大跨预应力混凝土连续梁桥施工监控*

胡波

(中铁二十五局第一工程有限公司，广东广州510000)

大跨预应力混凝土连续梁桥施工监控*

胡波

(中铁二十五局第一工程有限公司，广东广州510000)

在预应力混凝土箱梁桥施工过程中，因诸多因素导致施工时实际工况与设计不符引起误差。施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实之值，对施工状态进行实时识别、调整、预测对设计目标的实现是至关重要的。本文结合工程实例，介绍了大跨度预应力混凝土连续梁挂篮悬臂浇筑时梁体的线形监控及应力监控。利用数值模拟的方法，对全桥各个施工阶段进行了有限元仿真分析，介绍了施工监控的具体方式方法。

施工监控;大跨预应力;有限元模拟;线形监控

预应力混凝土连续箱梁桥跨度大，桥型简捷，投资少，在桥梁建设中具有广泛的发展前景。但在施工过程中的诸多因素如:混凝土弹性模量，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮定位时的温度影响，挂篮的变形特征等都会影响桥梁结构线型及内力方面与设计出现偏差。当上述因素与设计不符，而且不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差积累。因此，在此类桥梁的施工中引入监控的概念，施工监控一方面保证各施工阶段的安全、可靠以及悬臂施工过程中悬臂端的稳定、结构线型、变位和状态是否符合设计要求;另一方面结合测试分析和模拟计算，对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序，提高施工工艺水平，确保桥梁施工质量和安全。本文以衡阳市新建湘江大桥为背景，利用数值模拟的方法，对全桥各个施工阶段进行了有限元仿真分析，介绍了施工监控的具体方式方法。

一、施工监控的基本方法及内容

(一)施工监控基本方法

首先，理论计算确定控制目标，包括成桥时的理想控制目标值、每个施工步骤中的分步控制目标值、成桥及施工过程中各目标值的精度标准。之后就是施工现场跟踪实际操作保证目标的实现，包括获得结构行为的实测值、对实际结构进行调整、调整施工阶段控制目标值。

(二)施工监控内容

施工监控根据桥梁成桥后线型的要求，监控的主要内容有:各梁段的变形及高程实施控制;箱梁控制截面应力监测等。

对于悬臂施工的大跨度桥梁结构，所采用的施工顺序与成桥后的主梁线型与结构内力有着密切的联系，对墩顶变形及主梁合龙顺序密切相关。在施工阶段随着桥梁结构的荷载状态、环境温度、湿度不断变化，结构内力和变形也随之不断变化。因此，需要对大跨度桥梁的每一施工阶段进行详尽的分析和实测验证，并采用一定的监控方法对结构变形、应力加以控制，指导施工实践，以确保设计的施工过程或经过调整后的施工过程得以准确地实现。

二、工程实例

(一)工程背景

衡阳市新建湘江大桥是衡阳市衡州大道建设工程中的重点之一，位于原衡阳市湘桂线跨湘江老桥旁。该桥为五跨连续预应力箱梁(63．5+122+122+122+63．5)m，采用悬臂现浇施工，梁体为单箱双室，变高度、变截面，梁高沿纵向按抛物线变化，中支点梁高6．8m，边支点及跨中梁高2．8m，边跨现浇段2．5m。截面采用单箱双室直腹板形式，顶板厚35cm，腹板厚度为75 cm－140 cm，底板上顶面纵向也按抛物线变化，底板厚35cm－90cm。桥面采用整体桥面形式。梁体采用C55混凝土。因实际工期原因，本桥采用了以下合拢顺序:先合拢边跨，张拉边跨顶板和底板预应力束;然后合拢右边中跨，中跨，最后合拢左边中跨。

(二)计算模型

本文采用桥梁博士v3．3建立全桥模型，共170个桥面单元，16个挂篮单元，71个施工阶段。考虑混凝土收缩徐变的时间依存性参数等;按照实际的施工顺序，模拟结构的形成、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变等对结构变形的影响。计算结果输出每一个施工阶段中结构的位移和内力。计算模型如图1。

图1 全桥计算模型图

(三)标高的计算

在本桥的悬臂施工过程中，梁段立模标高的合理确定是关系到主梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终成桥线形一般是较为良好的;相反，如果考虑的因素和实际情况不符合，控制不力，则最终成桥线形会与设计线形有较大的偏差。可以说，连续刚构、连续梁桥的线性控制主要是立模标高的确定。

众所周知，立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形。其计算公式如下:

式中:Hlmi—i位置的立模标高(主梁上某确定位置);Hsji—i位置的设计标高;—由梁段自重在i位置产生的挠度总和;—由张拉各预应力在i位置产生的挠度总和;f3i—混凝土收缩、徐变在i位置引起的挠度;f4i—施工临时荷载在i位置引起的挠度;f5i—二期恒载在i位置引起的挠度;fgl—支架变形值。

其中支架变形值是根据支架加载试验，综合各项测试结果而得。而五项在前进计算分析的结果中可以得到。

初始的几个节段立模标高按理论值确定，当理论值与实测值基本一致后按理论值及测量结果调整立模定位标高。

根据公式可计算出立模标高，详细列出1至2号墩中间单元各标高入下表。

表1 线形监控立模标高理论计算表

三、监控实施

(一)线形监控实施

根据连续梁悬臂施工具有阶段性和循环性的施工特点，实施线形控制的具体工作内容如下:

1)在每一梁段施工前，根据仿真模拟计算结果和上一个梁段的施工测量结果数据进行分析判断，给出本梁段施工时的理论立模标高。实际立模时还需要考虑挂篮的弹性变形值和温度的影响。

2)在每个梁段施工完毕后，下一梁段施工前测量所有梁段的标高并与理论值比较。必要时对结构的设计参数进行新的估计。在线形控制中，要测试主梁的标高。每一梁段的标高测量分为3个工况进行，即混凝土浇筑前、混凝土浇筑后及预应力张拉后。主梁标高的测点布置在沿桥梁纵向为每个梁段的前端。沿桥梁横向的测点设在腹板靠近外侧的上方。

(二)应力监控实施

为了及时掌握大跨度连续刚构桥在施工过程中关键部位应力的变化规律，在每一跨主梁关键部位布置应力测点，通过施工阶段的实时测试获得结构真实的应力状态，对其进行误差分析并判断是否符合设计要求，如果实测值与理论值的差值超限，则必须查找原因和调控，使之在允许的范围内变动。

1)纵向选取每一跨箱梁的支点截面、跨中和L/4截面，如图2。5跨连续梁共计24个断面。

2)横向每个截面布置9个测点如图3;所有应变计均沿纵向布置，即测纵向应变。

图2 5跨连续梁应变测点截面布置图

图3 梁体控制截面应变测点布置

四、结语

施工监控环节在大跨度预应力混凝土连续梁桥的建设中是必须的，是一项技术系统工程，施工监控的项目组织应和项目的施工组织计划协同制定，在充分分析设计数据的基础上，科学合理地制定监控方案，采集关键的必要数据，采用预测控制的方法有效指导施工。

［1］向中富．桥梁施工控制技术［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［2］顾安邦，张永水．桥梁施工监测与控制［M］．北京:机械工业出版社，2005．

［3］吴鸿庆，任侠．结构有限元分析［M］．北京:中国铁道出版社，2000．

［4］中华人民共和国行业标准．JTJ041－2000公路桥涵施工技术规范［S］．

2012－06－06

胡波(1978－)，男，湖北公安人，工程师。