预应力混凝土连续梁桥线形控制研究

作者简介：

沈青青（1986—），工程师，主要从事公路桥梁设计工作。

摘要：文章以某预应力混凝土连续梁桥为研究对象，采用有限元软件Midas Civil建立数值模型，分析了影响桥梁线性控制的因素，并以该桥第4跨为例，对各测点在浇筑前后以及张拉前后标高的施工控制值和实测值进行了对比，得到以下结论：浇筑前后和预应力张拉前后1#～5#测点均呈现出随着测点跨度的增大，实测值增大的趋势，且1#～3#测点实测值与控制值之间差值均未超过15 mm，4#～5#测点实测值与控制值之间差值均未超过5 mm，差值处于容许范围内;混凝土浇筑后悬臂端同一截面处的标高实测值明显低于混凝土浇筑前，混凝土浇筑后和预应力张拉前悬臂端同一截面处的标高值基本保持一致，预应力张拉后悬臂端同一截面处的标高值相比于张拉前标高略有提升，但增幅很小，这与设计理论相吻合，说明本文模拟和监测方法的合理性与正确性。

关键词：预应力;混凝土连续梁桥;线性控制;数值分析

中国分类号：U448.35A291093

0 引言

近年来，预应力混凝土连续梁桥在国内很多地方应用广泛，其线形控制是施工过程中非常重要的一环，因此对其线形控制研究具有重要的意义。国内学者对此进行了一些研究，主要有：李卫东、罗书舟等[1-2]以某地区跨河大桥引桥左线为研究对象，针对预应力混凝土连续箱梁桥施工要点，重点研究了该预应力大桥在施工过程中的预拱度设置手段以及线性控制方法，并对现场施工过程中的挂篮进行了监测分析;赵庆武、王玲等[3-4]以某铁路大跨度连续梁桥为研究对象，描述了控制桥梁施工线形精度的主要影响因素，并结合近年来连续梁桥施工特点与施工工艺，总结了铁路预应力连续梁桥线形控制对策;杨富余、王丽娟[5-6]介绍了连续梁桥的多种施工方法，并对主要的施工方法进行了简要分析，重点对悬臂法浇筑施工需要注意的事项进行了总结分析;晏江驰、王景全等[7-8]以大跨度预应力混凝土连续梁桥为研究对象，重点分析采用悬臂梁法施工过程中线形控制要点，并采用正装分析法，重点分析了各施工过程中的位移变形值和施工预拱度。本文主要以某预应力混凝土连续梁桥为研究对象，采用有限元软件Midas Civil建立数值模型，重点分析影响桥梁线形控制的因素，并以该桥第4跨为例，对各测点在浇筑前后以及张拉前后标高的施工控制值和实测值进行对比，研究结果可为类似工程设计和施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

某预应力混凝土连续梁桥设计时速为250 km/h，为双向两车道，兩车道间距为4.8 m，设计活载类型为ZK活载。梁体采用C55标号混凝土，自重为26.0 kN/m3。预应力钢绞线的容重为78.5 kN/m3，摩阻系数为0.15。二期恒载包括钢轨、人行道板、轨道板、防撞装置等。

2 数值建模

2.1 模型建立

图1所示为采用有限元软件Midas Civil建立的桥梁全桥有限元模型，以梁截面横向方向为x轴，以梁截面高度方向为y轴，以向上为z轴，且规定以x轴向右、y轴向内以及z轴向上为正方向。梁桥上部为（75+150+75） m的三跨结构形式，宽为10.6 m。模型中共有96个节点、95个单元。表1和表2为相关材料参数。

2.2 结构变形控制

根据《铁路桥涵工程质量检验评定标准》（TB 10415-1998）等规范规定，悬臂浇筑混凝土梁允许偏差如表3所示。

3 结果分析

3.1 影响因素分析

实际施工过程中，影响预应力混凝土连续梁桥线形控制的因素主要有：

（1）结构的相关参数。主要包括结构的弹性模量、施工外荷载、结构断面尺寸、材料的重度以及混凝土徐变等因素。

（2）灌注施工过程中引起的挠度变化。

（3）外部环境温度变化。

（4）施工过程中的监测方法。

（5）施工技法及工艺。

（6）结构分析计算模型。

（7）混凝土的应变滞后等相关因素影响。

3.2 挠度观测点布置

图2所示为挠度监测点布置示意图，由图2可知，监测点呈现出对称分布，上部有1#～3#测点，下部有4#、5#测点，测点分别布置在块件前端约10 cm处，预埋16 mm竖直方向钢筋并裸露出2 cm，喷上红漆用以标记。每个T构每边分平均为7块段（共8个监测断面，从T构中间向两端，即0#～7#块），合龙段为7#块。

3.3 监测结果分析

3.3.1 浇筑前后标高对比分析

本节以该桥第4跨为研究对象，对混凝土浇筑前后标高的施工控制值和实测值进行对比分析。如图3所示，为浇筑前1#～3#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线。由图3可知，随着测点跨度的增大，实测值呈现出随之增大的趋势，且实测值均略大于施工控制值，1#测点对应的4#块、2#测点对应的5#块、3#测点对应的0#块间差值最大，依次为14.98 mm、12.24 mm和14.68 mm，最大值与施工控制值间差值均未超过15 mm。图4所示为浇筑前4#、5#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线，由图4可知，4#测点对应的0#块和4#块、5#测点对应的6#块间差值最大，依次为4.67 mm和4.83 mm，但最大值与施工控制值间差值均未超过5 mm。

综上可知，随着测点跨度的增大，浇筑前各实测值变化规律是一致的，且实测值与施工控制值差值处于容许范围内。

图5所示为浇筑后1#～3#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线，由图5可知，随着测点跨度的增大，实测值呈现出随之增大的趋势，且实测值均略大于施工控制值，1#测点对应的2#块、2#测点对应的6#块、3#测点对应的0#块间差值最大，依次为10.82 mm、9.26 mm和7.12 mm，但最大值与施工控制值间差值均未超过15 mm。图6所示为浇筑后4#、5#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线，由图6可知，4#测点对应的0#块、5#测点对应的0#块和5#块间差值最大，依次为4.86 mm和4.85 mm，但最大值与施工控制值间差值均未超过5 mm。

综上可知，随着测点跨度的增大，浇筑前后标高的各实测值变化规律是一致的，且实测值与施工控制值差值处于容许范围内。

3.3.2 预应力张拉前后标高对比分析

图7所示为预应力张拉前1#～3#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线，由图7可知，随着测点跨度的增大，实测值呈现出随之增大的趋势，且实测值均略大于施工控制值，1#测点对应的3#块、2#测点对应的7#块、3#测点对应的3#块间差值最大，依次为9.62 mm、10.02 mm和12.38 mm，但最大值与施工控制值间差值均未超过15 mm。由于篇幅所限，未列出4#测点和5#测点，其差值同样控制在了5 mm以内。

图8所示为预应力张拉后1#～3#测点标高的施工控制值与实测值对比曲线，由图8可知，随着测点跨度的增大，实测值呈现出随之增大的趋势，且实测值与控制值之间一直存在差值，1#测点对应的1#块、2#测点对应的6#块、3#测点对应的2#块间差值最大，依次为11.16 mm、9.98 mm和13.03 mm，但最大值与施工控制值間差值均未超过15 mm。由于篇幅所限，未列出4#测点和5#测点，其差值同样控制在了5 mm以内。

综上可知，随着测点跨度的增大，张拉前后标高的各实测值变化规律是一致的，且实测值与施工控制值差值处于容许范围内。

此外，对比图3和图5、图4和图6可知，相比于混凝土浇筑前，混凝土浇筑后悬臂端同一截面处的标高实测值明显降低;对比图5和图7可知，在混凝土浇筑完成以后和预应力张拉前，悬臂端同一截面处的标高值基本保持一致;对比图7和图8可知，在预应力张拉后，悬臂端同一截面处的标高值相比于张拉前标高略有提升，但增幅很小。上述这些规律与设计理论相吻合，说明了本文模拟和监测方法的合理性与正确性。

4 结语

本文主要以某预应力混凝土连续梁桥为研究对象，采用有限元软件[JP+1]Midas Civil建立数值模型，重点分析了影响桥梁线形控制的因素，并以该桥第4跨为例，对各测点在浇筑前后以及张拉前后标高的施工控制值和实测值进行了对比，得到以下结论：

（1）浇筑前后1#～5#测点均呈现出随着测点跨度的增大，实测值增大的趋势，且1#～3#测点实测值与控制值之间差值均未超过15 mm，4#测点、5#测点实测值与控制值之间差值均未超过5 mm，差值处于容许范围内。

（2）预应力张拉前后1#～5#测点呈现出随着测点跨度的增大，实测值增大的趋势。且1#～3#测点实测值与控制值之间差值控制在了15 mm以内，4#测点、5#测点实测值与控制值之间差值控制在了5 mm以内，差值处于容许范围内。

（3）相比于混凝土浇筑前，混凝土浇筑后悬臂端同一截面处的标高实测值明显降低;混凝土浇筑以后和预应力张拉前，悬臂端同一截面处的标高值基本保持一致;在预应力张拉后，悬臂端同一截面处的标高值相比于张拉前标高略有提升，但增幅很小。这与设计理论相吻合，说明了本文模拟和监测方法的合理性与正确性。

参考文献：

[1]李卫东.大跨度铁路预应力连续梁桥线形控制研究[J].江苏科技信息，2010（3）：48-51.

[2]罗书舟，张谢东.窄幅大跨连续梁桥线形控制研究[J].公路与汽运，2019，192（03）：132-135.

[3]赵庆武.大跨度铁路连续梁桥线形控制关键技术分析[J].铁道勘察，2013，39（3）：59-61.

[4]王 玲，王 韬，王荣霞，等.大跨径连续钢桁梁桥悬臂拼装线形控制方法研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2017，36（11）：11-15.

[5]杨富余.多跨长联预应力混凝土连续梁桥施工技术及线形控制问题研究[J].信息周刊，2019（52）：1-2.

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[8]王景全，陈志涛.基于正装分析计算法的预应力混凝土连续箱梁桥悬臂浇筑施工线形控制[J/OL].中国科技论文在线，2011-02-24.

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