呂穎釗，唐 熙

（1.杭州市公路管理局，浙江 杭州310030；2.浙江省交通科學(xué)研究院，浙江 杭州310006）

0 引言

鋼箱-混凝土疊合梁是通過(guò)剪力件將鋼梁與混凝土板連接起來(lái)共同受力、變形協(xié)調(diào)的一種梁，其充分利用了鋼的優(yōu)越抗拉性能和混凝土的優(yōu)越抗壓性能，顯著提高了梁的剛度和穩(wěn)定性。鋼箱-混凝土疊合梁具有結(jié)構(gòu)輕盈、跨越性強(qiáng)、承載力大、便于架設(shè)、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來(lái)迅速發(fā)展的一種中等跨徑橋梁結(jié)構(gòu)型式[1-2]。

鑒于這種橋梁結(jié)構(gòu)型式在公路跨線橋上應(yīng)用并不多，各地應(yīng)用情況也存在差異，因此，設(shè)計(jì)部門一般要求在鋼箱-混凝土疊合梁橋施工過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)控。施工監(jiān)控的目的主要有：（1）保證施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)的安全、可靠；（2）保證橋梁的成橋線形、變位以及關(guān)鍵部位的應(yīng)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)開展施工監(jiān)控，對(duì)結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)差異性進(jìn)行測(cè)試和分析，根據(jù)需要調(diào)整、優(yōu)化施工方案，指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，使橋梁結(jié)構(gòu)趨于理想狀態(tài)[3]。特別是在遇到危險(xiǎn)情況時(shí)，可以及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

本文結(jié)合某公路跨線鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工工序，對(duì)其線形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行分析。

1 工程概況

1.1 工程背景

B匝道橋位于錢江通道及接線工程南接線段第11 施工合同段齊賢樞紐范圍內(nèi)，其上跨杭甬高速公路，跨徑組合為35m+33m，橋面寬度為9.8m，梁高1.8m。主梁下部由兩片開口薄壁鋼箱梁通過(guò)橫隔板橫向連接而成，上部為25cm 厚整體現(xiàn)澆鋼纖維混凝土橋面板，鋼箱梁和橋面板之間通過(guò)剪力釘連接，以保證兩種材料共同受力和變形協(xié)調(diào)。中間主墩為鋼墩，內(nèi)填鋼纖維混凝土，與主梁底板固結(jié)。

B匝道橋鋼箱梁的加工地點(diǎn)在武漢，架設(shè)地點(diǎn)在杭州，為方便運(yùn)輸和架設(shè)，根據(jù)長(zhǎng)度和重量要求，將鋼箱梁分為6段進(jìn)行運(yùn)輸、吊裝和焊接。為確保B匝道橋的順利施工，對(duì)該橋進(jìn)行施工監(jiān)控。

1.2 施工階段劃分

根據(jù)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)安排，B匝道橋主要施工階段劃分如下[4-6]：

（1）安裝架設(shè)主墩，搭設(shè)臨時(shí)支墩；

（2）分段吊裝鋼箱梁；

（3）縱向焊接各段鋼箱梁；

（4）焊接橫隔板；

（5）澆筑主墩及邊支座上方箱內(nèi)混凝土；

（6）拆除臨時(shí)支撐；

（7）搭設(shè)橋面板模板；

（8）第一次澆筑橋面板混凝土；

（9）第二次澆筑橋面板混凝土；

（10）邊支座頂升；

（11）邊支座安裝就位；

（12）施工防撞護(hù)欄及橋面鋪裝。

根據(jù)B匝道橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系的變化開展監(jiān)控，以控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、變形和應(yīng)力。當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可能會(huì)失穩(wěn)、主梁線形較大幅度偏離階段目標(biāo)、主梁應(yīng)力接近或超出安全控制指標(biāo)時(shí)，應(yīng)暫停施工并查明原因。整個(gè)監(jiān)控過(guò)程以線形監(jiān)控為主、應(yīng)力監(jiān)控為輔。

1.3 監(jiān)控截面及測(cè)點(diǎn)布設(shè)

（1）應(yīng)力監(jiān)測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)和招標(biāo)要求，鋼箱-混凝土疊合梁應(yīng)力監(jiān)控截面為每跨跨中截面和中間墩墩頂截面，如圖1所示。

圖1 應(yīng)力監(jiān)控截面布置圖

為了確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，采用目前技術(shù)比較成熟的表貼式振弦應(yīng)力傳感器作為應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備，焊接于鋼箱梁的內(nèi)側(cè)表面，每個(gè)截面設(shè)置10 個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，B 匝道橋共設(shè)置30 個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

（2）變形監(jiān)測(cè)

對(duì)于變形監(jiān)測(cè)，每隔5m 布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面的測(cè)點(diǎn)在鋼箱梁架設(shè)并焊接完成后布設(shè)于鋼箱梁翼板頂部靠外側(cè)，在橋面板澆筑前后則通過(guò)在相應(yīng)位置布設(shè)鋼筋頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 截面變形測(cè)點(diǎn)布置圖

2 監(jiān)控及分析

2.1 計(jì)算模型

結(jié)合工程精度要求，為便于計(jì)算，采用Midas Civil 2012有限元分析軟件進(jìn)行建模分析，鋼箱-混凝土疊合梁共設(shè)置梁?jiǎn)卧?40 個(gè)，節(jié)點(diǎn)237 個(gè)。假定橋面板與鋼箱梁能夠共同受力和協(xié)調(diào)變形，即二者之間不發(fā)生相對(duì)滑移[7]，橋面板與鋼箱梁之間采用剛性連接模擬。計(jì)算模型如圖4、圖5所示。

圖4 全橋模型示意圖

圖5 截面模型示意圖

根據(jù)施工階段劃分及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，鋼箱-混凝土疊合梁建模計(jì)算分為16 個(gè)工況。其中，鋼箱梁分段安裝、臨時(shí)支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升、護(hù)欄及橋面鋪裝施工為主要施工階段。限于篇幅，本文僅針對(duì)臨時(shí)支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升等3 個(gè)關(guān)鍵工序進(jìn)行施工監(jiān)控分析。

2.2 應(yīng)力分析

橋梁采用分階段施工時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力一直是關(guān)注的重點(diǎn)，如果結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)不符，將造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題[8-9]。但是，一方面階段施工中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的精確計(jì)算受到不同模擬方法的限制，另一方面結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力受現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)荷載及環(huán)境溫度等因素影響，使得實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力存在一定偏差。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，可及時(shí)判斷結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)，為下一步施工提供指導(dǎo)。關(guān)鍵工序?qū)崪y(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力對(duì)比結(jié)果（以S1、S2截面為例）如圖6～圖11所示。

圖6 臨時(shí)支撐拆除后S1截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

圖7 臨時(shí)支撐拆除后S2截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

圖8 橋面板澆筑(分兩次澆筑)后S1截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

圖9 橋面板澆筑(分兩次澆筑)后S2截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

圖10 支座頂升后S1截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

圖11 支座頂升后S2截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果

從應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出：

（1）各關(guān)鍵工序下跨中（S1）和支點(diǎn)（S2）的應(yīng)力實(shí)測(cè)值均在容許范圍之內(nèi)，實(shí)測(cè)值與理論值整體變化趨勢(shì)基本吻合，說(shuō)明鋼箱-混凝土疊合梁在施工過(guò)程中的截面變形均滿足平截面假定，沒有發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

（2）局部測(cè)點(diǎn)應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值偏差較大，這與傳感器安裝及溫度影響等有關(guān)。

（3）支座頂升工序?qū)ΟB合梁中支點(diǎn)截面受力產(chǎn)生了積極的影響，不僅消除了箱梁底板大部分壓應(yīng)力，還在疊合梁上部現(xiàn)澆橋面板內(nèi)產(chǎn)生了一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。

（4）計(jì)算模型對(duì)梁?jiǎn)卧饔门ぞ匦?yīng)考慮了彎扭耦合作用，計(jì)算結(jié)果可滿足工程精度要求。

2.3 變形分析

考慮到環(huán)境溫度對(duì)主梁變形(撓度)的影響較大，對(duì)變形測(cè)點(diǎn)的測(cè)量選在清晨5：00—8：00進(jìn)行，此時(shí)結(jié)構(gòu)正好處于夜間降溫主梁上撓變形停止和白天升溫主梁下?lián)献冃沃?，是環(huán)境溫度所致結(jié)構(gòu)變形相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段，可消除環(huán)境溫度對(duì)主梁撓度變化的大部分影響。關(guān)鍵工序?qū)崪y(cè)變形與理論變形對(duì)比結(jié)果（以B1測(cè)點(diǎn)為例）如圖12～圖14所示。

圖12 臨時(shí)支撐拆除后各監(jiān)測(cè)斷面B1測(cè)點(diǎn)變形結(jié)果

圖13 橋面板澆筑（分兩次澆筑）后各監(jiān)測(cè)斷面B1測(cè)點(diǎn)變形結(jié)果

圖14 支座頂升后各監(jiān)測(cè)斷面B1測(cè)點(diǎn)變形結(jié)果

從變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出：

（1）各關(guān)鍵工序下結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)變形與理論變形整體趨勢(shì)吻合良好，說(shuō)明采用Midas 程序建模分析，計(jì)算結(jié)果在工程精度要求范圍內(nèi)，滿足施工控制要求；同時(shí)，也驗(yàn)證了橋梁線形的變化規(guī)律和程度基本符合設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（2）盡管在測(cè)量時(shí)間上避開了溫度較高且變化較快的時(shí)段，但是由于環(huán)境溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響復(fù)雜，很難完全消除其對(duì)實(shí)測(cè)變形的影響；

（3）在理論變形絕對(duì)值較小的區(qū)域，實(shí)測(cè)值有一定偏離，這與測(cè)量誤差等因素有關(guān)，屬于正常情況。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)錢江通道及接線工程南接線段第11施工合同段齊賢樞紐跨杭甬高速B匝道鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工監(jiān)控，詳細(xì)分析了在臨時(shí)支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升等3個(gè)關(guān)鍵工序下結(jié)構(gòu)應(yīng)力和線形的變化情況。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對(duì)比表明，該橋的應(yīng)力和變形均在正常范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。其中，支座頂升工序?qū)ΟB合梁關(guān)鍵截面受力產(chǎn)生了積極的影響。同時(shí)，采用Midas程序建模分析，對(duì)梁?jiǎn)卧饔门ぞ匦?yīng)考慮了彎扭耦合作用，對(duì)于中等跨徑的鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工控制計(jì)算是有效的，可滿足工程精度要求。

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