(yù)拱度，剩余節(jié)段按照二次拋物線方式進(jìn)行變化分配，本文背景工程滁河大橋主跨跨中的fc取6cm，邊跨跨中的fc取3 cm；δ為根據(jù)實測的調(diào)整值。

標(biāo)高控制就是當(dāng)實際施工情況下的實測撓度與計算撓度不符合的時候，對比現(xiàn)實值與計算值，找出實際的變形規(guī)律，通過調(diào)整立模標(biāo)高達(dá)到橋面標(biāo)高控制的目的。立模標(biāo)高調(diào)整過程中，不強行在下一梁段施工中立即全部調(diào)整，以保證梁的豎曲線和理論豎曲線近似，均勻連續(xù)，無局部的突起或下?lián)稀?/p>

滁河大橋監(jiān)控采用灰色理論控制方法調(diào)整位移誤差。線形控制結(jié)果表明，左右兩幅成橋后的線形與設(shè)計線形在各測點的誤差均控制在規(guī)范規(guī)定和設(shè)計要求的范圍之內(nèi)［4］。

3．2 位移測試

位移測試的主要內(nèi)容是標(biāo)高測量。滁河大橋監(jiān)控過程測量橋面標(biāo)高的方法為幾何水準(zhǔn)測量法，水準(zhǔn)控制點設(shè)在箱梁變形較小的0號塊，測量儀器為精度0．1mm的DZ－02工程水準(zhǔn)儀。為排除日照溫差引起梁體的不規(guī)則變化和施工對觀測工作的干擾，要求箱梁撓度觀測嚴(yán)格安排在早晨時間段內(nèi)（06：00～08：00）完成，要求記錄開始和終了的環(huán)境溫度，如觀測時間超過1h，要求每小時記錄一次環(huán)境溫度。每一個梁段的施工過程均分為“掛籃前移”、“澆筑后”和“張拉后”3個階段。表1和表2列出右幅14號墩13號塊“澆筑后”和“張拉后”的位移測試成果，觀察主梁懸臂狀態(tài)下的撓度變化，對比實測值與計算值。

表1 右幅14號墩最大懸臂狀態(tài)各節(jié)段撓度（澆筑后）

表2 右幅14號墩最大懸臂狀態(tài)各節(jié)段撓度（張拉后）

由表1可見，在“澆筑后”階段，箱梁各塊段均產(chǎn)生向下的位移，數(shù)值隨著懸臂端的伸長而逐漸增大，實測值與計算值變化規(guī)律一致，誤差主要來源于混凝土彈性模量、截面幾何尺寸、混凝土方量、掛籃自重、橋面臨時荷載等。由表2可見，各塊段混凝土張拉縱向預(yù)應(yīng)力束后，產(chǎn)生向上的位移，數(shù)值隨著懸臂端的伸長而逐漸增大，實測值與計算值變化規(guī)律一致。誤差主要由混凝土彈性模量、預(yù)應(yīng)力誤差等造成。

4 應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力控制是指通過定期監(jiān)測與分析，及時發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的異常情況，一旦發(fā)現(xiàn)全橋應(yīng)力接近或超出安全指標(biāo)，及時預(yù)警，保障施工安全。滁河橋測量斷面選擇在主跨箱梁根部、主跨1／4、主跨跨中、主跨3／4；邊跨箱梁根部、邊跨1／4、邊跨1／2、邊跨合龍段等部位。測試儀器選擇可同時測量溫度的振弦式應(yīng)力傳感器和配套的綜合讀數(shù)儀。

下面以滁河橋右幅為例，給出14號墩主跨根部截面的全施工階段實測應(yīng)力與理論應(yīng)力對比分析結(jié)果（見圖3～圖5）?；炷翆崪y值取頂?shù)装遄蟆⒅?、?個測點所采集的應(yīng)力值的平均數(shù)。

從各施工階段實測值與計算值的對比情況看，該斷面頂板、底板混凝土的正應(yīng)力值與計算值的整體變化趨勢一致，隨著懸臂的伸長，箱梁應(yīng)力數(shù)值逐漸增大。最大壓應(yīng)力為18．76MPa，最大拉應(yīng)力為0．20MPa，小于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62－2004）規(guī)定的短暫狀況下混凝土壓應(yīng)力限值和拉應(yīng)力限值。

圖3 右幅14號墩主跨箱梁根部截面頂板應(yīng)力

圖4 右幅14號墩主跨箱梁根部截面底板應(yīng)力

圖5 右幅14號墩主跨箱梁根部截面某側(cè)鋼腹板剪應(yīng)力

由于實測結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，數(shù)值誤差來源于施工過程中機具堆放、環(huán)境誤差以及鋼弦應(yīng)變計測量精度等多種因素，因此只要測點穩(wěn)定，變化趨勢一致，施工中應(yīng)力不超過規(guī)范規(guī)定的限值，就可以說明結(jié)構(gòu)是安全的。

剪應(yīng)力方面，鋼腹板理論上在懸臂狀態(tài)下應(yīng)隨著節(jié)段的增多而逐步增大，實測數(shù)據(jù)與設(shè)計控制值吻合良好。鋼板應(yīng)力保持在20MPa左右，遠(yuǎn)低于Q345鋼的容許剪應(yīng)力（120MPa），滿足設(shè)計要求。

5 鋼腹板空間位置控制

鑒于波形鋼腹板的柔性，需在施工過程中對其進(jìn)行空間定位，避免因波形鋼腹板橫向偏位嚴(yán)重而造成兩側(cè)懸臂端不能進(jìn)行正常合龍。由于波形鋼腹板是一塊空間的板，所以其空間位置控制方法采用3個點的空間坐標(biāo)進(jìn)行定位，圖6給出了每塊鋼腹板空間3個點的位置圖 。測量儀器使用精度1″的徠卡TPC1201全站儀。

圖6 波形鋼腹板的空間定位點

表3給出了右幅14號墩邊跨側(cè)5號梁段兩邊鋼腹板6個定位點y向的坐標(biāo)及與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差，代表的是波形鋼腹板橫向偏位差，最大值為5 mm。施工中應(yīng)盡可能將各塊段鋼腹板誤差控制在5mm之內(nèi)，以確保合龍段的順利完成。

表3 右幅14號墩邊跨側(cè)5號塊鋼腹板定位表

6 結(jié)語

本文從施工過程仿真計算、線形控制、應(yīng)力控制、鋼腹板空間位置控制等方面對南京長江第四大橋北接線滁河大橋的施工監(jiān)控過程進(jìn)行了闡述。實踐表明，對結(jié)構(gòu)施工全過程的受力和位移狀態(tài)的有效控制，為施工各階段和環(huán)節(jié)的操作提供了科學(xué)依據(jù)，保證了工程施工安全和營運安全。滁河大橋合龍后線形流暢、預(yù)拱度設(shè)置合理、幾何尺寸及結(jié)構(gòu)安全，符合設(shè)計要求。

［1］ 徐 強，萬 水．波形鋼腹板PC組合箱梁橋設(shè)計與應(yīng)力［M］．北京：人民交通出版社，2009．

［2］ 陳健兵，萬 水，喻文兵，等．波形鋼腹板PC組合箱梁彎曲性能理論分析與試驗研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2004，28（1）：15－18．

［3］ 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．

［4］ JTG TF50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京：人民交通出版社，2011．