某PC 连续梁桥施工监控中的应力监测

申 娟

我国预应力混凝土连续梁桥在20世纪70年代首次应用于城市桥梁工程，预应力混凝土连续梁桥结构体系具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。从我国已建成的大跨度预应力混凝土连续梁桥实践来看，大部分采用悬臂浇筑法施工，悬臂法施工有很多优点，然而它也有一些问题，比如在节段施工中容易出现偏载或者因风力产生的不平衡弯矩，这样就涉及到施工中的安全性和稳定性。因此在施工中要对主梁截面的最不利位置进行应力监测。

1 施工监控的目的

悬臂现浇施工类型的桥梁的施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就可能造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移。若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的线型与内力不符合设计要求。

在施工过程中，为保证合龙前悬臂端竖向挠度的偏差不超过容许范围、保证合龙后的桥面线型良好、保证在施工中主梁截面不出现过大的应力，必须对本桥主梁的挠度、应力等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保本桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁的线型符合设计要求。本文主要介绍施工过程中的应力监控，确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁结构成桥受力状态符合设计要求。

2 施工监控的基本理论

施工监控过程是一个“施工—测量—误差分析—参数调整—预报”的循环过程，必须在施工过程中全过程跟踪计算，根据现场实际情况变化，不断调整、完善计算参数以满足设计对线形及内力的要求。在该桥的施工监控中，对梁体线型、应力进行重点控制。监控方采用自适应控制方法对本桥进行了线型控制，对于预应力混凝土桥梁，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、混凝土徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辨识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。

3 工程概述

该桥主桥为预应力混凝土连续箱梁结构，全长为42 m+70 m+42 m，采用悬臂法施工。本桥梁满足三级航道要求，航道净高8 m，净宽60 m。桥址处派河的20年一遇水位高程13.67 m，设计的主桥面中心高程25.969 m。桥梁中跨竖曲线为二次抛物线。设计荷载:公路—Ⅰ级(机动车道和非机动车道)，3.5 kN/m2(人行道)，主墩的船舶撞击作用按1000 t级取值。设计基准期为100年，设计安全等级为一级，桥梁所处环境类别为Ⅰ类，设计时速:主桥内侧三个车道为60 km/h，外侧一个车道按匝道口的加减速车道设置。匝道设计速度为30 km/h。该桥采用悬臂法浇筑，最大悬臂段为9号块主梁梁应力主要是通过埋入混凝土振弦式应变计进行测量监控，主梁应力测点布置在L/2，L/4，根部等关键截面上，上部结构(箱梁)共布置11个应力测试断面，具体见图1。为避开应力集中或截面突变部位，根部截面的测试断面选择在1号块端部。本桥施工监控采用正装分析法，正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程。测点埋设位置见图1。

图1 测点布置位置详图

4 建模与计算

本桥通过桥梁分析软件Midas civil 2010来建立模型，通过对施工过程的模拟，来了解主梁截面的各工况间应力变化情况。

1)建立模型。Midas civil 2010建模采用梁单元模拟上部结构，模型建至最大悬臂块段即9号块张拉完毕，施工阶段按照安装挂篮、浇筑块段以及张拉块段来模拟。共分为42个施工阶段计算分析。全桥共有58个单元，59个节点。两个主墩分别为8号墩和9号墩全桥的Midas模型，如图2所示。

图2 全桥离散模型

2)计算分析。通过Midas模型的计算，导出各个控制截面的“应力—施工阶段”历程图，其中横坐标为施工阶段，纵坐标为各个施工阶段的相对应力值，MPa。

图3 根部顶板工况间应力相对值对比图

图4 根部底板工况间应力相对值对比图

图5 1/4截面顶板工况间应力相对值对比图

5 主梁应力监测结果

温度对结构的影响是复杂的，在本桥的施工监控中，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除，以减小其影响。例如应力测量基本选择在早上温度较低的时候进行，每次工况间的温度尽量相同。混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体应力有较大影响，必须加以考虑，计算按照规范规定的收缩、徐变系数进行分析，同时按监控单位的实践经验加以调整。由于本桥是将工况间所测得的相对应力值与模型的理论值进行比较，所以在本桥的应力测量时尽量使每个工况间的时间间隔最短，这样就可以忽略徐变对测量的影响。例如在预应力张拉前后时，在张拉前1 h测量一次应变，张拉后立即测量应变，这样这个工况间的时间间隔就很小，徐变基本没有发展，所以可以认为此工况间的应变变化只是由预应力引起的。后期的数据处理中，我们将工况间实际应力的相对变化值与理论应力的相对变化值做比较，并且通过Excel绘制曲线图，如图3～图6所示。图中只是截取第24工况～第29工况间的相对应力变化做比较，其中第24工况～第29工况分别为浇筑7号块、张拉7号块预应力、安装8号块挂篮、浇筑8号块、张拉8号块预应力及安装9号块挂篮。由图可知，监测到的应力变化趋势基本上与模型分析的接近，工况间的应力相对值与理论值最大相差也仅在1 MPa以内，在允许的范围之内。

图6 1/4截面底板工况间应力相对值对比图

6 结语

施工监控相对施工过程中的安全性有一定的预见性，对施工中及成桥后结构的内力及线形控制起到非常重要的作用。本桥在施工监控中有以下几点心得，希望对以后类似桥型的施工监控有一定的指导作用。

1)建立模型时要考虑结构恒载、预应力张拉、分阶段施工流程、温度变化、混凝土收缩徐变、施工荷载、体系转换、二期恒载和活载效应，并按照施工组织设计中的桥梁施工顺序，计算结构变形、结构内力和应力分布状况，对设计进行全面的复核计算。

2)混凝土徐变对应变的测量会有一定的影响，可以采用文献［5］介绍的增量法测量应力的真实值，本桥采用的是在测量时尽量使施工工况间的时间间隔最短，这样可以忽略徐变的影响，经过测量，实际结果与理论结果符合很好。

［1］ 王武勤，周纪昌.大跨度桥梁施工技术［J］.现代交通技术，2007(3):66-67.

［2］ 蔚建华.预应力混凝土桥梁施工技术要点［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］ 邱顺冬.桥梁工程软件Midas civil常见问题解答［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］ 张继尧，王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥［Z］.2008.

［5］ 李 静.广州广清卫生河大桥施工监控中的应力监测［Z］.2009.

［6］ JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［7］ 余钱华.大跨径混凝土桥梁施工中应力分析与测试［Z］.2010.