分析大跨径预应力混凝土连续梁施工控制技术

蒋磊

摘 要：预应力混凝土连续梁桥于20世纪30年代出现，其具有变形小、刚度大、抗震能力强、受力性能好和外形美观等优点，目前在大跨度范围内占有绝对优势。据此，文章结合某工程的实践经验，探究大跨径预应力混凝土连续梁的施工控制技术，目的是为了提高桥梁结构施工的安全性。

关键词：大跨度；预应力混凝土连续梁；施工控制

中图分类号：U445.57 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）04-0150-02

Abstract： Prestressed concrete continuous beam bridge appeared in the 1930s. It has many advantages， such as small deformation， large stiffness， strong anti-seismic capacity， good mechanical performance and beautiful appearance and so on. At present， it has an absolute advantage in the large span range. Based on the practical experience of a certain project， this paper probes into the construction control technology of the long-span prestressed concrete continuous beam， in order to improve the safety of the bridge structure construction.

Keywords： large span； prestressed concrete continuous beam； construction control

1 工程概况

某桥梁工程长1026.66m，主要由引道、引桥和主桥组成，其中引道宽41m，桥梁宽40m，设计车速60km/h，地震基本烈度7度，设计基准期100年。该桥梁工程的主桥采用了预应力混凝土连续梁，跨径47+80+116+80+47m。主桥的竖曲线半径设为10km，其包含了上、下行桥，桥面宽40m。为了全面把控桥梁工程的整个施工过程，保证成桥状态与设计规定相符，常用预测控制法、自适应控制法或线形回归分析法来对大跨径预应力混凝土连续梁桥进行线形控制、应力控制、稳定控制和安全控制。其中，预测控制法是先预测每一施工阶段，再综合考虑整个施工过程的可能性因素，同时为了控制实际状态与预测状态的误差，要求在下一阶段预测上一阶段误差的影响；自适应控制法是在下一阶段的结构分析中输入可能影响结构内力的误差参数，并循环输入，直至计算结果无限接近实测值，以保证计算模型的精确度；线形回归分析法是对挠度与悬臂的长度、重量进行一元线形回归分析，从而得到挠度线形回归数学模型。下文主要探讨大跨径预应力混凝土连续梁的线形控制与应力控制。

2 线形控制

在大跨径预应力混凝土连续梁施工中，桥梁结构容易出现变形误差，从而导致桥梁主体位置偏离设计位置，甚至影响合拢段的施工质量和桥梁的美观。为此，首先要求保证桥梁结构安全，并在这一条件下进行桥梁结构线形控制，即：先算出主梁的每一块段，再通过分析不同荷载时的挠度，得到每一控制点立模的标高，最后再按立模标高的误差规定调整模板的高度。线形控制的关键点是挠度，即设置预拱度。

2.1 计算预拱度

预拱度是在施工中预留的、与位移反向的校正量，其目的是为了抵消不同荷载时桥梁结构的挠度。在本文，采用了通用的空间有限元软件（Midas/Civil）来计算施工中混凝土的自重、收缩、徐变和预应力张拉荷载。

考虑到了短期弹性挠度与混凝土既有收缩、徐变的影响，得出按式（1）计算梁体的总挠度：

f施=（-fy+fg1+fs）·[1+？椎（t，？子）]式（1）

其中，fy表示预应力损失在减去后引起的向上挠度；fg1表示梁段自重引起的向下挠度；fs表示由临时施工荷载引起的向下挠度；？椎（t，？子）表示在龄期增加期间混凝土的徐变系数。

依据JTG D62-2004的规定，对于桥梁在长期荷载时的总预拱度fmax，要求在计算时考虑到由活载、二期荷载引起的挠度，即按式（2）进行计算：

fmax=（-fy+fg1+fg2）·[1+？椎（∞，？子）]+1/2f？籽式（2）

其中，fg2表示由二期荷载引起的向下挠度；？椎（∞，？子）表示混凝土的终极徐变系数；f？籽表示由静活载引起的挠度。

经计算，能够得到不同荷载时主梁在施工期间的挠度，其中跨中预拱度的最大值约等于0.074m。

2.2 挂篮变形

桥梁主橋箱梁#2-15块段的施工方案为“挂篮悬浇施

工+一次性整体浇注混凝土”。其中，挂篮主要由三组对应设在箱梁腹板顶部的主桁组成，主桁间相隔5.15m。为了检验挂篮的挠度与承载力，要求开展挂篮加载试验，即：模拟箱梁施工时挂篮的加载过程，分析并检验挂篮的弹性、非弹性变形，然后据此控制模板的预拱度和混凝土浇注流程，并判断箱梁挂篮悬臂浇筑施工是否安全。

在安装好挂篮后，先按设计和监控的非定标高拼装挂篮底侧模，再选择砂袋试压，而压重荷载等于梁体自重荷载的120%。依此计算得到，挂篮堆载细砂重174.3t/只，则需91.78m3细砂，3486个编织袋（按50kg/个计）。然后，按预压重量分步堆载预压，即：先依次模拟箱梁腹板、空腔荷载加载，再依次按0、50%、100%和120%的顺序加载，然后依次按120%、100%、50%和0的顺序卸载。对于T构端部的挂篮，要求对称加载，期间每加载一级测量一次变形值，并在满载后，每8h、24h测量一次变形值。

2.3 确定立模标高

在大跨径预应力连续梁悬臂浇筑施工中，确定每一施工阶段的立模标高是保证成桥线形的前提条件。其中，立模标高是设计标高和不同荷载时的预拱度反向上挠得到，其中设计标高一般由设计院提供。根据立模标高，便可有效监控施工中主桥的标高。由于设计标高包含了铺装层的标高，故需在立模标高计算时扣除厚18cm的铺装层。由于桥面左、右幅的横向呈1.5%的横坡，故需在计算左幅两侧控制点的标高时扣除控制点的距离。

2.4 布设测点、观测

设计要求在每一断面上分布布设2个标高测点，且其横向位置与悬臂边缘相距2.0m，从而实现对悬臂浇筑施工中的每一块箱梁进行挠度监测，见图1。

通常来讲，标高测点由？椎16mm及以上的钢棒制成，且其顶部冒过箱梁混凝土顶面约3cm。在悬臂施工桥梁中，测点埋设位置与块件的前端相距10cm，且既要保证测点在定位后不会与模板发生相对位移，又要保证在整个营运期间标高测点可长期用于观测，其中选浇阶段的高程观测以0-1阶段的高程测点为基准点。通常来讲，每一块件施工结束后都需要进行主梁标高测量。由于日照温差、昼夜温差等温度因素会影响到梁体挠度，并使主梁产生挠曲变形，故要求将主梁标高测量时间安排在日出前完成，其中空模状态的标高测量尤其应防范温差的影响。通常来讲，可按桥体结构上观测标高，从而解决了温度挠度影响主梁结构的问题。据此，最好按“挂篮行走后、浇筑混凝土前→混凝土浇筑后→预应力张拉后”的顺序进行施工观测。

3 应力控制

在大跨径预应力混凝土连续梁施工中，按设计要求控制主梁应力是梁体结构后续施工的前提条件，可见应力控制的意义非常重要。下文简要探究大跨径预应力混凝土连续梁的应力控制要点。

3.1 应力的监控、监测

研究发现，钢筋混凝土是一种复杂的、非均匀性的材料，故在施工工序、结构模型材料等的影响下，很难保证结构分析模型的应力完全与设计应力吻合。为此，通过使用高性能的传感元件，并进行测试和分析、处理误差，以使结构的测试应力与其真实状态无限接近，从而获得结构准确的应力状态和保证梁体在整个施工中的安全性。总体来讲，应力监测的流程为：标定传感器→在结构中预埋传感器、记录初始值→施工测量→比对分析实测值与理论值、做出施工决策→箱梁节段施工。

3.2 应力监测布设

按照“经济性、满足监测要求”的原则，将主梁大弯矩的主跨跨中、边跨跨中和支点截面选作监测断面，其中#8、9蹲支点截面的应变计设在#0与1块件的间隔区间，中跨合拢段设在跨中#16的中间，边跨现浇段设在#29与30的中间，以减轻墩顶隔横板周围复杂受力的不良影响。在混凝土浇筑、预应力张拉和临时支座拆除等工况下，要求严格测量和分析悬臂梁的应变，以保证主梁安全受力。为了提高观测结果的精准度，要求在埋设应变计时，将其与定位钢筋焊接在一起。在案例工程中，选择了弦振式应变计测量桥梁应变，并选择了配套的读数仪读取应变值。资料显示，弦振式应变计的精度<1.0με，量程为3000με，且其具有很强的抗干扰能力，可在寒冷的环境下正常运转，可用于长期观测和对测点的温度、应变进行同步监测。但在实际应用中，要求注意以下要点：第一，在投入使用前，用水浸泡6h以上；第二，按照施工现场的客观实际，适当调整现浇段应变计实际的预埋位置，并在底板底层、顶板顶层的钢筋网下侧固定好传感器，且最好布设在主筋的下放，从而防止混凝土振捣作业损坏传感器；第三，安排专业的技术人员调试应变计的性能；第四，设法保护悬浇梁上布设的应变计的导线，以实现在成桥后检测桥梁的受力。

4 结论

本文结合某大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工实践，探讨了其线形控制与应力控制。经研究，得出了以下结论：（1）仿真分析发现，主梁的施工控制效果良好，且梁底、桥面高程误差都与设计要求相符。（2）对比分析发现，主桥的线形控制与应力控制效果良好，且未出现施工裂缝，说明本文谈及的施工控制方法具有很高的应用价值。（3）鉴于梁体结构的内力和位移会受到施工工序的影响，所以要求施工方严控悬臂梁两侧对称浇筑的施工进度，以保证每一施工环节都与设计要求相符，同时为了控制预应力的损失量，要求按设計要求控制预应力的张拉和持荷时间。（4）鉴于残余温差、昼夜温差和日照温差等温度因素会影响到梁体结构，其中以模板标高尤甚，故尽量将测量时间安排在日出前。

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