歐陽亞，張 健，董武鐘，席志龍

（1.中南電力設(shè)計院，湖北 武漢430071；2.中國地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢430074；3. 四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016）

成綿樂鐵路連續(xù)梁橋線性監(jiān)控方法探討

歐陽亞1，張 健2，董武鐘3，席志龍2

（1.中南電力設(shè)計院，湖北 武漢430071；2.中國地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢430074；3. 四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016）

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂法澆筑施工中，伴隨著復(fù)雜的撓度位移和應(yīng)力變化，有效地實(shí)施線性監(jiān)控對施工過程中的結(jié)構(gòu)安全、保證成橋后線形美觀和梁體內(nèi)部受力符合要求具有重要的作用。以成綿樂鐵路客運(yùn)專線跨牛龍路和東風(fēng)渠連續(xù)梁為背景，闡述了線性監(jiān)控的具體方法和實(shí)施步驟。最終監(jiān)控結(jié)果表明，該橋合龍精度滿足設(shè)計要求，施工階段的受力處于安全范圍內(nèi)。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；線性監(jiān)控；撓度；應(yīng)力

在懸臂掛籃施工法中，施工過程存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，即T構(gòu)→雙懸臂梁→連續(xù)箱梁，受力狀態(tài)復(fù)雜。由于各種因素（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、溫度變化等）的影響，以及測量等方面產(chǎn)生的誤差，結(jié)構(gòu)的實(shí)際測量值難以做到與理論設(shè)計值完全一致，這時就需要對這些偏差進(jìn)行有效的調(diào)整，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求[1]。

成綿樂鐵路客運(yùn)專線跨牛龍路和東風(fēng)渠（32+2×56+36）m雙線連續(xù)梁橋在 10#-11#墩跨東風(fēng)渠，11#-12#墩跨越牛龍公路。該橋?yàn)樗目缫宦?lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，橋梁總長為181.3 m，梁高2.8 m，中墩處6 m段梁高為4.4 m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=2.8+1.6X2/202(m) 變化。

1 基于有限元理論的連續(xù)梁橋建模

建模時采用基于有限元原理的橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)MIDAS/Civil 2010，該軟件可以有效地考慮預(yù)應(yīng)力、混凝土的收縮、徐變等與時間有關(guān)的效應(yīng)，通過對單元、荷載、約束的激活和鈍化能夠比較準(zhǔn)確地模擬施工階段[2]。

1.1 邁達(dá)斯計算模擬施工過程

在施工控制開始前，根據(jù)設(shè)計圖及施工技術(shù)方案，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程施工模擬計算，采用平面桿系單元建立模擬施工全過程的全橋結(jié)構(gòu)計算模型，主要分為以下3個階段。

1）懸臂澆筑階段：澆筑階段共分7個階段進(jìn)行，分別為0#塊施工、1#塊施工、…、6#塊施工，每個階段又分3步進(jìn)行，分別為混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃行走。

2）合龍階段：按照先邊跨后中跨的順序進(jìn)行，由于建立模型時實(shí)際施工還沒有進(jìn)行，所以只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來推算每個施工步驟、每個階段塊的持續(xù)時間，等到整個工程完畢后再根據(jù)實(shí)際的持續(xù)時間來修改模型。

3）二期恒載：根據(jù)施工設(shè)計圖紙，施加106 kN/ m的荷載，考慮10 a的收縮徐變期限[3]。

1.2 計算結(jié)果

全橋共75個節(jié)點(diǎn)，69個單元。11#墩為固定支座，9#墩、10#墩、12#墩、13#墩為活動支座，邊跨現(xiàn)澆段支架均采用單向受壓彈簧單元模擬。圖1為該連續(xù)梁結(jié)構(gòu)有限元計算模型圖。

圖1 跨牛龍路和東風(fēng)渠雙線連續(xù)梁橋有限元模型

2 主梁變形的測量與控制

2.1 掛籃變形值的獲取

懸臂施工法中線性監(jiān)控的關(guān)鍵在于模型中計算參數(shù)的選取和立模標(biāo)高的確定。在計算立模標(biāo)高時，需要確定掛籃變形值，掛籃體系的變形由掛籃體系在混凝土重量作用下的彈性變形及掛籃和模板系統(tǒng)各連接桿件因松動而引起的非彈性變形組成。

以10#墩1#塊預(yù)壓為例，預(yù)壓是按1#塊節(jié)段重量的120%進(jìn)行分級加載的。預(yù)壓之前測量所設(shè)定觀測點(diǎn)的高程（H1），采取逐級加載的方式預(yù)壓，每次加載后都要測出其高程，加載完成并待沉降穩(wěn)定后測出各控制點(diǎn)的高程（H2），然后進(jìn)行卸載并待反彈穩(wěn)定后測出相應(yīng)控制點(diǎn)的高程（H3），測點(diǎn)分布圖如圖2所示。

圖2 掛籃預(yù)壓測點(diǎn)布置俯視圖

2.2 立模標(biāo)高的確定

線形（高程）控制是施工控制項(xiàng)目中的重點(diǎn)，線形（高程）控制的目標(biāo)是準(zhǔn)確提供每一個箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高，并對施工過程中出現(xiàn)的超過規(guī)范允許值的誤差進(jìn)行調(diào)整。箱梁懸臂澆筑段的各節(jié)段立模標(biāo)高可用下式計算：

另外在懸臂澆筑各個梁段過程中，由于各個節(jié)段塊的長度和砼重量不同以及一些不可預(yù)見的因素，實(shí)際的掛籃彈性變形往往與預(yù)壓得到的結(jié)果有偏差。這就需要監(jiān)測掛籃在澆注過程中的實(shí)際彈性變形，并與理論結(jié)果比較，從而正確預(yù)測下一梁段的彈性變形。在本橋施工過程中，采用下面的公式來推算掛籃的實(shí)際變形值：

式中，ff為澆筑第n號塊時掛籃彈性變形分別為澆筑第n塊混凝土后第n、n-1、n-2號塊件前端的變位為第n、n-1號塊件長度。

2.3 撓度變形觀測

撓度變形觀測是為了監(jiān)控每個節(jié)段塊在各個施工階段梁體撓度是否符合理論變化，一般監(jiān)控的階段是在每個節(jié)段塊的預(yù)應(yīng)力張拉前后、掛籃前移后和澆筑混凝土之后，以及后期的鑿除臨時支座完成體系轉(zhuǎn)換后和拆除掛籃、支架完成全橋終張拉前后。

2.3.1 截面撓度觀測點(diǎn)的布設(shè)

在每個號塊箱梁節(jié)點(diǎn)斷面設(shè)置3個監(jiān)控點(diǎn)（如圖3），測點(diǎn)布置在距節(jié)點(diǎn)15 cm的斷面內(nèi)。觀測標(biāo)采用φ20 mm的不銹鋼棒，鋼棒露出外面部分需要磨圓處理，在澆筑混凝土前焊接好，端部露出混凝土表面10 mm。觀測點(diǎn)的埋設(shè)應(yīng)保證本身的穩(wěn)定性，同時不妨礙掛籃的前移。

圖3 截面測點(diǎn)布置圖

2.3.2 撓度觀測點(diǎn)的觀測及數(shù)據(jù)處理

按二等水準(zhǔn)測量精度要求形成閉合水準(zhǔn)路線，撓度觀測路線每6個點(diǎn)構(gòu)成一個閉合環(huán)，相鄰閉合環(huán)有3個公共點(diǎn)。水準(zhǔn)線路觀測如圖4所示，其中測點(diǎn)1～6構(gòu)成第一個閉合環(huán)，測點(diǎn)4～9構(gòu)成第二個閉合環(huán)。所有觀測線路在形成閉合環(huán)以前必須置尺2次以上，以保證不會形成相關(guān)閉合環(huán)。平差時整個連續(xù)梁體選擇一個公共基準(zhǔn)點(diǎn)（一般為起始的觀測點(diǎn)），整體平差。

圖4 撓度測量路線圖

2.4 軸線偏位控制

軸線偏位是設(shè)計縱向中樁與實(shí)際施工的橋梁結(jié)構(gòu)物縱向中心的位移量。如果軸線偏位過大，輕則導(dǎo)致連續(xù)梁體成橋后線形不美觀，梁體凈距偏小或過大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致合龍困難。0#塊施工完畢后，通過導(dǎo)線控制點(diǎn)測放出其中心位置作為中線控制點(diǎn),并用預(yù)埋鋼板固定，然后采用導(dǎo)線法確定各節(jié)塊立模時的中線。

3 應(yīng)力的測量與控制

3.1 應(yīng)力測點(diǎn)的布設(shè)

應(yīng)力監(jiān)控點(diǎn)的布置原則是對關(guān)鍵部位重點(diǎn)、詳細(xì)測試，并布置一定數(shù)量的校核測點(diǎn)。布設(shè)斷面為每個墩的支點(diǎn)截面、墩頂臨時固結(jié)截面、1/2懸臂截面和跨中截面，測點(diǎn)布置在箱梁底板和頂板（如圖5），所有傳感器均縱向放置并與縱向主筋連接牢固。

圖5 應(yīng)力測點(diǎn)位置圖

3.2 應(yīng)力數(shù)據(jù)的觀測與處理

應(yīng)力測量的工況階段為：每個節(jié)段塊澆筑混凝土后、張拉前后、掛籃前移、邊跨合龍、中跨合龍、體系轉(zhuǎn)換、全橋張拉。根據(jù)埋入式應(yīng)變傳感器的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，應(yīng)力采集數(shù)據(jù)處理過程如下。

應(yīng)變ε與振弦頻率f的計算公式為：

K為標(biāo)定系數(shù)（K=0.002）。設(shè)I狀態(tài)時應(yīng)變測量為 εi，零點(diǎn)應(yīng)變測量為 ε0，則應(yīng)變累積為Δ ε，Δ ε = （ εi- ε0）。

對于溫度修正，I狀態(tài)時溫度測量為T，零點(diǎn)溫度測量為T0。修改后應(yīng)變?yōu)椋?/p>

式中，Kt=2.2。通過虎克公式可計算得到應(yīng)力：

式中，F(xiàn)為應(yīng)力值；EC為混凝土彈性模量。

4 監(jiān)控結(jié)果及數(shù)值對比分析

限于篇幅，本文只列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)并對結(jié)果予以分析。

表1為10#墩小里程側(cè)的各個節(jié)段塊的梁底標(biāo)高控制值，可以看出預(yù)抬值隨著塊數(shù)的增加而逐漸增大，預(yù)測的沉降值與實(shí)際沉降值之間的誤差均小于1 cm且小于限值，最大為7.2 mm，最小為0.6 mm。說明該方法較為合理，預(yù)測較為準(zhǔn)確。

表1 節(jié)段塊梁底標(biāo)高控制表

由表2可看出2個合龍段合龍前梁底2懸臂相對高差小里程側(cè)為21.2 mm，大里程側(cè)為4.5 mm，除去本橋的縱向坡度高差，則小里程中跨合龍段、大里程中跨合龍段的實(shí)際合龍誤差分別為-4.4 mm和1.3 mm，均小于15 mm 的規(guī)范要求，說明本橋合龍順利。

表2 中跨合龍段合龍誤差

表3 10#墩懸臂根部截面應(yīng)力測量結(jié)果

表3為10#1#張拉前后的懸臂根部截面應(yīng)力值，可以看出實(shí)測應(yīng)力與理論值比較接近，除綿陽側(cè)頂板實(shí)際應(yīng)力較理論值偏大外，其他實(shí)際應(yīng)力均小于理論值，差值在允許范圍內(nèi)。由此可以說明施工中的結(jié)構(gòu)受力是安全的，梁體內(nèi)部應(yīng)力分布比較合理，無異?，F(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié) 語

通過線形控制，成橋后梁體線形優(yōu)美，外觀美觀、接縫平順，與設(shè)計基本吻合，實(shí)現(xiàn)了高精度合龍，合龍誤差分別為-4.4 mm和1.3 mm，滿足限差±15 mm的要求；軸線偏位最大偏差值為9#墩和10#墩的跨中位置為+11.5 mm＜15 mm，在誤差允許范圍之內(nèi)；撓度實(shí)測值與理論值基本吻合，說明建立的邁達(dá)斯模型對撓度變形預(yù)測較為準(zhǔn)確。通過各個階段的應(yīng)力實(shí)際測量值與模型中理論值對比，施工過程中梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力處于安全范圍內(nèi)。說明本文采用的施工控制方法運(yùn)用在連續(xù)梁監(jiān)控中起到較好的效果，對其他類似連續(xù)梁的線性監(jiān)控具有一定的參考價值。

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B

1672-4623（2015）01-0149-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.049

歐陽亞，碩士，主要從事精密工程測量、變形監(jiān)測原理及應(yīng)用的研究。

2013-03-06。