馮喜文

（長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南長沙 410001）

橋梁施工過程中連續(xù)剛構(gòu)主梁線形影響因素分析

馮喜文

（長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南長沙 410001）

為研究PC連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過程中主梁撓度在各施工階段的變化規(guī)律，通過對某連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控，借助結(jié)構(gòu)分析軟件建立各施工階段PC剛構(gòu)橋數(shù)值模型，計算了施工過程中理論狀況下各影響因素所引起的主梁撓度變化，并與實測結(jié)果相對比。結(jié)果表明，夏季合龍時溫度對主梁撓度的影響較大（最大值為43mm），秋季合龍時溫度對主梁撓度的影響相對較?。ㄗ畲笾禐?1mm）；頂推力越大，主梁懸臂端產(chǎn)生的下?lián)显酱?；懸臂施工中預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉引起的節(jié)塊撓度變化較小，全橋合龍后預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉對跨中位置撓度影響最大（為27mm）。

橋梁；主梁線形；連續(xù)剛構(gòu)橋；溫度；預(yù)應(yīng)力鋼筋；頂推力

某特大橋主橋上部為（62.5+4×115+62.5）m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)，三向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁采用單箱單室截面，頂板寬12.0 m，底板寬6.5 m，翼緣板懸臂長2.75 m。主梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工。各單T構(gòu)除0#、1#塊外分為12對梁段，2#～13#塊件長度分別為4×3.5、4×4.0、4×5.0 m，0#、1#塊總長13.0 m，中跨、邊跨合龍段長度均為2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段為3.8 m。懸臂現(xiàn)澆梁段最大重量為145 t，掛籃自重按80 t考慮。

下部主墩為7#～11#墩，墩高54～59 m，3個中主墩采用單薄壁空心墩，斷面尺寸為（6.5×5.0）m，壁厚60 cm；2個邊主墩采用雙薄壁空心墩，斷面尺寸為（2×6.5×2.49）m（雙肢間留2 cm縫隙，用油毛氈等材料填充），壁厚50 cm。主墩承臺厚度均為3.5 m，平面尺寸為（12.2×12.2）m，下設(shè)9φ170 cm摩擦樁。

1 施工階段影響橋梁撓度的主要因素

1.1施工過程中溫度對主梁撓度的影響

在施工過程中，砼結(jié)構(gòu)長期處于自然環(huán)境中，特別是夏季施工，晝夜溫差較大，溫度對結(jié)構(gòu)的影響較明顯。該橋右幅在7月中旬合龍，正值夏季溫度最高、夜間溫度最低時；左幅在9月合龍，晝夜溫差較小。為分析施工過程中溫度對主梁撓度的影響，在合龍前3 d進(jìn)行72 h連續(xù)觀測，每2 h采集1次，部分觀測數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1　右幅合龍前各合龍口絕對高程（13號塊端口）m

表2　左幅合龍前各合龍口絕對高程（13號塊端口）m

由表1、表2可知：連續(xù)剛構(gòu)橋處于最大懸臂端時，溫度升高會使梁體產(chǎn)生下?lián)希瑴囟冉档蜁沽后w上升，溫差超過15℃時，最大懸臂端撓度變化在40mm以上。

1.2施工過程中頂推力對主梁撓度的影響

連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)，在引起豎向撓度的同時，會使主墩產(chǎn)生水平位移，造成主墩偏位，對主墩受力產(chǎn)生不利影響。故在連續(xù)剛構(gòu)橋合龍時對梁體施加一個水平頂推力，給主墩施加一個反向位移，以抵消合龍溫度、后期收縮徐變等引起的主墩水平位移。該橋采用全橋一次性合龍，設(shè)計中跨施加1 800 k N頂推力、邊跨施加1 200 k N頂推力，受到施工條件及現(xiàn)場實際情況的影響，中跨實際頂推力為1 650 k N，邊跨實際頂推力為1 100 k N。

中跨頂推過程中頂推力變化為10 t→20 t→30 t→50 t→70 t→80 t→90 t→95 t→100 t→105 t→110 t，邊跨頂推過程中頂推力變化為10 t→30 t→50 t→70 t→90 t→100 t→110 t→120 t→130 t→140 t→145 t→150 t→160 t→165 t。表3為部分頂推力對應(yīng)的合龍口距離變化及主梁撓度變化。

表3　頂推時合龍口位移及撓度變化

由表3可知：在頂推過程中，連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)最大懸臂端撓度下降最大值為21mm，并且隨著橋梁跨度、橋墩高度的增加，最大懸臂端撓度下降越大。

1.3施工過程中預(yù)應(yīng)力張拉對主梁撓度的影響

該橋主梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序為先豎向，再縱向及橫向?？v向預(yù)應(yīng)力采用18φj15.24、15φj15.24兩種鋼絞線，其中頂板束采用18φj15.24，底板束及腹板下彎束采用15φj15.24。縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線為群錨錨固體系，設(shè)計張拉力分別為3 515.4、2 929.5 k N。主梁橫向預(yù)應(yīng)力采用3φj15.24鋼絞線、15-3型扁錨，以75 cm間距布設(shè)，單端交錯張拉錨固，單束設(shè)計張拉力為585.9 k N。豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋鋼筋，以50 cm間距布設(shè)，上端張拉錨固，設(shè)計張拉力為570 k N，除跨中及邊跨直梁段一定范圍采用單肢布置外，其余按雙肢配置。

澆筑梁段砼強度達(dá)到設(shè)計強度的90%以上且砼齡期不小于4 d時對各塊件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉。預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉前后撓度變化如下：0#～4#塊件為3～5mm；5#～9#塊件為6～10mm；10#～13#塊件為11～14mm，其中13#塊件為+11mm，11#塊件為+14mm。

全橋合龍后，對主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行為期12 d的張拉。鑒于張拉力引起的撓度有時間滯后效應(yīng)，即張拉后上撓變形并不立即發(fā)生，而是在張拉后的一段時間內(nèi)完成，張拉后的撓度變形觀測安排在全橋預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成后2 d內(nèi)進(jìn)行。選取10 m一個樁號，對張拉前后各截面箱梁中心線處撓度進(jìn)行測量，部分關(guān)鍵截面的測量結(jié)果見表4。

表4　預(yù)應(yīng)力張拉前后主梁撓度變化m

由表4可知：預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉引起主梁上撓。在L/2處撓度最大，為23～27mm；在L/4與3L/4處，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉引起的撓度變化相對較小，為7～16mm；在墩頂處引起的主梁撓度變化也較小。

2 有限元建模及對比分析

利用有限元分析軟件MIDAS/Civil，采用梁單元建立該橋有限元模型，上部結(jié)構(gòu)共劃分為190個單元、191個節(jié)點。

選取各T構(gòu)最大懸臂端作為研究對象，根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，修正有限元模型參數(shù)。選取整體溫度±18、±8.8℃2種荷載工況，張拉力取為1 395 MPa。頂推力按照現(xiàn)場頂推力大小逐步施加至有限元模型上，模擬施工實際情況。

2.1溫度荷載作用下理論值與實際值對比分析

施工過程中，夏季施工最大溫差為18℃，有限元模型整體升降溫18℃模擬夏季施工晝夜溫差變化；秋季施工最大溫差為8.8℃，整體升降溫8.8℃模擬秋季施工晝夜溫差變化。對有限元模型進(jìn)行施工階段分析，分別讀取理論狀態(tài)下懸臂施工最大懸臂端位置處溫度引起的撓度變化值。有限元計算結(jié)果與實測結(jié)果對比見表5。

表5　最大懸臂端處溫度引起的撓度變化理論值與實際值對比mm

由表5可以看出：實測值稍小于有限元模型計算值，主要是由于現(xiàn)場施工條件復(fù)雜，實際施工過程中橋面存在各種施工設(shè)備、人群等荷載；但實測值與理論計算值的變化趨勢基本一致，夏季施工時最大懸臂端受溫度影響較大，秋季施工時溫度對懸臂端的影響相對較小。

2.2頂推力作用下理論值與實際值對比分析

按照實際頂推過程中施加荷載的方式施加至有限元模型上，邊跨、中跨由頂推力引起的懸臂端撓度變化對比見圖1、圖2。

圖1　頂推后中跨位移變化

圖2　頂推后邊跨位移變化

由圖1、圖2可以看出：考慮到施工現(xiàn)場合龍段已預(yù)先布置了微型托架及尚未綁扎的鋼筋等，對頂推端會有少量約束，而理論分析時未考慮施工現(xiàn)場各因素的影響，頂推過程中理論計算值均大于實測值，隨著頂推力的增加，兩者之間的差值增大；理論計算值與實測值的變化趨勢一致。

2.3預(yù)應(yīng)力張拉作用下理論值與實際值對比分析

張拉控制應(yīng)力設(shè)置為1 394 MPa?？缰泻淆埡髲埨A(yù)應(yīng)力鋼筋，理論值與實測值的對比見圖3。

圖3　預(yù)應(yīng)力張拉后主梁撓度變化

由圖3可以看出：在墩頂位置處，有限元模型設(shè)置完全約束來反映連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂固結(jié)，故撓度變化為零，預(yù)應(yīng)力張拉不引起墩頂位置處撓度變化；而實際工程中，由于測點的布置及砼結(jié)構(gòu)時變效應(yīng)，預(yù)應(yīng)力張拉后墩頂位移存在稍許變化。在結(jié)構(gòu)跨徑L/4、L/2處，預(yù)應(yīng)力張拉引起的主梁撓度變化明顯，在跨中位置預(yù)應(yīng)力張拉后主梁撓度變化最大。但理論計算值與實測值的變化趨勢一致。

3 結(jié)論

（1）晝夜溫差為20℃左右時，溫度引起的主梁撓度變化較大，跨徑115 m的連續(xù)剛構(gòu)橋能達(dá)到40mm左右；溫度越高，主梁下?lián)显酱?。連續(xù)剛構(gòu)橋合龍應(yīng)在溫度變化較小時進(jìn)行。

（2）頂推力引起主梁最大懸臂端產(chǎn)生的下?lián)喜豢珊雎裕瑧冶鄱嗽介L、墩高越大，下?lián)显酱蟆?/p>

（3）單個塊件預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉對該塊件撓度的影響較小，全橋預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后使主梁上撓，其中跨中位置上撓最大，對于跨徑115 m的連續(xù)剛構(gòu)橋，跨中位置最大上撓27mm。

［1］ 朱敏，許智焰，馬庭林.高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋線形控制研究［J］.工程結(jié)構(gòu)，2005，25（1）.

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