大悬臂预应力混凝土盖梁的施工监测分析

郭 锐

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

大悬臂预应力混凝土盖梁的施工监测分析

郭 锐

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

以某高架桥大悬臂预应力混凝土盖梁施工为例，从结构建模、预应力钢束体系、应力监测等方面，介绍了桥梁结构工程的施工监测技术，通过对施工过程中应力和位移的监测分析，指出大悬臂盖梁模型的理论计算值与施工实测值比较吻合。

预应力盖梁，施工监测，应力，位移

1 工程概述

太原市南中环西段高架桥采用8联3×35 m先简支后连续装配式预应力混凝土连续箱梁，为增加桥下使用空间，盖梁采用变截面预应力混凝土大悬臂盖梁，全长22.0 m，宽2.0 m，中心高2.92 m，端部高1.0 m，悬臂部分总长6.77 m。

桥墩采用带圆角的外倾式墩柱，截面横桥向宽1.8 m，纵桥向宽1.6 m，承台高2.5 m，桩基采用直径1.5 m钢筋混凝土钻孔灌注桩，桥梁结构横断面构造见图1。

2 施工监测技术

施工监测是桥梁结构建设施工的一项重要环节，通过对结构施工过程实施有效的监测控制，检验计算模型的合理性，同时，出现偏差时可以进行及时调整与纠偏，确保其应力和变形始终处于安全范围，保证结构在施工和使用阶段均能满足设计要求。

2.1 结构建模分析

根据以往类似工程的经验，首先对桥墩和大悬臂盖梁结构进行精细化建模计算，以位移和应力为主要技术指标进行分析研究，形成可用于指导施工实践的具体成果。

本次结构计算分析将盖梁和桥墩墩柱一并考虑，计算软件采用桥梁博士，复核软件采用迈达斯，模型离散图如图2所示，盖梁划分为26个单位，27个节点，盖梁与墩柱之间为整体浇筑，墩底按固结处理。

2.2 预应力钢束体系

盖梁横向设置N1,N2两种钢束，均采用φs15.20 mm高强度低松弛预应力钢绞线，N1钢束采用19根φs15.20钢绞线，N2钢束采用15根φs15.20钢绞线，其弹性模量为1.95×105MPa，抗拉强度标准值为1 860 MPa，张拉控制应力为1 395 MPa，盖梁混凝土采用C50混凝土。盖梁预应力钢束布置如图3所示。

2.3 施工阶段划分

建模时施工阶段划分为8个阶段，盖梁混凝土浇筑，混凝土强度达到设计的100%→张拉N1钢束，灌浆→张拉N2钢束，灌浆→架设最中间两片梁→架设两侧第二片梁→架设两侧第三片梁→架设最边上两片梁→上部其他结构施工。

2.4 应力监测方法

在模型计算分析中，悬臂根部在张拉预应力钢束阶段，下缘截面出现最大主拉应力，当最大主拉应力超过容许值时，截面就会出现裂缝，因此本次应力监测着重研究盖梁悬臂根部在施工阶段的主拉应力情况。

根据模型计算，在悬臂根部出现最大主拉应力的截面分别为8号单元左截面和19号单元右截面，施工时在这两个截面底部预埋两组应力传感器，浇筑混凝土前将其绑扎在盖梁底钢筋骨架上，传感器选用长沙金马科技有限公司生产的钢弦应力传感器，在各个施工阶段均可以读取传感器所处位置的应力值。

2.5 位移监测方法

根据计算分析，大悬臂预应力混凝土盖梁在施工和运营阶段位移变化最大的截面位置为盖梁端部，即如图2所示1号单元左截面和26号单元右截面，定义为控制截面，施工时，在两个控制截面各设置一个水准观测点，对盖梁的8个施工阶段进行位移观测。

3 监测成果分析

3.1 应力监测分析

模型计算中，在张拉完N2钢束后，悬臂根部下缘主拉应力达到最大，最大拉应力为1.22 MPa，随着上部箱梁的架设，拉应力逐渐消失。施工过程中，应力传感器所监测的最大拉应力为1.28 MPa，理论计算值和实测值对比如表1所示。

表1 盖梁悬臂根部下缘主拉应力监测 MPa

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.2.8条，盖梁在施工阶段，下截面边缘混凝土法向应力应满足以下条件：

根据应力监测数据结果，实测应力值与理论计算值比较吻合，满足规范要求。

3.2 位移监测分析

施工过程中，大悬臂盖梁左、右两端位移监测结果如表2所示，向上为正，向下为负，左、右侧位移理论值与实测值对比如图4，图5所示。

表2 盖梁梁端位移监测 mm

从表2中可以看出，在预应力钢束张拉阶段，实测位移均大于理论计算位移，究其原因，可能是张拉时混凝土强度未达到100%，且模型计算时钢束数据偏保守。其他阶段实测位移值均小于理论计算值，其原因主要是施工时的满堂红支架产生的沉降，以及施工机具等的外部其他荷载造成的。

根据位移监测数据结果分析来看：大悬臂盖梁端部实测位移值与理论计算值比较吻合，变化规律一致，左右对称性较好，说明盖梁在计算时采用的有限元模型比较合理，且在施工过程中位移控制的较好。

4 结语

大悬臂预应力混凝土盖梁因其结构轻巧，施工简单易行，横向跨越能力大，桥下可利用空间显著增大，在目前的城市高架桥建设中应用越来越广泛。

本工程对大悬臂预应力混凝土盖梁施工过程中的应力、位移进行监测，将模型理论计算值与施工实测值进行对比分析，分析结果表明理论值与实测值非常吻合，说明大悬臂盖梁有限元计算模型科学合理，施工阶段划分与实际施工工况较为接近，应力和位移监测比较成功，施工后的桥面高程体系与设计相符，可作为今后大悬臂预应力混凝土盖梁设计和施工监测的参考。

[1] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

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

[3] JTG D63—2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4] 郭 锐.大悬臂预应力混凝土盖梁的设计与计算分析[J].山西建筑，2013，39(30)：159-160.

Analysis on construction monitoring of large cantilever pre-stressed concrete cap beam

Guo Rui

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Taking the large cantilever pre-stressed concrete cap beam construction of a viaduct as an example,from the structure modeling,pre-stressed steel beam system,stress monitoring and other aspects,introduced the construction monitoring technology of bridge structure engineering,through the stress and displacement monitoring analysis of construction process,pointed out that the theory calculated value of large cantilever cap beam model in line with construction measured value.

pre-stressed cap beam,construction monitoring,stress,displacement

2015-10-13

郭 锐(1982- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)36-0169-03

U445 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A