彭立強(qiáng)，劉 超，王 沖

(長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安710064)

高墩大跨徑橋梁通常采用懸臂施工法施工，分階段懸臂施工在施工過程中可以減少大型施工支架以及各種臨時設(shè)備的使用，在施工過程中由于沒有大型支架，因此不會對施工橋下的正常通航產(chǎn)生影響，施工工期不受河流水位情況的影響。在節(jié)段施工的過程中，每段現(xiàn)澆段在溫度、時間以及本身徐變、收縮下的變形又會對其他現(xiàn)澆段的線型和標(biāo)高產(chǎn)生影響。另外，在懸臂澆筑的過程中還存在結(jié)構(gòu)受力體系的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致支點(diǎn)反力以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化。因此，在施工過程中需要對整個施工過程進(jìn)行完整的施工監(jiān)控從而保證橋梁線型與設(shè)計的吻合，確保施工質(zhì)量合格。

1 工程概述

黑城河特大橋?yàn)?57.5+95+57.5)m的連續(xù)鋼構(gòu)橋，并且主橋的截面采用的是變截面的單箱單室結(jié)構(gòu)，其中每箱的寬度為6.7 m，主橋的橋面全寬為12 m。主橋的橋面選取4%的橫坡，主墩墩身為鋼筋砼實(shí)心雙薄壁墩，每片墩寬6.7 m，墩厚度 1.4 m，墩高為 34.58 m。立面布置如圖 1所示。

圖1 黑城河特大橋立面圖

2 施工控制

2.1 施工控制方法

由于橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多變，施工工藝的不同以及對于橋梁施工監(jiān)控的具體內(nèi)容有較大的差異性，因此對于橋梁施工控制所采取的方法也不盡相同。在實(shí)際橋梁工程中經(jīng)常采用的施工控制方法主要有事后調(diào)整控制法、自適應(yīng)控制法、預(yù)測控制法以及最大寬度容度法等，也有將橋梁施工控制方法以控制論作為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，分為反饋控制、自適應(yīng)控制以及開環(huán)控制等。

本文以黑城河特大橋?yàn)楸尘埃槍δ壳按罂鐝竭B續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工的實(shí)際情況，以確保施工中及成橋后結(jié)構(gòu)線型與理想施工狀態(tài)線型盡可能一致，結(jié)構(gòu)撓度、內(nèi)力均在容許范圍之內(nèi)為目的，運(yùn)用現(xiàn)代預(yù)測控制理論，對連續(xù)剛構(gòu)橋的施工控制進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。預(yù)測控制法是一種對所有橋梁都適用的施工控制方法，這種方法是通過對橋梁施工過程可能存在的所有影響因素以及施工需要達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行全面的分析，對橋梁的每一個施工階段完成前后可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且按照預(yù)測結(jié)果進(jìn)行橋梁施工。

2.2 施工控制流程

在進(jìn)行橋梁施工監(jiān)控的過程中，為了確定各個現(xiàn)澆塊的立模標(biāo)高，需要對前一現(xiàn)澆段的主梁撓度進(jìn)行觀測，得到主梁撓度的實(shí)際變化情況，從而根據(jù)實(shí)測的前一現(xiàn)澆段的撓度情況，確定下一現(xiàn)澆段的立模標(biāo)高。在進(jìn)行施工控制時，還需要根據(jù)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)值進(jìn)行對比，理論計算數(shù)值通過MIDAS/CIVIL實(shí)體建模進(jìn)行計算，如果二者存在較大的誤差，還需要對其進(jìn)行誤差估算，然后對理論計算數(shù)值進(jìn)行修正，保證與實(shí)際工程的吻合。

施工控制的具體工作流程如圖2所示。

圖2 施工控制流程圖

3 有限元分析模型的建立

本文根據(jù)橋梁的幾何參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和初始狀態(tài)建立監(jiān)控有限元計算模型。采用大型有限元軟件MIDAS/CIVIL中的結(jié)構(gòu)建模助手作全橋施工階段的仿真分析模擬。在黑城河特大橋模型中，共劃分了100個節(jié)點(diǎn)，全橋通用梁單元，共建立梁單元87個。其中主梁單元為67個，橋墩各劃分為5個單元。其中將各個零號塊皆劃分為6個單元，每個懸臂段劃分為一個單元，合攏段為一個單元。在施工過程中各個“T”構(gòu)上部同時施工，合攏時采用先邊跨后中跨的合攏順序。

全橋MIDAS/CIVIL模型如圖3所示。

圖3 全橋MIDAS模型

4 大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋施工監(jiān)控

4.1 預(yù)拋高監(jiān)測

橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度是通過建立正確的計算模型，并且設(shè)置正確的性能指標(biāo)之后，經(jīng)過對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，考慮施工過程中的各種荷載，通過分析得到結(jié)構(gòu)在施工階段中各個階段的撓度情況，再與實(shí)際測得的撓度數(shù)值進(jìn)行對比分析，在進(jìn)行誤差分析與修正之后得到最終的成橋狀態(tài)下的撓度，用f恒表示。

圖4 預(yù)拋高監(jiān)控圖

式(1)中分別考慮了大橋通車時的橋面標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高的吻合及通車1 000 d時橋面標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高相吻合兩種情況。此處只給出部分節(jié)段的純理論預(yù)拋高，其值沒有包括施工期的誤差分析調(diào)整。本文提取左幅37號墩的部分預(yù)拋高監(jiān)控結(jié)果如表1所示。

表1 預(yù)拋高對比值

分析表明:左幅37號墩的1號塊到7號塊實(shí)際預(yù)拋高與理論預(yù)拋高線型吻合，其最大誤差為7 mm，最小誤差為0 mm，誤差值小于10 mm，均控制在誤差范圍內(nèi)，符合相關(guān)要求。其誤差來源主要是:立模誤差、掛籃變形預(yù)估誤差、儀器誤差、人為讀數(shù)引起的誤差。

對預(yù)拋高進(jìn)行監(jiān)控是全橋施工過程中的關(guān)鍵工作，通過實(shí)際測得的預(yù)拱度的數(shù)值變化與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比之后可以知道，各個施工階段的預(yù)拋高誤差都較小，平均誤差＜10 mm，誤差在允許范圍之內(nèi)，符合監(jiān)控要求。

4.2 高程監(jiān)測

本文高程的監(jiān)控也取左幅37號墩部分，高程監(jiān)控結(jié)果見表2，高程控制結(jié)果如圖5。分析可知，實(shí)際成橋標(biāo)高是在設(shè)計標(biāo)高上、下波動的，兩者偏差不大，滿足要求。

4.3 應(yīng)力監(jiān)測

在黑城河特大橋的懸臂澆筑施工中，由于懸臂施工是其中的關(guān)鍵過程，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，在整個施工過程中都需要對橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測。對于橋梁應(yīng)力監(jiān)測最主要的是對主梁中的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測。本實(shí)驗(yàn)在橋梁跨中位置布置六個應(yīng)力測點(diǎn)，應(yīng)力數(shù)據(jù)處理分析流程見圖6，其測點(diǎn)位置如圖7所示。

應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果中應(yīng)力負(fù)值表示受壓，正值表示受拉。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第7.2.8條，按短暫狀況施工階段計算時，C50混凝土需滿足:

壓應(yīng)力 σtcc≤0.7，f'ck=22.68 MPa;

拉應(yīng)力 σtcc≤0.7，f'tk=1.855 MPa。

實(shí)測應(yīng)力滿足以上要求。實(shí)測選取左幅中跨1/2截面處，應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

圖5 左幅37號墩各節(jié)段高程控制結(jié)果

表2 左幅37#墩各節(jié)段高程 m

圖6 應(yīng)力分析流程圖

圖7 應(yīng)力測點(diǎn)的布置圖

應(yīng)力控制反映的是各施工階段主梁最不利截面應(yīng)力大小。由控制截面的應(yīng)力分析可以看出:各截面理論計算應(yīng)力值與實(shí)測值較為接近，說明預(yù)應(yīng)力筋張拉有效;各截面應(yīng)力實(shí)測值均小于其應(yīng)力限值且有較大余地，說明整個施工過程中結(jié)構(gòu)始終處于安全狀態(tài);在各截面上同一高度處測點(diǎn)應(yīng)力值分布并不一致，而是存在差異，這正是箱梁剪力滯后效應(yīng)的表現(xiàn)。黑城河特大橋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果表明:黑城河特大橋的施工安全、可靠，沒有出現(xiàn)異常情況。

表3 左幅中跨1/2截面應(yīng)力值

5 結(jié)束語

對黑城河特大橋的實(shí)際監(jiān)控結(jié)果表明，選用的施工監(jiān)控方法滿足要求，通過與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對比可知其預(yù)拋高控制、高程控制以及應(yīng)力控制都比較可靠，監(jiān)控效果滿足預(yù)期設(shè)計要求，監(jiān)控方法可以供類似工程借鑒。

［1］ JTJ 023－85.公路鋼筋及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ 薛金山.大跨度連續(xù)梁橋懸臂施工階段的應(yīng)力分析［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

［3］ JTJ D23－2004.公路鋼筋及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ 郭堅.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋下?lián)蠁栴}的研究［D］.長沙:長沙理工大學(xué)，2006.

［5］ 周舟.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋中混凝土收縮徐變的影響研究［D］.長沙:長沙理工大學(xué)，2006.

［6］ 韓廣鵬.預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋長懸臂箱梁應(yīng)力分布研究［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2010.

［7］ 王林.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁溫度、徐變效應(yīng)的分析研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2005.

［8］ 徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2005.