潘宣亦
(上海公路橋梁(集團)有限公司,上海市 200433)
肇慶市閱江大橋工程起點位于肇慶市北岸端州區(qū)古塔路與星湖大道交叉路口,沿古塔路跨越西江,在南岸高要烏榕村與世紀大道(S272)銜接,主線全長3.837 km。其中主橋為160 m+320 m+160 m單索面超寬箱梁斜拉橋,分24節(jié)段進行掛籃懸臂澆筑施工,全部采用C60混凝土。
斜拉橋超靜定次數(shù)高,施工階段受力復(fù)雜,在施工中很小的誤差也會對斜拉橋的整個結(jié)構(gòu)、線形造成巨大影響。因此主梁應(yīng)如何確定預(yù)拱度,并在施工中如何嚴格監(jiān)測監(jiān)控主梁線形及主塔變形,是該工程施工階段的重中之重。因此需要利用MIDAS/Civil軟件建模,對肇慶閱江大橋主橋懸臂澆筑進行模擬,對監(jiān)控給出的施工節(jié)段主梁撓度進行驗算,并確立主梁施工階段撓度測量、控制方法,應(yīng)用于實踐,確保主橋建設(shè)順利進行。
為了對監(jiān)控給出的主梁撓度進行驗算,利用MIDAS/Civil軟件對主橋進行建模分析。單個梁體節(jié)段的施工步驟如圖1所示,在建模過程中按照這個步驟定義施工階段如下:
圖1 主橋節(jié)段施工順序
(1)激活主塔、主梁0#塊,激活0#塊預(yù)應(yīng)力荷載。
(2)激活1#塊掛籃荷載和索力初張分力荷載。
(3)激活1#塊單元,設(shè)置齡期為5 d,同時激活斜拉索單元、索力二張分力荷載,3 d時激活1#塊預(yù)應(yīng)力荷載,4 d時激活索力初拉力荷載,鈍化索力初張、二張分力荷載。
(4)鈍化1#塊掛籃荷載,激活2#塊掛籃荷載,重復(fù)(2)、(3)步驟施工至 24#節(jié)段完成。
(5)鈍化24#掛籃荷載,激活邊跨合龍段25#塊改裝掛籃荷載,激活平衡用水箱荷載,3 d激活邊跨合龍段單元,激活邊跨邊界條件,鈍化水箱荷載、掛籃荷載,10 d激活邊跨合龍預(yù)應(yīng)力。
(6)激活中跨合龍掛籃荷載,激活中跨平衡用壓重水箱荷載,3 d激活中跨合龍單元,激活邊界條件,鈍化掛籃、水箱荷載,10 d激活中跨合龍預(yù)應(yīng)力。
首先建立主橋斜拉橋的基本結(jié)構(gòu)。因主梁斷面為單箱五室結(jié)構(gòu),整體形狀較復(fù)雜,因此利用spc設(shè)計截面建立主梁截面,如圖2所示。建立斜拉索單元時利用桁架單元,根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)設(shè)置初拉力。最終建立出主橋梁體、主塔結(jié)構(gòu)模型,如圖3所示。
圖2 主梁箱室截面
圖3 主橋上部結(jié)構(gòu)模型
為模擬掛籃對梁體受力的影響,將掛籃對梁體的作用力分解為作用在已澆梁段節(jié)點的節(jié)點力和力矩,如圖4所示??紤]混凝土現(xiàn)澆施工時,因在澆筑50%混凝土時要對斜拉索進行二次張拉,故要設(shè)置混凝土濕重和斜拉索拉力,利用與掛籃作用力相同的方法,將其分解為節(jié)點力和力矩。再定義施工階段,按時間順序激活掛籃荷載、混凝土荷載和臨時索力荷載。
圖4 將掛籃作用力分解為節(jié)點力與力矩
但經(jīng)過多次模型驗算與調(diào)整,發(fā)現(xiàn)考慮施工過程混凝土濕重時全橋的下?lián)媳壤碚撝敌 >瓦@個問題對模型進行分析模擬,得到結(jié)論:由于澆筑出新的節(jié)段時,現(xiàn)澆梁段單元尚未激活,濕重荷載作用在已澆梁段上,這時梁體會有一個向下的位移。但由于新的節(jié)點尚未激活,此位移值沒有被計入累計位移中,致使最后預(yù)拱度值偏小。省略了澆筑節(jié)段濕重荷載后,模型梁端的撓度位移值趨于正常。因此一共建立了兩個模型,模型1為省略了澆筑節(jié)段濕重荷載版本,用于驗算主梁整體撓度位移;模型2添加了施工階段澆筑節(jié)段,利用混凝土澆筑50%、100%時的濕重荷載,驗算澆筑過程對已澆梁段撓度的影響。
定義施工階段澆筑完成混凝土后,鈍化節(jié)段濕重,激活梁體單元,設(shè)置子步驟7 d齡期張拉梁體預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力張拉完成后鈍化臨時索力,激活斜拉索初張力,完成該施工階段。
通過模型運行,得出施工階段主梁撓度數(shù)據(jù),與監(jiān)控給出的數(shù)據(jù)進行對比,發(fā)現(xiàn)中跨整體撓度偏小約5%,其他數(shù)值基本吻合,誤差在施工程序的可控范圍內(nèi)。因此認為數(shù)據(jù)驗算通過。
取得數(shù)據(jù)結(jié)果固然重要,把數(shù)據(jù)結(jié)果運用到現(xiàn)場實際,指導(dǎo)現(xiàn)場施工更是重中之重。在現(xiàn)場施工中,主要對主梁的施工線形、主塔變形及斜拉索拉力進行全程監(jiān)控。
計算得出的一切數(shù)據(jù)最終都是為了控制主梁施工線形服務(wù)的。在主梁線形監(jiān)控中對以下幾個施工節(jié)點進行標高放樣,以便控制主梁標高并監(jiān)控撓度變化(見圖5)。
圖5 主梁節(jié)段標高觀測點布置
(1)掛籃前移就位后,測量掛籃底模標高,控制底模標高誤差在0.5 cm范圍內(nèi)。
(2)鋼筋綁扎完成后,測量底模標高記錄沉降值,并在頂模設(shè)置永久沉降觀測點記錄標高,斜拉索一張20%后觀測沉降點變化。
(3)混凝土澆筑完成后,對該節(jié)段及前五個節(jié)段的沉降點進行觀測,計算沉降值,與理論數(shù)據(jù)參照對比。
(4)主梁預(yù)應(yīng)力張拉完畢及斜拉索三張100%兩個節(jié)點,分別對該節(jié)段及前五個節(jié)段的沉降點進行觀測。
在對主梁線形觀測的同時,也時刻關(guān)注主塔的變形情況,防止施工階段的各種不良因素對主塔的受力產(chǎn)生影響。在塔頂安裝觀測棱鏡,并在主塔GT4節(jié)段橫橋向兩側(cè)安裝觀測貼片,在每個節(jié)段施工過程中,觀測塔頂?shù)淖鴺俗兓笆欠裼锌v橋向偏移。
斜拉索拉力大小直接影響梁段標高,在施工階段張拉索力要嚴格按照監(jiān)控數(shù)據(jù)控制,并對已澆梁段的索力進行測量,對照監(jiān)控數(shù)據(jù)參考,觀測索力變化量是否正常。
在實際操作中,在斜拉索初張力為20%,容許誤差為-40~80 kN;二張力為60%,容許誤差為-40~80 kN;三張力為100%,容許誤差為-20~40 kN。每根斜拉索多次測量取平均值,保證索力準確。張拉時要進行索力測力器與千斤頂油壓表雙控,兩個數(shù)據(jù)相互對照,避免操作失誤或儀器故障造成的索力不準確。
在斜拉索索力張拉完畢后,對前四個節(jié)段的斜拉索索力依次測量,記錄數(shù)值留檔,以便與監(jiān)控數(shù)據(jù)進行比較,及時發(fā)現(xiàn)索力的異常變化。
該次對全橋橋面標高進行測量。測點位置依據(jù)里程樁號布設(shè),每個截面布設(shè)3個測點共57個截面、171個測點,如圖6所示。
高測量值與監(jiān)控目標值(設(shè)計值+成橋預(yù)拱度)最大偏差為21 mm,出現(xiàn)在38號墩中跨20號節(jié)段,其他位置實測標高與設(shè)計值差值均在20 mm以內(nèi),且全橋橋面標高近似呈二次拋物線形式變化,與橋梁設(shè)計線形一致,滿足設(shè)計要求,達到預(yù)期監(jiān)控監(jiān)測目標。
圖6 標高監(jiān)控測點示意圖(單位:cm)
主橋成橋后全橋索力值偏差控制值最大為4.0%,出現(xiàn)在39號塔M9下游。索力偏差值均小于5%,滿足設(shè)計索力值要求,達到預(yù)期調(diào)索目標。
主梁施工監(jiān)控監(jiān)測是貫穿整個主橋施工過程的一條主線,在每個節(jié)段的施工過程中都必須嚴格、仔細地進行測量、計算,才能確保主梁線形完好、斜拉索索力準確,確保斜拉橋施工質(zhì)量與使用壽命。