大跨度变截面连续梁桥施工控制

许孛皋 张三九

大跨度变截面连续梁桥施工控制

许孛皋 张三九

以某大跨度变截面连续梁桥为背景,利用桥梁通用软件“桥梁博士”3.0版软件进行了理论分析,并结合现场监测结果,总结了大跨度变截面连续梁桥施工控制的方法,以期为类似桥梁提供指导。

连续梁,施工控制,悬臂施工,有限元模型

1 概述

由于大跨度连续梁桥施工过程复杂,所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序及立模标高等都直接影响成桥的线形与内力,如果施工过程中梁体挠度控制不严,桥梁线形不顺,不仅影响梁体表观质量,合龙难以进行,而且影响穿束工作,增加钢束张拉阻力,甚至增大梁体扭矩。因此,为保证结构体系转换时的合龙精度和成桥运营状态下的线形,必须对挠度进行精确计算和严格控制。再者施工现状与设计的假定总会存在差异,为此必须在施工中采集需要的数据,及时掌握结构实际状态,并通过修正计算,对浇筑主梁立模标高及轴线位置给予调整与控制,使成桥后线形满足设计要求。

2 工程背景

以一座(52.5+2×80+52.5)m四跨一联预应力混凝土变高度连续梁为背景,论述了悬臂施工连续梁桥的主要施工控制方法。该桥箱梁采用单箱单室结构,箱梁跨中梁高 2.5m,支点梁高4.5m,梁体采用斜腹板,箱梁顶板宽 9.3m,横向为平坡,箱梁底板梁端及跨中合龙段处宽为 5.0m,其余位置随梁高而变化,水平放置。箱梁梁体两翼悬臂长度为1.8m,全联顶板厚度保持不变,均为 25 cm。底板为变厚度,中墩支座处为 65 cm,梁端支座处为40 cm,跨中为 30 cm。腹板亦为变厚度,中墩支座位置附近腹板厚为 65 cm,梁端为 55 cm,除腹板变化段外,其余均为 40 cm。横隔板沿梁全长共设置 5道,端支点隔板厚度为 90 cm,中墩支点隔板厚度为 250 cm。采用挂篮悬臂施工。

3 有限元模型的建立

采用先进的专用程序“桥梁博士”3.0版和 MIDAS6.5软件进行理论分析。为了与设计值进行比对,梁体单元划分与设计图纸节段单元基本一致,主桥全桥共有 83个节点,82个单元。主桥全桥有 3种材料特性,11种截面几何特性,节段施工 10 d。

根据定性分析确定初步的桥梁施工程序,按初步确定的施工程序进行计算,根据计算结果调整初步确定的施工程序,反复进行,最终确定有限元模型中按 42个计算步骤计算工况,每个计算步骤均反映了现行设计的每个施工过程。

4 主梁线形和应力控制

4.1 立模标高计算

大跨度连续梁桥悬臂施工过程中,施工控制的关键是挠度控制。挠度控制的目的是：根据计算结果和各阶段实测数据,并与设计计算结果对比,调整梁段预拱度值(在立模标高计算中体现),确保成桥线形符合设计要求,保证合龙精度。根据计算活载挠度值,阶段挂篮弹性变形,自重、预应力以及混凝土收缩徐变引起的悬臂前端挠度值等,主梁悬臂浇筑段的各节段立模标高可按下式计算：

其中,Hlmi为节点 i(待浇筑段箱梁底板前端点)立模标高;Hsji为节点 i的设计标高;∑fdi为节点 i在施工过程中由恒载引起的该点向下的累计挠度值,包括箱梁结构自重、预应力及收缩徐变(包括成桥后 1 500 d徐变时间)引起的挠度;fli为节点i由静活载引起的向下的挠度值;fgl为挂篮弹性变形值,由挂篮预压及高程实测确定。

在挂篮悬浇施工过程中,挂篮弹性变形是预拱度设置中必须考虑的因素。在本桥施工过程中,采用下面的公式来推算挂篮的实际变形值：

其中,ff为浇筑第 n号块件时挂篮的弹性变形值;Δfn,Δfn-1,Δfn-2分别为浇筑第 n块混凝土后第 n,n-1,n-2号梁段前端的变位;ln,ln-1为第 n,n-1号梁段长度。

需要注意的是,Δfn是混凝土底模前端的变位,是本节段挂篮定位标高与浇筑混凝土后标高的差值,它包括由已施工节段定位引起的刚体位移和挂篮的弹性变形两部分。当ln-1=ln时,由公式(2)得出：

4.2 主梁线形监测方法

利用大桥两边大地控制网点,使用后方交汇法,用全站仪测出墩顶测点的三维坐标。将墩顶标高值作为主梁高程的水准基点,每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点,每一工况下的测试值与初始值之差即为该工况下的墩顶变位。

布置 0号块高程观测点是为了控制顶板的设计标高,同时也作为以后各悬浇节段高程观察的基准点。0号块的顶板共布置1个水准控制点和 6个测点,为方便得到梁底标高,亦可在箱梁里面的墩顶横隔板处加设一个水准控制点。0号块测点位置如图 1所示。

每个梁段均在悬臂前端布置 6个测点进行测量,其布置如图 2所示。并分别在调整模板标高时、绑扎钢筋后、混凝土浇筑后、预应力张拉后进行测量。

4.3 主梁应力监测方法

采用埋入式振弦式应力计配合读数仪,测量精度控制在±0.2MPa以内。将埋设的应力计测点按预定的测试方向固定在主筋上,将所有测点导线引出到箱梁顶面。每一施工节段浇筑混凝土后、预应力张拉后均进行应力测试。针对可能引起应力超标的结构参数,向施工单位提出调整措施,以确保整个施工过程及成桥后应力满足设计和规范要求。

测点布置：墩顶截面布置 10个应变测点,其中腹板两个应变测点与水平方向成 45°布置,其余全部为顺桥向布置,如图 3所示;边跨的合龙段,1/2L,中跨的 1/4L,1/2L控制截面,每个截面布置 4个测点,如图 4所示。

5 主梁线形和应力监测结果

1)从施工过程线形控制结果来看,该桥悬臂浇筑施工立模标高误差大部分控制在 ±5 mm内,各工况下其变化值控制在±10mm,满足规范要求;各阶段实测值与理论值较为吻合,说明结构模型和理论分析方法准确。

2)在施工过程中,主桥应力、应变均控制在允许范围内。通过对各控制截面在各种工况下的应力监测结果可以看出相应截面的应力分布也基本对称,说明在桥梁施工过程中,主墩两侧的受力基本对称。从各截面的应力变化来看,应力的变化趋势和理论值吻合较好,从应力大小来看,各截面均受到压应力作用,应力最大值小于 12MPa,且顶面应力大于底面应力,腹板处应力大于中心线和翼缘应力。

6 结语

利用桥梁通用软件“桥梁博士”3.0版和 MIDAS6.5软件进行理论分析,并结合现场监测结果,可得出如下结论：

1)该桥悬臂浇筑施工立模标高误差控制在±5mm内,各工况下其变化值控制在±10mm,满足规范要求;

2)各施工工况下,实测各截面的应力在控制范围内,各阶段实测值与理论值较为吻合,说明结构模型和理论分析方法准确;

3)该桥两中跨合龙高差均在 10mm以内,小于规范限值,实现了高精度合龙,顺利完成体系转换,支座设偏量正确,成桥后的梁体线形美观,满足设计及规范要求。

[1]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社,2003.

[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社,2000.

[3]詹 辉,王桂玲.浅谈连续刚构桥施工控制实践[J].山西建筑,2009,35(9)：302-303.

Construction control of long-span continuous girder bridge w ith variable cross-section

XU Bo-gao ZHANG San-jiu

In this paper,based on a long-span continuous girderbridge with variable cross-section,general software“Doctor Bridge 3.0”is used for theoretical analysis and combined with field monitoring resu lts,construction controlmethods are obtained,which can provide guidance for other similar bridges.

continuous girder,construction control,cantilever construction,finite elementmodel

U 448.215

A

1009-6825(2011)03-0183-02

2010-10-05

许孛皋(1983-),男,助理工程师,天津城建设计院有限公司深圳分公司,广东 深圳 518000

张三九(1979-),男,助理工程师,广州市市政工程维修处路桥机施公司,广东 广州 510250

建筑节能