劉婷婷

采用懸臂澆筑法施工的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，施工工序?qū)Τ蓸蚝蟮闹髁壕€形與結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著舉足輕重的影響。在施工過程中，隨著施工階段的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)隨著環(huán)境溫度、濕度、臨時(shí)荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力張拉等因素不斷變化。故而如何采用科學(xué)合理的施工方法，如何確定混凝土實(shí)際齡期引起的彈性模量、收縮徐變、實(shí)際結(jié)構(gòu)幾何尺寸變化，如何對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以檢驗(yàn)施工狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)一致以及如何根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析評(píng)估結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形、指導(dǎo)后續(xù)施工，確保施工過程安全有序進(jìn)行，使成橋的內(nèi)力與線形達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是橋梁線形監(jiān)控必須要回答的問題。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外的一些橋梁大國(guó)在橋梁施工控制方面研究的比較早，取得了較高的成就，并且形成了相對(duì)完善的施工控制理論。國(guó)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋起步較晚，20 世紀(jì)70 年代才開始應(yīng)用，但后期經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，懸臂澆筑法、頂推法、預(yù)制拼裝法、移動(dòng)模架法、支架現(xiàn)澆法以及轉(zhuǎn)體施工法等先進(jìn)的施工工藝已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。懸臂澆筑法因具有以下特點(diǎn)而備受青睞：懸臂澆筑法采用掛籃施工，掛籃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；掛籃施工無支架，對(duì)凈空要求較低，連續(xù)梁各節(jié)段施工均在掛籃平臺(tái)內(nèi)，加設(shè)掛籃防護(hù)后能夠減少對(duì)環(huán)境的影響，不會(huì)影響橋下交通，施工工序可以連續(xù)進(jìn)行；各墩同時(shí)對(duì)稱循環(huán)施工，施工進(jìn)度快；分節(jié)段施工，通過調(diào)整節(jié)段截面信息實(shí)現(xiàn)變截面設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加合理美觀。

二、工程概況

某新建鐵路大橋線路以（40+56+40）m 連續(xù)梁在DK 609+130m 處跨越沙河河道和灌溉水渠，與沙河河道夾角為89°。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高沿縱向按二次拋物線變化，拋物線方程為y=0.0027481x2，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。頂板厚度除梁端附近外其余均為40 cm，梁端頂板厚度為63.5 cm。除中支點(diǎn)外腹板厚48 ～60 ～64 ～80 cm，中支點(diǎn)附近為90 cm，按折線變化。底板由跨中的40 cm 按圓曲線變化至主墩根部80 cm 和邊墩根部60 cm。支點(diǎn)共設(shè)置4 道橫隔板，橫隔板厚邊支座處為1.05 m，中支座處為1.9 m，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。

三、基于MIDAS 的設(shè)計(jì)預(yù)拱度復(fù)核

1.有限元模型建立

根據(jù)箱梁設(shè)計(jì)圖紙上部構(gòu)造施工圖劃分的施工階段順序和施工組織設(shè)計(jì)，應(yīng)用MIDAS 軟件前進(jìn)分析法進(jìn)行整個(gè)連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工過程仿真。建模均按箱梁的設(shè)計(jì)尺寸，變截面設(shè)置力求與實(shí)際保持一致。材料特性值中鋼材與混凝土力學(xué)參數(shù)均按實(shí)際檢測(cè)設(shè)定，并考慮收縮徐變。預(yù)應(yīng)力鋼束按設(shè)計(jì)根據(jù)坐標(biāo)精確確定其相對(duì)位置，并準(zhǔn)確施加錨下張拉控制應(yīng)力。掛籃荷載以節(jié)點(diǎn)荷載形式按照施工階段加載。根據(jù)規(guī)范設(shè)定雙線移動(dòng)荷載。加約束時(shí)考慮體系轉(zhuǎn)換前后合理施加臨時(shí)固結(jié)。全橋有限元模型如圖1 所示。

2.設(shè)計(jì)預(yù)拱度復(fù)核

有限元全工況運(yùn)行完成后，可快速提取各施工階段理論撓度，同時(shí)可以考慮體系轉(zhuǎn)換后二期及收縮徐變的撓度，加載活載即列車荷載之后便可以得到建模計(jì)算出的預(yù)拱度。將模型計(jì)算預(yù)拱度與設(shè)計(jì)提供的預(yù)拱度利用曲線圖進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)計(jì)預(yù)拱度復(fù)核曲線如圖2 所示。計(jì)算預(yù)拱度與設(shè)計(jì)預(yù)拱度曲線走勢(shì)基本吻合；差值最大出現(xiàn)在最大懸臂階段，是由于實(shí)際施工中需要考慮人群、材料、機(jī)具荷載以及施工沖擊荷載、環(huán)境荷載等，故設(shè)計(jì)預(yù)拱度應(yīng)較建模計(jì)算的預(yù)拱度稍大。建模復(fù)核了設(shè)計(jì)預(yù)拱度的正確性，并為后續(xù)指導(dǎo)施工提供了有力依據(jù)。

四、基于RBCCE 的線形監(jiān)控模型應(yīng)用

路橋施工計(jì)算專家RBCCE 軟件的測(cè)量模塊長(zhǎng)期以來致力于長(zhǎng)大復(fù)雜線路的精準(zhǔn)管控，將連續(xù)梁橋線形監(jiān)控功能融入其中，未來基于BIM 的線形監(jiān)控將融于橋梁規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)全生命周期。根據(jù)曲線要素表和縱斷面信息（含斷鏈）創(chuàng)建線路中線和線路縱斷面，輸入連續(xù)梁節(jié)段截面樁號(hào)及梁高即可自動(dòng)提取截面梁頂標(biāo)高，創(chuàng)建連續(xù)梁節(jié)段高程對(duì)象，輸入設(shè)計(jì)預(yù)拱度后，全橋的設(shè)計(jì)信息模型一目了然，如圖3 所示。

線形監(jiān)控屬于精準(zhǔn)管控，需要全真模擬各個(gè)施工階段，施工過程中涉及的臨時(shí)荷載、永久荷載、收縮徐變等均要考慮全面，其計(jì)算過程不可謂不復(fù)雜，因此要求在施工控制之前應(yīng)反復(fù)校核計(jì)算數(shù)據(jù)并與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較從而發(fā)現(xiàn)問題。懸臂澆筑施工的標(biāo)高控制至少應(yīng)考慮三個(gè)關(guān)鍵工況：掛籃模板定位標(biāo)高；混凝土澆筑后標(biāo)高；預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)高。在施工控制過程中，根據(jù)實(shí)測(cè)的標(biāo)高數(shù)據(jù)修正結(jié)構(gòu)分析參數(shù)，以使計(jì)算結(jié)果能夠真實(shí)地反映橋梁實(shí)際線形狀態(tài)。

綜上所述，結(jié)構(gòu)預(yù)拱度的設(shè)置包括：設(shè)計(jì)預(yù)拱度；各節(jié)段施工預(yù)變位，影響因素有成橋后恒載、活載以及后期徐變；掛籃體系變形的預(yù)拋高。將測(cè)量數(shù)據(jù)與RBCCE 線形監(jiān)控模型對(duì)比，分析評(píng)估各施工工況可能產(chǎn)生的異常，并進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)前后的橋梁線形調(diào)姿及控制措施提供合理化建議，確保橋梁施工安全有序進(jìn)行；結(jié)合結(jié)構(gòu)預(yù)拱度，提供合理的施工立模標(biāo)高，確保橋梁成橋線形符合設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范要求。通過對(duì)比實(shí)測(cè)梁面標(biāo)高與設(shè)計(jì)梁面標(biāo)高，即可評(píng)估橋梁線形成果，78#主墩各節(jié)段梁面標(biāo)高對(duì)比情況如圖4所示。

由對(duì)比圖可以直觀地看出實(shí)測(cè)梁面標(biāo)高與設(shè)計(jì)吻合度較好，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均較設(shè)計(jì)標(biāo)高偏低，最大差值為0.027 m，符合設(shè)計(jì)要求。存在一定差值，導(dǎo)致差值的原因可能有：施工人群、材料、機(jī)具荷載，施工沖擊荷載、環(huán)境荷載等臨時(shí)施工荷載的不可預(yù)測(cè)性；測(cè)量?jī)x器、測(cè)量立尺、讀數(shù)等人為、非人為因素造成的測(cè)量誤差；以及溫度、濕度、混凝土容重、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力張拉等不均勻變化和混凝土澆筑局部收面不平整造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。

圖1 全橋模型

圖2 設(shè)計(jì)預(yù)拱度復(fù)核曲線圖

圖3 連續(xù)梁節(jié)段信息（半跨）

圖4 78#主墩各節(jié)段梁面標(biāo)高對(duì)比

五、結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)某鐵路連續(xù)梁橋懸臂施工線形監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，得到如下結(jié)論：

（1）基于MIDAS 進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)拱度復(fù)核，得到計(jì)算預(yù)拱度與設(shè)計(jì)預(yù)拱度曲線走勢(shì)基本吻合。有限元計(jì)算復(fù)核了設(shè)計(jì)預(yù)拱度的正確性，為后續(xù)指導(dǎo)施工奠定良好基礎(chǔ)；（2）基于RBCCE 線形監(jiān)控模型與全橋施工過程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比得出，實(shí)測(cè)梁面標(biāo)高與設(shè)計(jì)吻合度較好，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均較設(shè)計(jì)標(biāo)高偏低，最大差值為0.027 m，符合設(shè)計(jì)要求。本次監(jiān)控保證了施工工期及施工質(zhì)量，效果良好。