申紅軍

（山西中交翼侯高速公路有限公司，山西 翼城 043500）

1 工程簡介

某黃河特大橋?yàn)樯轿鞒鍪「咚俟返闹攸c(diǎn)控制性工程，按左右幅分離設(shè)計(jì)，跨徑組成為（120+3×175+96）m，單幅橋面寬 0.5 m（防撞墻）+11 m（行車道）+0.5 m（防撞墻）。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)，箱梁為直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，單箱單室斷面，頂寬12 m，底寬7 m，懸臂長2.5 m，合攏段梁高4.5 m，0號(hào)塊梁高11.0 m，箱梁結(jié)構(gòu)中布置三向的預(yù)應(yīng)力，其中縱、橫向的預(yù)應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力鋼束，豎向的預(yù)應(yīng)力用的是32 mm直徑的精軋螺紋鋼筋。

下部結(jié)構(gòu)采用空心墩，在1號(hào)、4號(hào)墩設(shè)置支座，2號(hào)、3號(hào)墩與主梁固結(jié)。其中2號(hào)墩高153 m，3號(hào)墩高148 m，橋墩基礎(chǔ)采用的是灌注嵌巖樁。

大橋總體布置圖見圖1。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

2 施工過程線形控制的必要性

預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)—連續(xù)組合梁橋?qū)俑叽纬o定橋跨結(jié)構(gòu),其成橋線形與施工方法有著密切的關(guān)系。不同的施工方法及不同的施工工序均會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)線形造成影響。另一方面,由于各種隨機(jī)因素（如材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數(shù)、結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、溫度等）的影響,使得主梁各節(jié)段的實(shí)際撓度測量值很難做到與原理論設(shè)計(jì)值完全一致。而且其主梁豎向撓度偏差具有累積的特性,若不及時(shí)有效加以調(diào)整,隨著梁的懸臂長度的增加,主梁的標(biāo)高會(huì)逐漸偏離設(shè)計(jì)值,最終會(huì)影響橋梁成橋的整體線形，甚至?xí)?dǎo)致誤差過大而無法合攏[1]。

施工控制,就是根據(jù)實(shí)際的施工工序,以及現(xiàn)場獲取的真實(shí)參數(shù)和數(shù)據(jù),對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)理論分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。對(duì)每一施工階段,根據(jù)分析驗(yàn)算結(jié)果給出其主梁端的撓度 （每階段施工掛籃的立模標(biāo)高或梁段定位標(biāo)高）,同時(shí)分析施工誤差狀態(tài)，最終達(dá)到結(jié)構(gòu)實(shí)測撓度與理論值的吻合，成橋后的結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計(jì)要求。

3 大橋施工過程線形仿真分析與監(jiān)測控制

3.1 橋梁仿真分析

大橋采用通用有限元程序MIDAS Civil模擬施工全過程，并利用橋梁博士軟件進(jìn)行比較分析。全橋共離散為259個(gè)單元、262個(gè)節(jié)點(diǎn)，單元節(jié)點(diǎn)離散劃分圖見圖2所示；計(jì)算施工階段劃分與橋梁施工流程相對(duì)應(yīng)，共劃分87個(gè)施工階段和一個(gè)運(yùn)營階段；2號(hào)、3號(hào)墩墩頂與主梁按照剛性固結(jié)處理，1號(hào)、4號(hào)墩墩頂與主梁在主梁施工階段以固結(jié)處理，中跨合攏后解除縱橫向約束，完成體系裝換。

圖2 大橋結(jié)構(gòu)單元離散圖

3.1.1 計(jì)算參數(shù)取值

混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋等主要材料參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)及規(guī)范要求取值；后支點(diǎn)掛籃采用兩個(gè)集中力模擬：每個(gè)掛籃和模板重量取900 kN，前支點(diǎn)分配1 200 kN，后吊桿分配-300 kN。

3.1.2 參數(shù)識(shí)別及修正

該橋采用自適應(yīng)控制方法對(duì)橋梁施工過程中的線形進(jìn)行控制。由于混凝土彈模、容重及有效預(yù)應(yīng)力等部分關(guān)鍵參數(shù)無法直接現(xiàn)場量測，因此需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而修正模型中的參數(shù)，達(dá)到理論和實(shí)際的吻合。該橋?qū)嶋H控制過程中應(yīng)用“最小二乘法”對(duì)部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和誤差分析[2]。

3.2 主梁立模標(biāo)高的確定

控制各節(jié)段的立模標(biāo)高是連續(xù)梁橋、連續(xù)鋼構(gòu)橋線形控制的主要手段。立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高，需要設(shè)置一定的預(yù)拱度。橋梁預(yù)拱度可以分為兩個(gè)部分，第一部分是用于抵消主梁施工過程中的各節(jié)段的變形值，即施工預(yù)拱度；第二部分是用于抵消成橋后活載及收縮徐變作用產(chǎn)生的變形，即成橋預(yù)拱度。立模標(biāo)高的計(jì)算公式為：

式中：Hi為梁體底模標(biāo)高；H0為該梁段設(shè)計(jì)標(biāo)高；fj為掛籃變形，由掛籃預(yù)壓過程中實(shí)際測量繪制出掛籃荷載－撓度曲線，根據(jù)主梁各節(jié)段重量進(jìn)行內(nèi)插得到；fy為梁體施工預(yù)拱度；fs為成橋預(yù)拱度。

3.3 線形現(xiàn)場量測

數(shù)據(jù)的分析及參數(shù)的修正均要以現(xiàn)場量測為基礎(chǔ)。因此準(zhǔn)確獲得大橋各階段主梁的實(shí)際撓度值就顯得尤為重要。

3.3.1 線形測點(diǎn)布置

在各墩“T”構(gòu)的0號(hào)段布設(shè)高程量測基準(zhǔn)點(diǎn)，并定期校核，以觀測橋墩沉降及墩身壓縮對(duì)其高程的影響，并加以修正。其余每個(gè)主梁節(jié)段前端布設(shè)3個(gè)測點(diǎn)，分別位于主梁中軸線及兩側(cè)防撞護(hù)欄內(nèi)側(cè)。在觀測過程中，同時(shí)對(duì)3個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行量測，這樣既可以量測豎向撓度，又可以觀測主梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

3.3.2 量測周期及量測時(shí)間

根據(jù)施工進(jìn)度，每個(gè)主梁節(jié)段對(duì)標(biāo)高進(jìn)行3次量測：a）混凝土澆筑后；b）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后；c）掛籃移動(dòng)后。為了盡可能減少溫度因素對(duì)量測的干擾，每次的測量時(shí)間均在清晨6:00—8:00之間進(jìn)行，因?yàn)榇藭r(shí)段內(nèi)溫度變化較為平緩，對(duì)主梁撓度的影響較小。

4 大橋線形控制結(jié)果

全橋合攏后主梁理論及實(shí)測高程如圖3所示。

圖3 大橋合攏后主梁高程

由圖3可知，大橋合攏后整體線形較為平順，無明顯起伏；實(shí)測高程和理論高程基本吻合，差值較?。ê蠑n段兩側(cè)最大差值為9 mm）；成橋線形滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，表明大橋線形控制較為成功。

5 結(jié)論

通過該黃河特大橋線形控制的實(shí)踐，得出以下結(jié)論：

a）通過參數(shù)修正和誤差識(shí)別得到的有限元模型，可以較好地應(yīng)用于連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程的線形控制。

b）連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋立模標(biāo)高的控制是線形控制的關(guān)鍵，準(zhǔn)確的現(xiàn)場測量是線形控制的基礎(chǔ)。