跨汉江大道大桥预应力混凝土连续梁桥施工线形控制

许奎XU Kui；段承DUAN Cheng；李小雪LI Xiao-xue

（①中铁十一局集团第四工程有限公司，武汉 420100；②中铁十一局集团有限公司勘察设计院，武汉 420100）

0 引言

大跨度预应力混凝土连续梁桥在高铁线路上得到广泛应用，其采用的主要施工方法为悬臂浇筑法，同时，大多数连续梁桥都采用先边跨合龙后中跨合龙的顺序进行施工[1-3]。本文以新建铁路西安至十堰高速铁路跨汉江大道大桥（44+80+44）m 连续梁桥为工程背景，在先中跨合龙后边跨合龙的施工顺序下，开展施工线形控制分析。

1 工程概况

跨汉江大道大桥（44+80+44）m 连续梁，梁全长169.5m，计算跨度为（44+80+44）m，主墩墩顶5.0m 范围内梁高6.65m，跨中及边墩顶现浇段梁高3.85m。箱梁顶板宽12.6m，底板宽6.7m，顶板厚41.5cm，底板厚40～90cm；腹板厚48～90cm。全联在端支点，中支点处设横隔板，横隔板设有孔洞。

箱梁采用纵、横向二维预应力体系。主桥箱梁中跨在80m 的1/2 长度内共分11 个节段，其中0#块长10m，1#～9#块分别长3.0m+2×3.5m+6×4.0m，中跨合拢段为2m，边跨在44m 的长度内共分11 个节段，其中边跨现浇段3.75m。除边跨直线段采用支架法现浇以外，其余T 构部分均采用节段悬灌。

2 有限元模型建立

2.1 模型建立

利用Midas-Civil 软件建立有限元分析模型：采用梁单元，全桥共59 个节点，81～88 号节点为支座节点。有限元模型如图1 所示。

图1 有限元模型

2.2 材料参数

连续梁梁体采用C50 混凝土，钢绞线均采用符合GB/T5224 标准的Φs15.2mm 低松弛钢绞线，材料参数见表1。

表1 连续梁材料参数表

2.3 荷载工况

结合跨汉江大道大桥（40+80+44）m 连续梁图，桥梁施工过程中考虑的荷载[4]有：

①恒载（结构及辐射设备自重、预加力、二期恒载等）；

②活载（ZK 荷载，荷载动力系数取1.0）；

③温度荷载（通过记录施工时的温度按《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB10092-2017）计算）；

④基础不均匀沉降（相邻两支点不均匀沉降差不大于1.0cm）；

⑤施工临时荷载（挂篮重，每套挂篮按800kN 计算；混凝土湿重荷载）。

2.4 边界的定义

跨汉江大道大桥（40+80+44）m 连续梁，采用先中跨合拢后边跨合拢的施工顺序。连续梁施工时存在一个支座体系由“固变铰”的转换过程，即0 号节段与桥墩之间通过临时固结措施进行固结，再中跨合龙之后拆除桥墩处临时固结措施，并安装中墩永久支座，完成支座体系由“固变铰”的转换[5]。待边跨浇筑完成后，安装边墩永久支座，完成整座桥梁的施工。

2.5 计算结果分析

2.5.1 受力分析

通过所建立的模型得出的活载作用下结构的支反力图，与原设计文件的对比分析，数值相差在5%以内，论证了该模型的准确性（见表2-表3）。

表2 设计文件的支反力

表3 本模型的支反力

2.5.2 变形分析

结合跨汉江大道大桥（40+80+44）m 连续梁各施工阶段位移图（图2-图5），得出以下结论：

图2 5# 节段浇筑后的结构变形图

图3 5# 节段预应力张拉后的结构变形图

图4 中跨合拢预应力张拉后的结构变形图

①从连续梁支座中心线向两悬臂端，各节段位移变形越来越大，且预应力张拉完成后，悬臂端位移会上拱，符合实际的位移变化。

②在连续梁中跨合龙且中跨腹板预应力筋张拉完成后，中跨合拢段会出现明显上挠现象；当二期恒载施加完成后，梁体中跨合拢段又将整体下挠。

2.5.3 预拱度分析

根据《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017），桥梁结构预拱度的设置为恒载及1/2 静活载所产生的挠度曲线，但方向相反。监控预拱度与设计预拱度的对比分析图如图6。

图6 监控预拱度与设计预拱度的对比分析图

设计采用西南交大编制的《桥梁结构分析系统》（BSAS）进行的分析计算，监控采用Midas-Civil 进行的分析计算，两组结果的整体预拱度趋势一致。再次论证了监控模型的准确性。

综上所述，通过受力分析、变形分析和预拱度分析，论证了监控模型的准确性。可利用监控模型考虑实际的施工荷载，计算出用于桥梁线形监控的预拱度。

3 施工线形监控

3.1 线形监控的原则

为保证采用悬臂浇筑法施工的连续梁体结构线形在成桥后满足设计要求，施工过程中采取线形监控、动态调差是一种十分必要的控制措施。

在连续梁各节段施工过程中，结合线形监控设置合理的预拱度，使得成桥后连续梁的梁顶标高符合设计要求。

连续梁体线形调整主要通过调控立模标高来实现[6]，即对某个节段梁体施工引起的线形误差通过后续一个或者几个节段梁体施工时调整立模标高来修正，保证梁体线形符合设计要求。

3.2 线形监控的方法

在连续梁体各节段施工过程中，由于存在着施工、测量等误差，使得成桥后的实际线形与理想状态的设计线形存在偏差。施工线形监控主要是为了减小由于施工、测量等因素造成的误差对成桥后结构线形的影响，使成桥后实际线形更趋近于设计线形。具体流程如图7。

图7 线形监控流程图

3.3 理论分析预测

连续梁悬臂浇筑法施工过程中，各节段挂篮的立模标高需要重点把控。挂篮立模标高是考虑施工误差、测量误差、弹性及非弹性变形、施工荷载变化、预应力筋张拉等综合因素影响，并结合桥梁标高确定的。立模标高的确定对于成桥后线形能否达到设计线形起着至关重要的作用。

挂篮立模标高即在连续梁悬臂施工时各节段挂篮模板的放样标高，考虑各种因素的影响，计算公式如下：

式中：

根据上式又可以得出：

从立模标高的确定来看，挂篮立模标高是在桥梁设计标高的基础上，多种影响因素引起的梁体变形的累加，且针对各种因素产生的结构变形均要做出精准预测。

3.4 线形监测结果分析

实际测点的布置位置见图8。

图8 监测点布置图

由表4 可以看出，设计标高与实测标高的差异均控制在5mm 以内，悬浇梁的线形得到有效控制。

表4 部分标高的监控结果

4 结论

通过施工线形监控，可以得到以下结论：①利用有限元软件Midas-Civil 建立连续梁有限元分析模型，与设计文件的支反力、位移和预拱度进行对比分析，论证了模型的准确性，再考虑实际的施工荷载，建立出符合现场实际的有限元模型。②根据桥梁顺利合拢后提供的测量数据，设计标高与实测标高的差异均控制在5mm 以内，整个梁体外形美观。采用先中跨合龙后边跨合龙施工工序的悬浇梁，线形得到有效控制。以期为同类工程提供参考。