预应力混凝土连续梁桥施工中力学仿真和监控

艾大利

摘 要：本文对预应力混凝土连续梁桥施工中力学仿真与监控进行分析，文中先对预应力混凝土连续梁桥施工中力学的监控的意义进行探讨，而后对预应力混凝土连续梁桥施工中力学仿真技术实施进行阐述，最后对预应力混凝土连续梁桥施工中力学监控方法及内容进行探讨，以期为现代大跨度桥梁的安全施工提供借鉴。

关键词：预应力混凝土;连续梁桥;力学仿真

在现代大跨度桥梁工程中，预应力混凝土连续梁桥施工技术应用是较为广泛且普遍的，具有良好的技术实施效果^[1]。不过，大跨度桥梁在施工中存在垮塌的风险，而在设计中仅考虑到工程建成后的效果，对于施工过程的结构受力探讨较少，采用施工中力学仿真与监控对此有重大意义。

1 预应力混凝土连续梁桥施工中力学的监控的意义

桥梁施工过程中由于桥梁结构的不断变化因此桥梁受力是不断变化的，受力情况相对较为复杂，考虑到桥梁的安稳，必须对其进行认真研究。在现代预应力混凝土连续梁桥施工中运用的是桥梁悬臂施工技术，这一自架设悬臂体系施工技术的应用广泛，同时为桥梁建设提供了可靠的技术保障，但桥梁结构内力较为复杂且位移也在发生变化，为了使得桥梁施工质量及安全得到保障，桥梁施工过程的监测是不能缺失的。施工监控是保证桥梁悬臂施工质量效果的一种技术方法，通过施工监控能够有效的保障桥梁的安全施工。比如施加预应力时，力筋孔道预留情况复杂，施加预应力时需要在施工中埋设应变计进行监测。同时施工监控也能对施工过程中出现的问题进行纠偏，预应力混凝土桥梁自身材料存在特性不稳定、非匀质的问题，同时受到时间、温度、湿度等条件影响，仿真计算和实际施工有较多误差、自架设体系施工工艺复杂，所以发生偏差的情况较多，影响桥梁建设目标的实现，因此，施工监控的作用尤为重要，通过实测值和预估值的对比，对实际施工中的问题进行及时整改。施工监控为预应力混凝土连续梁桥施工安全提供保障。

2 预应力混凝土连续梁桥施工过程中力学仿真技术实施要点

2.1 状态定义

在对施工过程中力学仿真技术实施展开探讨前，对于施工的研究对象进行定义，以此为仿真技术运用明确方向。在进行结构受力研究的过程中，对象是不断发生变化的，不同状态的定义为：结构零状态，建筑设计的坐标状态，即是建筑设计中理想化的结构状态;结构初态，结构在施工之后实现的完整结构状态，包含施工残余应力、残余变形、部分施工荷载、结构承重自重等;结构终态，工程完成建设后投入使用后的状态，结构存在工程使用结构初态变形及残余应力重分布、使用过程荷载;施工状态，指工程建设伊始，将结构零状态作为建设目标，从施工到结构终态的过程^[3]。

2.2 预应力混凝土结构施工过程中力学仿真技术应用

桥梁施工过程中的力学特征和使用过程中的受力有较大差别，设计中主要从结构终态对结构体系受力进行考量，但对施工过程可能存在的变形及残余应力会进行忽略，虽然一般结构体系在实际施工过程中与仿真计算中产生的变形误差、内力误差并不大，但对部分特殊结构体系影响则极为明显。在预应力混凝土结构应用力学仿真技术的过程中，要重视到以下几个方面：

2.2.1 施工中变形及残余应力。在从结构零状态加载到结构终态的变形、弯矩情况下，和根据施工过程展开跟踪分析结构有一定差异，同时结构构件挠度值与最大弯矩值往往在施工阶段中发生，一般构筑物施工状态与结构终态之间的应力误差较小，但特殊构筑物在这一误差上要相对较大。根据设计使结构从受力零状态加载到结构终态变形和弯矩的过程中，并不能完全覆盖施工过程最大变形应力及内力，需针对此进行计算;结构零状态是理想化的设计状态，通过施工过程中对施工工序的调整，保证其实现结构终态。

2.2.2 外部条件的变化会导致结构变形和残余应力出现，比如外界温度变化，同时外界条件变化也会使得结构变形及残余应力发生，对状态不同的边界条件改变，能够实现对结构变形及残余应力降低的效果。施工时安装方法的差异，会使结构终态与结构零状态产生位置差异，如果施工中要采取临时支撑或者反拱，要在施工中设计预拱度，实际施工结构内力和变形匹配性，与施工过程是否进行考量存在直接关系，这也能为部分工程内力和变形不匹配性提供解释。在施工中也要进行小变形假设，结构内部单元变形和受力会因为施工产生变化，此类变化是有限元分析难以从理论着手解决的问题，也是产生误差的重要因素。混凝土的力学性质具有流变性与蠕变性，自身会由于时间阶段的不同会产生徐变、收缩、强度等方面的变化，所以材料会因为时间变化对结构产生不同程度的影响。

3 预应力混凝土连续梁桥施工监控内容及方法

通过观测相对高程来实现主梁挠度观测，在墩顶0号块进行标高基准点设置，在桥上实施标高观测，而观测时间在日出之前。環境温度出现骤冷骤热时，产生的温差可能产生挠曲，桥墩温度伸缩为墩顶竖向位移，会导致主梁标高改变，进而使梁端挠度受到影响。箱梁上下缘与桥墩两侧温差，是由日照温差导致，会造成主梁、墩身发生挠曲变形，进而使主梁产生挠度，温度挠度主要是因日照温差产生的挠度。日出前阳光较弱，观测时间能够适当延长或推迟，梁内混凝土温度比较气温而言，具有滞后的情况，日照并不会立即导致主梁挠曲发生。

施工中监控内容主要包含有两个部分，首先是按照施工方案进行施工仿真计算，根据施工控制进行理论计算，形成施工控制文件;其次，根据施工状态实际值和仿真理论值进行对比看是否存在差异，若有差异应采取调整措施。对于结构变形的控制要明确，桥梁结构施工时总会有挠曲变形的情况，同时变形因素众多，采取的施工控制措施效果要根据误差容许值进行评定。结构应力监测对于成桥受力与设计符合与否要进行明确，结构稳定控制是对桥梁稳定性进行控制，目前是通过稳定安全系数分析计算，结合变形情况、结构应力进行综合评定，对稳定性进行控制。

4 结语

随着现代桥梁建设规模的增大，对于桥梁的设计与施工要求也在不断加大，对于传统忽略施工过程的设计方法必须要摒弃，选择有效的施工过程结构力学仿真技术与监控技术，以此来保证桥梁结构的安全施工。本文对预应力混凝土连续梁桥施工过程中力学仿真和监控的探讨，能够对此类桥梁的安全施工提供借鉴。

参考文献：

[1]李文炳，韦忆龙.预应力混凝土连续梁桥的施工控制探讨[J].华东公路，2019（4）：30-31.

[2]张守陆.高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁桥施工技术[J].建材与装饰，2018（4）：252-253.

[3]叶小强. 预应力混凝土连续梁桥施工力学仿真和监控[D]. 南京水利科学研究院， 2006.