劉利民

（山西省工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證審查中心，太原 030002）

大跨徑混凝土連續(xù)箱梁橋是一種多次超靜定結(jié)構(gòu)，其理想結(jié)構(gòu)線形和應(yīng)力狀態(tài)不僅與設(shè)計(jì)有關(guān)，而且還依賴于科學(xué)合理的施工方法，依賴于施工過程中對(duì)結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力的有效控制。在連續(xù)箱梁懸臂澆筑過程中，由于各種因素（如橋用材料性能、施工精度、荷載及大氣溫度等）的影響，結(jié)構(gòu)成橋線形及應(yīng)力狀態(tài)會(huì)偏離理論設(shè)計(jì)狀態(tài)，如果不加以控制，將會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)線形偏離太大、主橋合攏困難等問題，甚至導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題。為了確保橋梁在施工過程中結(jié)構(gòu)變形及受力始終處于安全范圍內(nèi)，且成橋后的結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)接近理論狀態(tài)，對(duì)大跨徑混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行施工控制是必不可少的。該橋以線形控制為主，應(yīng)力控制為輔。

1 工程概況

清江上某大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋跨布置為4×20m＋（65m＋100m＋65m）＋4×20m，主橋采用單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。箱梁根部高度6.2m，跨中高度2.6m，箱梁根部底板厚80cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度及箱梁底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁腹板根部厚80cm，跨中厚50cm，箱梁腹板厚度在腹板變化段按直線段漸變。箱梁頂板厚28cm，箱梁頂寬9.5m，底寬6m，頂板懸臂長(zhǎng)度1.75m，懸臂板端部厚20cm，根部厚60cm。箱梁頂設(shè)有2%的橫坡，主橋上部構(gòu)造按全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力。箱梁采用C50混凝土。設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)：公路Ⅱ級(jí)。橋型布置圖見圖1。

2 有限元仿真模擬分析

2.1 全橋有限元模型的建立

采用有限元Midas／Civil軟件來(lái)建立該連續(xù)箱梁橋三維空間模型，所建立的模型中只考慮了縱向預(yù)應(yīng)力鋼束（包括平彎及豎彎），單元按照施工節(jié)段來(lái)劃分，模型共分70個(gè)單元和99個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

2.2 立模標(biāo)高計(jì)算

在連續(xù)箱梁橋懸臂澆筑法中，由于存在各種因素的影響，橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)線形會(huì)偏離理論目標(biāo)線形。為了控制這種偏差在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，施工過程中需設(shè)置預(yù)拱度，也就是通過調(diào)整每一施工節(jié)段的立模標(biāo)高來(lái)達(dá)到成橋線形與理論線形相一致的目的。一般情況下，在施工每一節(jié)段時(shí)通過設(shè)置一定的預(yù)拱度來(lái)抵消后期施工中產(chǎn)生的變形影響，也就是箱梁節(jié)段立模標(biāo)高并不是設(shè)計(jì)提供的標(biāo)高，其計(jì)算公式如下

式中，Hmi為第i節(jié)段梁端立模標(biāo)高；Hji為第i節(jié)段梁段設(shè)計(jì)標(biāo)高；Hgi為預(yù)拱度計(jì)算值；fg為掛籃變形值，由預(yù)壓試驗(yàn)確定。

通過已建MIDAS模型來(lái)計(jì)算預(yù)拱度值，預(yù)拱度荷載組合為恒載＋1／2活載，其中恒載包括施工梁段的自重，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力，施工臨時(shí)荷載等，活載則包括汽車荷載和人群荷載，該橋預(yù)拱度計(jì)算值及設(shè)計(jì)院提供預(yù)拱度值對(duì)比見圖3。

由圖3可知，模型計(jì)算預(yù)拱度值與設(shè)計(jì)院提夠預(yù)拱度值基本相符，兩者相差最大值不超過1cm，故模型計(jì)算預(yù)拱度值可有效指導(dǎo)工程施工。

3 施工精細(xì)控制

大跨徑混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控是一個(gè)施工→測(cè)量→識(shí)別→修正→預(yù)測(cè)→施工的循環(huán)過程。施工控制中最基本的原則是先確保施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的安全，在此前提下，再對(duì)施工過程中的結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力進(jìn)行雙控，其中以變形控制為主，應(yīng)力控制為輔，確保橋梁最終的結(jié)構(gòu)狀態(tài)滿足預(yù)期目標(biāo)。

3.1 線形控制

對(duì)于懸臂澆筑的連續(xù)箱梁橋，施工一個(gè)梁段稱為一個(gè)節(jié)段，將每節(jié)段分成①定位立模；②混凝土澆筑；③預(yù)應(yīng)力張拉3個(gè)工況。通過現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值（MIDAS模型）進(jìn)行對(duì)比分析，得出當(dāng)前施工節(jié)段及已施工節(jié)段的線形狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)主橋最終線形的有效控制。

3.1.1 測(cè)點(diǎn)布置

每一梁段懸臂端截面梁頂設(shè)立三個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)均用短鋼筋預(yù)埋，短鋼筋伸出長(zhǎng)度比箱梁截面混凝土表面高20～30mm，其頂端平滑，觀測(cè)點(diǎn)須用紅油漆標(biāo)明編號(hào)。當(dāng)前現(xiàn)澆節(jié)段懸臂端截面梁底同時(shí)對(duì)應(yīng)設(shè)立三個(gè)臨時(shí)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，作為當(dāng)前節(jié)段控制截面梁底標(biāo)高用，并給出對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)的高程關(guān)系，測(cè)點(diǎn)布置見圖4。

3.1.2 箱梁線形跟蹤觀測(cè)

每一節(jié)段按三種工況（即：混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力束張拉后和掛籃前移后）來(lái)進(jìn)行箱梁線形的測(cè)量。在測(cè)量過程中，還要考慮溫度的變化，為了找出溫度變化引起箱梁線形變化的規(guī)律，在工況不變的情況下，從早晨6：00至下午18：00間對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，從而了解溫差變化較大時(shí)的線形變化情況，為待施工節(jié)段立模標(biāo)高的確定提供較為可靠的依據(jù)。

3.2 應(yīng)力控制

由于鋼筋混凝土材料的非均勻性和復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)分析結(jié)果涉及到設(shè)計(jì)參數(shù)的選?。ㄈ绮牧咸匦?、密度、截面特性等參數(shù)）、施工狀況的確定（施工荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù)）和結(jié)構(gòu)分析模型等諸多因素的影響，結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力很難完全吻合，即計(jì)算應(yīng)力不可能反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。因此，采用性能可靠的傳感元件，通過參數(shù)識(shí)別、誤差分析與處理，使結(jié)構(gòu)測(cè)試應(yīng)力盡可能地接近于真實(shí)，從而較準(zhǔn)確地掌握結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)于大跨徑混凝土連續(xù)箱梁橋，考慮到施工先后順序、施工人員、施工時(shí)間及預(yù)應(yīng)力束應(yīng)力損失等因素，箱梁應(yīng)力控制截面及測(cè)點(diǎn)布置見圖5。

3.2.2 箱梁應(yīng)力測(cè)試

大跨徑混凝土連續(xù)梁橋應(yīng)力測(cè)試也是按三個(gè)工況循環(huán)推進(jìn)，即掛籃定位立模、混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力束張拉后。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的對(duì)比分析，得出箱梁控制截面的應(yīng)力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力的有效控制。

3.3 溫度場(chǎng)控制

箱梁的線形和應(yīng)力與大橋所處溫度場(chǎng)是息息相關(guān)的，所以必須對(duì)大橋溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。在主橋控制截面內(nèi)預(yù)埋溫度元件，測(cè)試截面和測(cè)點(diǎn)布置同箱梁應(yīng)力測(cè)試截面，以測(cè)量其內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布。根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度場(chǎng)，修正箱梁應(yīng)力及線形測(cè)試結(jié)果，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理論計(jì)算狀態(tài)在同一溫度場(chǎng)下進(jìn)行比較分析。

4 施工控制結(jié)果分析

4.1 箱梁中跨及邊跨合攏段精度

中跨及邊跨合攏段是箱梁懸澆施工過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)全橋的整體線形有著至關(guān)重要的影響。在各合攏段施工前，對(duì)合攏口兩端的高程進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見表1。

表1 各合攏段鎖定前兩側(cè)底板高程差

從表1可知，各合攏段在鎖定前兩側(cè)底板相對(duì)高程差最大值為8mm，最小值為－5mm，滿足規(guī)范規(guī)定的合攏精度（合攏段相對(duì)高差絕對(duì)值≤20mm），說明該橋各合攏段順利合攏。

4.2 箱梁線形控制分析

大跨徑橋梁施工控制必須保證箱梁線形滿足設(shè)計(jì)要求，以保證大橋結(jié)構(gòu)線形流暢。待所有合攏段預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，對(duì)該橋線形進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見圖6。

從圖6可知，連續(xù)梁橋箱梁底板高程均比理論計(jì)算值大，以抵消橋面系施工時(shí)產(chǎn)生的累積撓度以及運(yùn)營(yíng)階段混凝土的收縮徐變引起的變形，使得主橋10年后的最終線形向設(shè)計(jì)線形靠攏。高程最大偏差值（于中跨合攏段處）為12mm，小于規(guī)范規(guī)定值（L／5000＝16mm），說明在成橋狀態(tài)下，箱梁結(jié)構(gòu)線形與理論線形吻合良好。

4.3 箱梁應(yīng)力控制分析

在混凝土箱梁懸澆施工中，按混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力束張拉兩種工況，利用控制截面埋設(shè)的振弦式傳感元件，對(duì)混凝土箱梁應(yīng)變進(jìn)行跟蹤測(cè)試，通過應(yīng)力測(cè)試誤差分析并與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)比分析，從而反映出整個(gè)施工狀況。待全橋所有預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，對(duì)箱梁控制截面應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見圖7。

從圖7可知，在成橋狀態(tài)下，箱梁控制截面均處于受壓的狀態(tài)，且接近理論計(jì)算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)處于安全范圍之內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

施工控制在大跨徑混凝土連續(xù)梁橋施工中是必要的。運(yùn)用MIDAS有限元軟件對(duì)主橋施工階段進(jìn)行仿真模擬分析，計(jì)算各節(jié)段施工預(yù)拱度值及各階段結(jié)構(gòu)理論計(jì)算狀態(tài)，通過現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，本橋各施工階段結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力均在可控范圍內(nèi)，各合攏段精度符合規(guī)范要求，且成橋狀態(tài)下箱梁結(jié)構(gòu)線形及應(yīng)力狀態(tài)與理論計(jì)算狀態(tài)相符。

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