【摘要】為了保證某特大橋連續(xù)梁項(xiàng)目線形施工滿足設(shè)計(jì)要求，文章對該項(xiàng)目連續(xù)梁線形的有限元仿真模擬及施工監(jiān)控進(jìn)行了研究。首先介紹了連續(xù)梁相關(guān)施工技術(shù)，然后采用MIDAS/CIVIL對橋梁結(jié)構(gòu)施工全過程工況下的線形變化進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，最后監(jiān)測了整個(gè)施工過程中的線形控制，并通過數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果對比的形式進(jìn)行了線形結(jié)果的驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，成橋后的線型與設(shè)計(jì)線型各點(diǎn)的誤差均控制在10 mm范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的控制目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】有限元仿真模擬；跨線特大橋；線形控制

【中圖分類號】TU997 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）01-0122-04

0 引言

隨著橋梁建設(shè)工程的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁憑借其優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展，在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁建設(shè)過程中，必須進(jìn)行施工監(jiān)控以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)目標(biāo)[1]。在混凝土連續(xù)梁進(jìn)行懸臂澆筑法施工時(shí)，由于懸臂端會產(chǎn)生不理想的下?lián)?，所以在此類橋梁施工過程中的線形控制尤為重要。

杜兆金等[2]對大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了研究，由于連續(xù)梁橋存在施工工藝復(fù)雜、施工過程中涉及多次體系轉(zhuǎn)換導(dǎo)致影響參數(shù)較多等問題，為確保其施工安全與工程質(zhì)量，必須建立合理、正確的監(jiān)測控制體系。楊翼[3]對高速鐵路超大跨度連續(xù)梁橋施工監(jiān)控進(jìn)行了分析，對貴南高鐵廣西段某大橋項(xiàng)目的連續(xù)梁施工過程實(shí)施監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)取得了良好的效果，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。張星誠[4]通過MIDAS有限元軟件進(jìn)行不同合龍順序下的施工狀態(tài)分析，比較成橋位移、應(yīng)力等參數(shù)范圍，確定該結(jié)構(gòu)最佳合龍順序。陳明[5]對多跨連續(xù)梁橋橋跨結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了研究，通過監(jiān)測工程建設(shè)期間的橋體線形、應(yīng)力分布等內(nèi)容對施工過程進(jìn)行糾偏，幫助施工單位在保證安全的前提下高質(zhì)量、高效地完成施工。

結(jié)合既有研究成果，本文對某特大橋連續(xù)梁施工線形監(jiān)控進(jìn)行分析，通過有限元仿真模擬分析理論值與現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)控值進(jìn)行對比，確保整個(gè)橋梁施工過程中的橋型變化均滿足設(shè)計(jì)要求，從而順利完成橋梁結(jié)構(gòu)的施工。

1 工程概況

新建鐵路某特大橋連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式為單箱單室、變高度、變截面，一聯(lián)總長145.2 m，計(jì)算跨度為40 m+64 m+40 m。邊支座至梁端距離0.60 m，邊支點(diǎn)及跨中梁高為2.89 m，中支點(diǎn)梁高5.29 m，梁底下緣按圓曲線變化，中、邊支座中心橫向間距為4.40、4.60 m，立面結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。2個(gè)中支點(diǎn)橋墩上為0#段，與墩頂臨時(shí)支座固結(jié)，形成臨時(shí)T構(gòu)，0#塊向兩邊依次為1#塊、2#塊排開，梁體設(shè)計(jì)為縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系。

2 施工技術(shù)分析

2.1 施工方法簡介

某特大橋連續(xù)梁采用懸臂澆筑法進(jìn)行整體施工，擬投入4套輕型三角掛籃和2座塔吊，主墩上灌注箱梁時(shí)需進(jìn)行對稱平衡灌注。在現(xiàn)場澆筑作業(yè)施工完畢后，先進(jìn)行邊跨合龍?jiān)龠M(jìn)行中跨合龍形成最終體系，邊跨進(jìn)行現(xiàn)場現(xiàn)澆施工合龍，中跨利用其中1套掛籃進(jìn)行合龍。

2.2 施工要點(diǎn)

在連續(xù)梁0#塊施工完成后，開始進(jìn)行1#塊的掛籃施工，首先掛籃移動到指定作業(yè)位置，然后對掛籃的模板結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工前的準(zhǔn)備技術(shù)工作，在進(jìn)行箱梁節(jié)段鋼筋和波紋管施工時(shí)，應(yīng)保證其安裝在設(shè)計(jì)要求的位置。最后進(jìn)行箱梁段的對稱灌注澆筑及預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工，在梁段拆模后及預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行穿管作業(yè)前，要對波紋管道進(jìn)行清理，制作鋼筋束進(jìn)行穿管并張拉，進(jìn)行封錨且將掛籃前移到下一個(gè)工作面。

為滿足設(shè)計(jì)要求，在施工中需要對連續(xù)梁的線形進(jìn)行質(zhì)量控制，防止梁體產(chǎn)生過大的變形而導(dǎo)致破壞。一般情況下，橋梁變形的原因主要包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載以及其他施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)。為對梁體的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，需要在0#塊施工完畢后，布設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)作為其標(biāo)高控制手段，并在以下4個(gè)階段進(jìn)行標(biāo)高的測量：立模施工監(jiān)測、模板施工監(jiān)測以及預(yù)應(yīng)力施加前后的監(jiān)測，確保測量部位及點(diǎn)位符合設(shè)計(jì)要求。此外，在每段連續(xù)梁澆筑完成后，應(yīng)進(jìn)行精確測量，若發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)調(diào)整，避免誤差的累積。在模板的選用上，可選用高剛度模板并通過智能定位系統(tǒng)進(jìn)行安裝，避免模板移位導(dǎo)致線形的偏差。在澆筑過程中還可以采用動態(tài)監(jiān)測及仿真預(yù)測等技術(shù)手段，對澆筑、張拉等工序進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，確保施工線形與設(shè)計(jì)保持一致并滿足相關(guān)規(guī)范要求的容許偏差。

連續(xù)梁的合龍是項(xiàng)目的另一個(gè)質(zhì)量控制要點(diǎn)，合龍前后梁體的受力狀態(tài)發(fā)生變化，從而使變形也發(fā)生變化。在邊跨直線段膺架上完成邊跨合龍段的施工，張拉預(yù)應(yīng)力，然后拆除膺架和臨時(shí)支座，將臨時(shí)支座反力轉(zhuǎn)移到永久支座上，完成由雙懸臂梁向單懸臂梁的第一次體系轉(zhuǎn)換。中跨合龍利用1個(gè)掛籃來進(jìn)行，移掛籃到中跨合龍段，在掛籃上完成中跨合龍段的施工，實(shí)現(xiàn)由2個(gè)單懸臂梁向三跨連續(xù)梁的第2次體系轉(zhuǎn)換。為確保合龍施工的順利進(jìn)行，根據(jù)施工季節(jié)和天氣情況選擇溫差較小的時(shí)段進(jìn)行合龍施工，避免因溫度梯度引發(fā)結(jié)構(gòu)的變形。在施工時(shí)，可采用激光定位技術(shù)確保合龍口的對齊精度，并在合龍前同步預(yù)張拉鋼束，提前平衡內(nèi)力，達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求，避免產(chǎn)生裂縫和變形。在合龍監(jiān)測上可采用雙向監(jiān)測系統(tǒng)，布設(shè)合龍口兩側(cè)的應(yīng)力與位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)狀態(tài)，確保合龍過程的安全性。

3 線形結(jié)果分析及對比

3.1 利用MIDAS/CIVIL軟件進(jìn)行有限元仿真模擬分析

3.1.1 荷載及邊界條件

在仿真模擬中，除考慮自身荷載及其他施工常規(guī)荷載外，還應(yīng)著重考慮預(yù)應(yīng)力荷載，預(yù)應(yīng)力荷載是對結(jié)構(gòu)變形影響最大的荷載之一。在分析計(jì)算時(shí)根據(jù)每束預(yù)應(yīng)力鋼束的幾何形狀和空間位置的不同，在程序中輸入預(yù)應(yīng)力鋼束的布置形狀和與其相關(guān)的單元號，孔道摩阻系數(shù)取0.26，孔道偏差系數(shù)初值取0.003，并考慮了材齡不同混凝土構(gòu)件的徐變。

結(jié)構(gòu)的邊界條件根據(jù)實(shí)際情況施加固定及彈性約束。此外，因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)在懸臂施工過程中發(fā)生體系轉(zhuǎn)換，所以橋梁結(jié)構(gòu)的邊界條件在施工過程中也會發(fā)生變化。邊跨合龍前，結(jié)構(gòu)為靜定T構(gòu)；邊跨合龍后，橋梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化，形成簡支外伸梁；中跨合龍后，形成最終連續(xù)梁體系。

3.1.2 建立模型及工況劃分

在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，用梁單元模擬主橋。根據(jù)箱梁截面的變化情況及相關(guān)力學(xué)知識，梁體模型共劃分為64個(gè)梁單元，單元具體劃分見圖2。根據(jù)實(shí)際施工的順序，每個(gè)梁段施工劃分為3個(gè)階段，即混凝土澆筑（含養(yǎng)生階段）階段7 d、張拉預(yù)應(yīng)力階段1 d、移動掛籃1 d。據(jù)此全橋共分為38個(gè)施工階段和1個(gè)運(yùn)營階段。具體施工工況的劃分如表1所示。

3.1.3 有限元仿真模擬結(jié)果

按照表1所示的施工工況劃分情況對連續(xù)梁進(jìn)行線形有限元仿真模擬計(jì)算，部分結(jié)果見圖3。圖3（a）為在最后一個(gè)工況即成橋收縮徐變10年后計(jì)算的梁體累積位移計(jì)算結(jié)果，在成橋10年后，由于收縮徐變作用的結(jié)果，中跨跨中呈現(xiàn)下?lián)系内厔?，下?lián)狭繛?0 mm左右，邊跨跨中呈現(xiàn)上拱趨勢，上拱幅度大約為18 mm，所有的支點(diǎn)累積位移均為0，驗(yàn)證了結(jié)果的合理性。圖3（b）為列車活載作用下的位移仿真結(jié)果，通過仿真結(jié)果可知梁體整體均為下?lián)馅厔荩?個(gè)邊跨下?lián)辖Y(jié)果基本相同，邊跨與中跨的跨中下?lián)狭糠謩e為3.5、11.5 mm左右。

在主梁澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高的準(zhǔn)確性是施工中保持橋梁線型符合設(shè)計(jì)要求的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)立模標(biāo)高計(jì)算式和仿真結(jié)果，可以計(jì)算出各梁段的預(yù)拱度見圖4。

3.2 監(jiān)控分析

橋梁施工過程線形監(jiān)控是橋梁工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測可以對實(shí)測值與理論值進(jìn)行驗(yàn)證。該特大橋連續(xù)梁主梁的施工控制主要針對線形控制，根據(jù)設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求線形施工控制的最終目標(biāo)是：成橋后的線形與設(shè)計(jì)線形各點(diǎn)的誤差均控制在10 mm內(nèi)。

3.2.1 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

該項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁主梁撓度監(jiān)測截面共計(jì)34個(gè)，每個(gè)截面共設(shè)測點(diǎn)5個(gè)，撓度測點(diǎn)總計(jì)170個(gè)，撓度監(jiān)測控制斷面具體位置和測點(diǎn)布置情況見圖5。通過對連續(xù)梁的整體撓度進(jìn)行全天候監(jiān)測，防止產(chǎn)生不理想變形。

3.2.2 監(jiān)測結(jié)果

在實(shí)際監(jiān)測中，監(jiān)測結(jié)果按照T構(gòu)狀態(tài)全橋梁體走向、邊跨合龍后全橋梁體走向、中跨合龍后全橋梁體走向3個(gè)方面進(jìn)行分析。根據(jù)式（1）、式（2）計(jì)算3個(gè)方面下的部分梁體實(shí)際值與理想值，具體對比見圖6。由結(jié)果可知，圖6（a）中的實(shí)際正線形均比理論正線形要大，而在負(fù)線形中沒有明顯規(guī)律，但所有點(diǎn)位的監(jiān)測結(jié)果和理論結(jié)果誤差最大為2 mm左右。圖6（b）中，實(shí)際線形與理論線形的變化趨勢相同，但跨中兩側(cè)的橋梁監(jiān)測結(jié)果和理論結(jié)果均無特殊規(guī)律，監(jiān)測與理論數(shù)值的最大誤差為3 mm左右。圖6（c）中，橋梁整體均出現(xiàn)上拱的趨勢，且監(jiān)測數(shù)據(jù)均大于理論數(shù)據(jù)，最大誤差為2 mm左右?？傮w來說實(shí)際變形量與理論變形量對比結(jié)果十分吻合，與設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求相比實(shí)際與理論誤差控制在10 mm之內(nèi)，滿足施工安全性要求。

梁體實(shí)際走向=梁底階段實(shí)測標(biāo)高

" " " " " " " "-梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高" " " " " "（1）

梁體理論走向=梁底階段理論（仿真）標(biāo)高

" -梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高" " " " " "（2）

4 結(jié)語

文章對某特大橋連續(xù)梁項(xiàng)目施工線形控制進(jìn)行了研究，對整個(gè)橋梁施工過程中的線形變化進(jìn)行了有限元仿真模擬分析，具體對成橋階段累計(jì)梁體位移、活載作用下的梁體最大豎向撓度、橋梁預(yù)拱值進(jìn)行了分析。對整個(gè)橋梁施工過程中的線形變化進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，先對測量相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后從T構(gòu)狀態(tài)全橋梁體走向、邊跨合龍后全橋梁體走向、中跨合龍后全橋梁體走向3個(gè)方面給出了具體的實(shí)測值。通過對比連續(xù)梁有限元仿真結(jié)果和實(shí)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)施工過程中，實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)吻合良好，誤差滿足控制要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔堅(jiān).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂施工與監(jiān)控技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2024，47（8）：108-112.

[2] 杜兆金，陳林海.大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術(shù)分析研究[J].江蘇建筑，2024（2）：55-58.

[3] 楊翼.高速鐵路超大跨度連續(xù)梁橋施工監(jiān)控分析[J].價(jià)值工程，2024，43（10）：106-108.

[4] 張星誠.基于不同合龍順序下多跨連續(xù)梁橋施工監(jiān)控分析[J].福建交通科技，2023（9）：58-62.

[5] 陳明.多跨連續(xù)梁橋橋跨結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)控技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023（16）：197-199.

[作者簡介]徐世揚(yáng)（1988—），男，哈爾濱人，本科，工程師，研究方向：鐵道工程。