预应力混凝土连续梁桥施工控制分析

谭涌　覃丽君

摘要：文章介绍了预应力混凝土连续梁桥的发展和特点，分析了施工控制的内容和方法，并运用Midas软件建立有限元模型，对施工过程中的线形和应力进行监测分析。

关键词：大跨度预应力混凝土连续梁;施工控制;Midas软件

中国分类号：U448.21+5文献标识码：A

0 引言

预应力混凝土桥梁的应用已有一百多年的历史，自其出现以来便显示了强大的竞争力，创造出巨大的经济效益。其主要原因有以下几个方面：（1）结构体系丰富，适用范围广;（2）能充分发挥高强材料的特性，具有较大的强度、刚度及抗裂性能;（3）施工方法的成熟使施工周期大大缩短。

连续梁体系是预应力混凝土桥梁中应用最广泛的体系[1]，它具有结构强度高、刚度好、变形小、行车舒适、抗震性能好的优点，并且随着高强材料的发展以及锚固体系的不断完善，连续梁体系的应用越来越广泛。我国从20世纪70年代开始应用，虽应用时间不长，但生命力极其旺盛，连续梁桥一度占据混凝土桥梁应用的50%。

现浇连续梁桥施工方法主要有满堂支架现浇施工和悬臂浇筑施工[2]。满堂支架现浇施工的主要特点是一次浇筑成型，不存在结构体系转换，不会出现次内力，但需要的支架量大，常用于小跨径、不通航连续梁桥。悬臂浇筑施工的主要特点是存在结构体系转换，在设计和施工过程中都需要考虑结构体系转换引起的次内力问题，悬臂浇筑法需要的支架量小，不影响通航，是大跨度连续梁桥主要采取的施工方法。

1 混凝土连续梁桥施工控制的目标

桥梁施工控制的目标：一方面是确保桥梁线形满足设计要求，另一方面是确保施工过程与成桥后桥梁受力与设计一致。

2 混凝土连续梁桥施工控制的方法及内容

对于悬臂浇筑法施工的预应力混凝土连续梁桥，施工控制首先要进行施工阶段仿真分析，得到理论计算结果，然后在施工过程中进行监测，取得检测结果，最后对监测结果与分析结果进行对比分析，分析结果用于指导调整下一节段的施工。

2.1 混凝土连续梁桥施工控制方法

现在常用的施工控制方法有自适应控制、确定性控制、随机性控制等方法[3]。

2.2 混凝土连续梁桥施工控制的内容

桥梁结构施工控制的内容主要包括几何线性控制、应力控制、稳定控制和安全控制[4][5]等。

3 工程背景

采用悬臂浇注施工法的某预应力混凝土连续梁桥是一座一级公路上的桥梁。按设计文件，主桥上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，主桥分三跨布置，主跨120 m，两边跨66 m。桥梁0#梁段采用支架现浇，其余节段采用挂篮悬臂浇注施工。其中0#块长度为10 m，节段沿0#块两侧对称划分，自根部至跨中节段长度依次为5×3.2 m，4×4.0 m，5×4.4 m。边跨现浇段长4.9 m，边、中跨合龙段均为2 m，现浇梁段最大重量为158.6 t。挂篮自重根据实际取值。详见图1～2。

4 有限元模型

运用大型有限元分析程序Midas Civil 2018版，采用空间梁单元建模。全桥共83个节点、76个单元。其中0#块划分为4个单元;悬臂浇筑梁体共划分为个14个节段，每个节段1个单元，每个合龙段长度为2 m;边跨每个合龙段划分1个单元，中跨合龙段划分2个单元;每个边跨现浇段在模型结构中划分为4个单元。见图3。

5 线性和应力控制

5.1 线性控制

立模前后、混凝土浇筑前后和钢束张拉前后为施工过程中的关键工序，线性控制需测量关键工序对应的标高，从而获得整体线形变化历程。

本桥应用有限元分析软件Midas建立模型，计算各阶段的理论高程。由于篇幅有限，本文仅展列合龙成桥后各个测点的标高值。在合龙成桥后，再理论计算对应位置布置测点测量桥面高程。理论计算梁顶标高与实测梁顶标高的比较见下页表1，线形比较见下页图4。

规范允许理论计算标高与实测标高差值为20 mm。从上述图表可看出，理论计算和实测结果吻合较好。由此可说明，通过应用理论分析预测，并指导施工具有良好的效果。

5.2 应力分析结果

按《公预规》第7.2.8条规定：在预应力和自重等荷载作用下，混凝土法向应力应符合下列规定：

压应力：σtcc≤0.7f′[KG-1.5mm]ck（22.68 MPa）;

拉应力：σtct≤1.15f′[KG-1.5mm]tk（2.89 MPa）。

其中，f′[KG-1.5mm]ck、f′[KG-1.5mm]tk为施工阶段混凝土轴心抗压和抗拉强度标准值。

每一个悬臂施工节段自重均会引起已浇筑节段梁体下挠，每一节段的应力会随着悬臂的延伸而增大。因此，对每一节段混凝土施工完毕之后的应力分析总结非常重要。其部分理论计算结果如图5～7所示。

（1）0#块对于悬臂浇筑梁具有控制性的作用，0#块的应力控制是挂篮施工的关键。

施工监控过程中，在靠近墩顶部位下缘侧布置应变测点，观察到的应变值如表2和图8所示（换算成相应的应力值，如括号内的值）。

从表2可知，施工阶段主梁结构单元最大组合压应力值为13.49 MPa，发生在边跨合龙和中跨合龙时，小于规范值22.68 MPa。因此，施工阶段主梁结构的受力满足规范要求。

由图8可以看出，实测数值比有限元计算值稍大，这是由于施工过程当中的不确定荷载引起，总体来说符合情况较好。

6 结语

本文总结了施工控制的内容和方法，结合工程实例分析，运用Midas Civil有限元模型对施工过程中的挠度和应力进行分析，获得施工控制的理论分析数据用于指导实践。实际结果表明，理论分析结果与施工过程的结果较为吻合，达到了指导施工的效果。本文对于类似的工程情况有一定的借鉴意義。

参考文献：

[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1988.

[2]刘效尧，徐 岳.梁桥（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]邱式中.桥梁施工控制技术[J].预应力技术，2008（5）：33-40.

[4]张国庆，王玉泉，徐浩烈.混凝土箱梁温度应力研究[J].黑龙江交通科技，2001（1）：50-53.

[5]刘菁华.大跨径混凝土连续梁桥施工监控技术研究[D].西安：长安大学，2002.