昌南大道跨京九线高架桥施工线形控制

薛洪卫

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

昌南大道跨京九线高架桥施工线形控制

薛洪卫

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

南昌市昌南大道跨京九线高架桥为(90+132+90)m的三跨预应力混凝土连续梁桥,采用悬臂浇筑法施工。施工过程中,为更好地进行线形控制,结合该高架桥的施工,着重阐述了挠度控制的重要因素,并提出了设置预拱度以及进行线形控制的有效措施。同时针对温度等线形影响因素进行监测,确保合龙精度满足规范要求。

预应力混凝土;连续梁;悬臂浇筑法;线形控制;温度监测

目前,大跨度预应力混凝土连续梁发展前景广阔,其施工多采用悬臂浇筑法。该方法施工过程中,由于存在诸多因素影响,导致桥梁结构实际线形与设计值之间出现偏差,故而施工过程中,线形控制十分关键。欲确保成桥后线形达到设计状态,各施工节段的立模高程及大桥的预拱度设置就变得十分重要[1-2]。 同时,施工过程中,如何正确认识温度引起的线形误差,并采用正确的修正措施,避免其引起的误差积累[3],以保证合龙精度亦很关键。结合南昌市昌南大道跨京九线高架桥的线形控制工作,介绍大跨度预应力混凝土连续梁悬浇施工线形控制的方法与经验。

1 工程背景

南昌市昌南大道跨京九线高架桥为(90+132+90) m三跨预应力混凝土连续箱梁桥,横向分南北两幅,大桥中跨跨越京九线,与京九线斜交。两幅连续梁均为单箱单室变高截面箱梁,箱顶宽17 m,箱底宽9 m,支点处梁高7.7m,跨中梁高3.2m,梁底按二次抛物线线形变化。除0号块、合龙段和边跨直线段外,每个T构对称划分为17个施工节段,最长块长4m。施工节段划分见图1。

2 理论计算

采用有限元程序PRBP和桥梁博士分别建立模型,并按施工节段对模型进行单元划分,共计100个单元,101个节点,如图2所示。模型将每个T构施工节段分为挂篮前移、浇筑混凝土、张拉预应力3个计算阶段,加上合龙及后期铺装、后期索张拉阶段,共计84个施工计算阶段和一个成桥运营阶段。单元节点划分见图2。

对大跨度桥梁结构施工控制过程中的变形进行理论分析时,主要采用2种方法:前进正装分析法和倒拆分析法[4-5]。本桥亦是采用2种方法进行理论计算与分析,求得立模高程。

2.1 立模高程计算

施工过程中,为使各节段的结构行为达到设计理

图1 施工节段划分(单位:cm)

图2 1/2模型单元节点划分

想状态,需要每节段设置准确的立模高程。本桥的立模高程采用下式计算

上述各项,设计高程由设计图纸给出,挂篮变形量及温度影响值由现场试验测得,活载预拱度及节点反挠度均由有限元程序结合规范计算得出,误差修正值由误差分析算得。

2.2 挂篮变形量

挂篮悬浇施工过程中,挂篮变形是影响挠度控制的一个重要方面,本桥挂篮主桁为销接结构,其受载变形包括弹性变形和非弹性变形2部分。理论分析不难解出弹性变形值,但非弹性变形需进行现场试验确定。本桥采用水箱对挂篮进行加载试验,将1 200 kN水箱加于挂篮前吊点,最大加载量引起的弯矩为结构最重节段2 140 kN引起弯矩的1.9倍:即2 140×1.5×1.9= 6 099 kN·m。现场试验时,分3级加载进行测量,每级持载时间为30min。具体加载实验数据见图3。

图3 挂篮加载P Δ曲线

由图3可见:(1)第一级加载的P -Δ曲线的斜率明显高于第二、三级加载的;(2)第二级和第三级的P -Δ曲线基本符合线性变化规律;(3)可以认为非弹性变形在第一级荷载作用下基本消除。对P -Δ曲线进行线性回归分析,结合各节段重,即可推算出各节段的挂篮弹性变形量,用于式(1)立模高程计算。

2.3 预拱度与挠度计算

预拱度的考虑是根据规范中规定[6],采用短期荷载的长期效应与预应力产生的长期反拱值的差值,然后根据最大预拱值沿顺桥向做成平顺的曲线。而连续梁施工时的挠度则包括:(1)恒载挠度;(2)预应力挠度;(3)徐变效应引起的挠度。预拱度计算及挠度计算均采用有限元程序PRBP进行,计算所得大桥各节段前端节点各因素引起的挠度,并利用后处理程序算得预拱度如图4所示。

图4 各影响因素引起的挠度曲线

由图4可见:(1)预应力效应对结构线形影响最大,需施工中加强控制,保证精度;(2)徐变效应对边跨影响较大,边跨施工时需注意,减小误差;(3)预拱度设置中,由于边跨最大预拱值不足1 cm,故边跨不予设置,而仅中跨设置预拱度。

2.4 温度影响值

温度变化对于桥梁结构的线形控制影响很大,且这种影响随温度变化性较大。进行线形控制时,若忽略了该项因素,就必然难以得到结构的真实状态数据。同时由于误差累积,对大桥的合龙精度也会产生不利影响。故而对箱梁温度的监测十分必要。

选择2号T构中支点截面在同一天的不同时段进行温度量测,根据测得结果,绘制截面温度梯度及温度变化曲线,如图5所示。

图5 2号T构支点截面温度梯度及温度变化

观察图5,早晨7时左右,箱梁截面内各测点均为30℃左右,呈均匀温度场。随着时间推移,环境温度升高,各测点温差逐渐增大。顶板受太阳直晒,升温效应非常明显;腹板与环境接触面小,温度变化不大,属于恒温场;底板虽与环境接触面大,但由于其处于梁底,不受日照,且通风散热效果好,故其温度基本保持不变,处于恒温场。随温度的升高,整个截面呈非均匀瞬态温度场,截面温度场竖向梯度较大。

为测得准确的温度对挠度的影响值,更好地保证合龙精度,对T构前端由温度引起的挠度进行测量。在T构前端的3个节段横桥向各布置3处测点,选取无施工荷载作用时的不同时段,对测点进行温度及高程测量,并根据测得结果,整理数据如表1示。

表1 T构顶板升温引起前端挠度变化 mm___

观察表1,在桥面温度升高9.2～11.5℃左右时, T构前端下挠10～20 mm。整个T构悬臂段,前端下挠,中间则上拱,支点处下凹,整个变形曲线近似正弦曲线,符合规律[7-8]。

结合上述实测结果,再利用式(1)进行立模高程计算,根据合龙温度与立模时温度之差,即可确定值。

3 线形控制的实现

3.1 控制方法

为了实现施工过程中的线形控制,在墩顶0号块箱梁顶板位置处设置高程工作基点。基点按二等水准测量精度从地面高程控制点用钢尺传到墩顶0号块处[9],并在0号块上设置测点如图6示。各T构节段浇筑完成后,在距节段前端10 cm处顶板上横向设置3处高程测点(图7),采用φ16mm钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固,并要求竖直。测点(钢筋)露出箱梁混凝土表面5 cm,测头磨平并用红油漆标记,以用于各节段的高程测量。

图6 0号块件高程测点布置示意(单位:cm)

图7 悬浇节段高程测点布置示意(单位:cm)

高程测量应尽量安排在日出之前进行,以减少温度对箱梁挠度的影响。节段浇筑前,在0号块高程工作基点处架设全站仪,对底模进行定位,并根据立模高程进行高程定位,保证立模精度。在各节段浇筑后、预应力筋张拉后、挂篮移动后等工序完毕后,对3处高程测点进行测量,求得各施工工序挠度值,用以监测挠度,更好的控制线形。

3.2 误差分析

实际施工中,结构参数的实际值与设计值总存在着一定的误差,对结构的力学状态产生影响,需对其进行及时的识别调整。

本桥中的误差主要分为结构性能误差与结构荷载误差两类。前者包括结构尺寸误差与混凝土弹性模量误差;后者则主要为预应力摩擦损失计算误差。进行误差识别如下:(1)经现场量测,结构的尺寸偏小,导致结构自重及刚度小于设计计算值,为可积累误差; (2)经混凝土弹模试验,混凝土的弹性模量,实际值大于设计计算值,为可积累误差;(3)通过预应力管道的摩阻试验,发现预应力摩擦损失的计算值过大,现场预应力效应大于计算值,误差同样属于可积累误差。

上述几种误差均为可积累误差,即为“大范围误差”,其对结构力学状态产生影响,需对其进行调整: (1)对于结构尺寸误差,进行现场施工修正;(2)对于弹性模量误差,进行计算模型修正,修改计算模型中的弹模参数;(3)对于预应力摩擦损失误差,进行计算模型修改,修改摩擦损失参数。而对于由3种误差引起的高程误差,则需通过接下来的几个节段的施工进行分步调整,从而使结构的实际状态最大限度地接近理想状态。

4 线形控制结果

评价大桥的线形控制效果的重要指标是大桥的合龙精度。南昌市昌南大道跨京九线高架桥中跨合龙段的横向、竖向合龙精度如表2所示。

表2 南、北幅桥横向、竖向合龙精度 m m

全桥合龙后梁顶实测高程与设计高程的对比见图8。

图8 南幅桥合龙后桥面高程对比

由表2及图8可见:南昌市昌南大道跨京九线高架桥的合龙精度(横向和竖向)均在规范要求值20mm范围内;而大桥的实测成桥高程与设计值吻合度较高,说明大桥的线形控制是到位的。

5 结语

大跨度预应力混凝土连续梁的线形控制研究是一门迅速发展的学科,其对大桥结构建设的顺利完成具有特别重要的意义。结合南昌市昌南大道跨京九线高架桥的线形控制工作,介绍了线形控制工作的方法与经验。从最终大桥的合龙精度及线形效果看,大桥的线形控制是到位的,对类似桥梁的施工控制具有一定借鉴意义。

[1] 陈海强,蒋向阳.预应力混凝土连续梁悬灌法施工的线形控制[J].桥梁建设,1998(2):39 -40.

[2] 刘成龙,陈强,李振伟.温度对悬浇法施工桥梁长悬臂箱梁高程的影响及其对策[J].桥梁建设,2003(1):39 -42.

[3] 石德斌,程浪舟,朱文清.大跨度变截面预应力混凝土连续梁桥施工监控[J].铁道设计标准,2006(2):51 -53.

[4] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5] 葛耀军.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版社,2003.

[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].北京:人民交通出版社,2004:47 -49.

[7] 杨雄伟,吴文明.大跨度预应力混凝土箱形梁桥悬臂施工中温度变形控制[J].森林工程,2002,19(4):52 -56.

[8] 伍亮,余志武.悬臂浇筑斜交连续箱梁桥的线形监控[J].铁道科学与工程学报,2006,10(5):31 -35.

[9] 严培武.大跨度桥梁结构施工监控过程中的变形控制研究[J].兰州大学学报:自然科学版,2004,40(4):20 -23.

Alignment Control in Construction of Viaduct Crossing over Beijing-Kow loon Railway on Changnan Avenue

XUE Hong-wei
(China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

The viaduct crossing over Beijing-Kowloon Railway on Changnan Avenue is a pre-stressed concrete continuous girder bridge with span arrangement(90+132+90)-m,which is constructed by cast-in-place cantilever method.In order to control the alignment better in cantilever casting,some important factors on deflection control aremainly discussed in this paper,and the camber placing aswell as the effective alignment control measures are also put forward.In addition the alignment influence factors such as the temperature effect aremonitored to insure the closure's accuracy.

pre-stressed concrete;continuous girder;cantilever casting method;alignment control; temperaturemonitoring

U445.466

A

1004 -2954(2012)10 -0058 -03

2011-11-09

薛洪卫(1982—),男,工程师,2008年毕业于中南大学桥梁与隧道工程专业,工学硕士,E-mail:499427610@qq.com。