陳 湛 榮

(佛山市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 佛山 528000)

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結(jié)合施工控制進(jìn)行大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)優(yōu)化

陳 湛 榮

(佛山市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 佛山 528000)

以佛山石灣特大橋主橋?yàn)槔榻B了矮塔單索面混凝土斜拉橋的施工控制措施，并對(duì)該橋進(jìn)行了全過(guò)程設(shè)計(jì)跟蹤，探討了此類橋型在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，為以后同類橋型設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。

斜拉橋，箱形梁，有限元法，彈性模量

1 工程背景

該工程是325國(guó)道改線段的重要組成部分。采用一級(jí)公路兼城市快速路功能設(shè)計(jì)，石灣特大橋主橋跨徑布置為90.5 m+150 m+90.5 m，全長(zhǎng)331 m。橫向布置為0.5 m(防撞護(hù)欄)+14.25 m(行車(chē)道)+4 m(中央分隔帶)+14.25 m(行車(chē)道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)，全寬33.5 m，雙向八車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速：80 km/h，橋梁設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅰ級(jí)，抗震設(shè)防烈度：7度，截面為單箱三室變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。主橋采用懸臂澆筑法施工，采用墩梁臨時(shí)固結(jié)措施。主橋橋型布置見(jiàn)圖1。

2 施工控制方法

該橋采用自適應(yīng)控制方法進(jìn)行施工控制，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)施工的橋梁結(jié)構(gòu)與仿真計(jì)算模型的理論結(jié)果有差異時(shí)，先通過(guò)參數(shù)識(shí)別理論，識(shí)別出誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的理論結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果一致，以此模型重新計(jì)算各施工階段節(jié)段的理想狀態(tài)。經(jīng)過(guò)反復(fù)識(shí)別后的仿真模型就是用于指導(dǎo)施工的有效計(jì)算模型，從而對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行有效的指導(dǎo)。

3 有限元計(jì)算模型

施工控制初期，必須對(duì)石灣特大橋各施工階段進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力和變形的計(jì)算，施工控制的初始數(shù)據(jù)就是從初始仿真計(jì)算模型中整理所得。該橋分別用MIDAS/CIVIL、橋梁博士?jī)商琢簡(jiǎn)卧?jì)算程序、MIDAS/FEA實(shí)體單元計(jì)算程序進(jìn)行仿真分析，并對(duì)三向預(yù)應(yīng)鋼筋的作用進(jìn)行了局部計(jì)算。計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

4 立模標(biāo)高的計(jì)算

混凝土懸澆梁橋施工控制數(shù)據(jù)中，立模標(biāo)高的確定是主要的環(huán)節(jié)。從仿真模型中提取出施工預(yù)拱度，經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別后，得出與實(shí)際吻合的施工預(yù)拱度，此施工預(yù)拱度就構(gòu)成了理論預(yù)拱度的重要組成部分。理論預(yù)拱度由施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度兩部分組成。其中施工預(yù)拱度主要是懸澆梁節(jié)段累計(jì)位移的反拱；成橋預(yù)拱度包括活載及運(yùn)營(yíng)階段收縮徐變等引起位移的反拱。

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其中，向下變形取正值，向上變形取負(fù)值。f立為立模標(biāo)高；f設(shè)為設(shè)計(jì)標(biāo)高；f累計(jì)為梁段自身及后續(xù)梁段施工對(duì)該節(jié)段高程引起的累計(jì)位移；f掛為掛籃引起的位移，包括掛籃自重和掛籃彈性變形引起的位移量，若支架施工，則為支架變形量；f二為二期恒載引起的位移；f收徐10為混凝土收縮徐變引起的位移，按10年計(jì)算；f收徐為施工節(jié)段收縮徐變引起的位移；f活為活載引起的位移；f預(yù)為張拉預(yù)應(yīng)力引起的位移；f斜為張拉斜拉索引起的位移。除此以外，若日照溫差較大，且需要在烈日下進(jìn)行立模操作，則必須計(jì)入日照溫差的影響。

5 索力張拉控制

在施工階段，索力張拉以控制標(biāo)高、線形為主，兼顧應(yīng)力。佛山石灣特大橋斜拉索采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采取獨(dú)根張拉鋼絞線的方式，給施工、監(jiān)控及索力的采集帶來(lái)了不少困難。對(duì)此，除配合施工單位控制單根鋼絞線的錨下應(yīng)力外，同時(shí)通過(guò)索力動(dòng)測(cè)儀測(cè)試斜拉索的頻率，以雙控的方法盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)所期望的索力值。石灣特大橋主橋施工控制過(guò)程中，斜拉索索力均能控制在5%以內(nèi)。

6 溫度變化對(duì)標(biāo)高的影響

施工監(jiān)控前期，將根據(jù)以往橋梁監(jiān)控的經(jīng)驗(yàn)預(yù)估溫差對(duì)標(biāo)高的影響值，后期將對(duì)石灣特大橋進(jìn)行連續(xù)的標(biāo)高監(jiān)測(cè)，捕獲到日照溫差對(duì)石灣特大橋的影響量值，以指導(dǎo)石灣特大橋后續(xù)的施工以及為日后其他類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。表1及圖3為標(biāo)高隨著一天的時(shí)間、溫度的變化情況。

表1 最大懸臂狀態(tài)下主梁溫度—高程測(cè)量數(shù)據(jù)表

從表1，圖3可以看出，當(dāng)懸臂階段較大時(shí)，日照溫差對(duì)主梁變形較大，以石灣特大橋主橋?yàn)槔?，最大懸臂階段，日照溫差引起主梁梁端變形量達(dá)2 cm。

7 參數(shù)識(shí)別

施工過(guò)程中，較多設(shè)計(jì)參數(shù)與理論值存在差異，此種差異是引起施工誤差的主要因素之一。因此，施工控制中，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)的收集，以此作為參數(shù)識(shí)別的數(shù)據(jù)支撐，識(shí)別出來(lái)較真實(shí)的參數(shù)后，對(duì)初始仿真計(jì)算模型進(jìn)行修正，使實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理論仿真計(jì)算相吻合，以此指導(dǎo)施工。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，石灣特大橋上所用混凝土7 d彈性模量已經(jīng)超過(guò)理論彈性模量3.6×104MPa的水平，28 d彈性模量超過(guò)理論彈模約31%。由于彈模的增大，導(dǎo)致主梁實(shí)際剛度比理論剛度偏大，必然導(dǎo)致實(shí)際發(fā)生的主梁變形比理論值小。為了更好的控制主梁線形，根據(jù)主梁變形的測(cè)量數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)彈性模量值進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，修改模型的計(jì)算參數(shù)。下面針對(duì)石灣特大橋施工至8號(hào)塊節(jié)段澆筑完畢，進(jìn)行的參數(shù)識(shí)別進(jìn)行舉例論述。將彈性模量增加1%，節(jié)段端部中軸線底板處的變形變化量見(jiàn)表2，表3。

表2 節(jié)段端部中軸線底板處的變形變化量 m

表3 節(jié)段實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論標(biāo)高的差值 m

θ=(φTρφ)-1φTρY=

所以經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別可知，石灣特大橋在8號(hào)塊澆筑完成前后一段時(shí)間內(nèi)，計(jì)算模型中采用彈性模量為3.618×104MPa，可使得施工控制達(dá)到良好的效果。在后續(xù)懸澆梁的施工中，及時(shí)對(duì)仿真計(jì)算模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別、修正，使得全橋控制效果良好。經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別及數(shù)據(jù)分析，石灣特大橋全橋施工過(guò)程，在計(jì)算型中采用彈性模量為3.618×104MPa，達(dá)到了很好的線形控制效果。

8 結(jié)語(yǔ)

石灣特大橋合龍效果非常好，邊跨合龍段和中跨合龍段的變形結(jié)果實(shí)測(cè)值與理論值基本一致，中跨合龍段合龍前高差僅9 mm，合龍精度較高，完全滿足規(guī)范的要求。各個(gè)節(jié)段控制點(diǎn)的梁底實(shí)際標(biāo)高值與預(yù)計(jì)的標(biāo)高基本一致，最大相差都在2 cm以內(nèi)。邊跨合龍段和中跨合龍段的應(yīng)力結(jié)果實(shí)測(cè)值跟理論值基本一致。合龍后通測(cè)橋底標(biāo)高誤差控制在2 cm以內(nèi)。各階段施工中斜拉索索力張拉比較到位，都控制在5%以內(nèi)，且全橋合龍后通過(guò)二次調(diào)索，使斜拉索索力滿足全橋合龍后斜拉索索力的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)對(duì)石灣特大橋主橋施工控制數(shù)據(jù)采集以及全過(guò)程設(shè)計(jì)模型優(yōu)化，取得了同類型矮塔單索面混凝土斜拉橋的大量數(shù)據(jù)，并結(jié)合以往相關(guān)橋梁的數(shù)據(jù)采集，得出以下一些對(duì)同類型橋梁的相關(guān)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：

1)荷載、材料參數(shù)、截面尺寸等對(duì)斜拉橋的內(nèi)力效應(yīng)影響較明顯，在施工前盡可能的與施工單位落實(shí)實(shí)際荷載大小、模板型號(hào)、掛籃尺寸、混凝土容重、鋼材容重等參數(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；

2)在設(shè)計(jì)階段需考慮截面日照溫差對(duì)主梁變形的影響，提出對(duì)施工單位的要求；

3)對(duì)于某些較復(fù)雜的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如彈性模量，需要根據(jù)施工階段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用參數(shù)識(shí)別理論進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，并對(duì)原設(shè)計(jì)模型中采用的理論參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

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The design optimization of long span cable-stayed bridge combining with construction control

Chen Zhanrong

(FoshanUrbanPlanningSurvey&DesignInstitute,Foshan528000,China)

Taking the Foshan Shiwan bridge as an example, this paper introduced the construction control measures of low tower single cable plane concrete cable-stayed bridge, and made whole process design tracking, discussed the precautions in this kind of bridge design, provided basis for future same type bridge design optimization.

cable-stayed bridge, box girder, finite element method, elastic modulus

1009-6825(2016)20-0187-02

2016-05-08

陳湛榮(1980- )，男，工程師

U448.27

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