结合几何控制的预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术

唐运来

（四川路桥桥梁工程有限责任公司，成都 610000）

1 引言

随着现代交通建设的不断发展，公路桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其设计和施工技术也日益受到重视。预应力混凝土连续钢构梁公路桥作为一种具有较高承载能力和抗震性能的桥梁结构形式，已经在国内外得到了广泛的应用[1]。然而，在预应力混凝土连续钢构梁公路桥的施工过程中，由于受到多种因素的影响，往往会出现一些质量问题，这些问题不仅影响了桥梁的使用寿命和安全性，也给施工单位带来了较大的经济损失[2]。因此，如何有效地解决这些问题，提高预应力混凝土连续钢构梁公路桥的施工质量，成为当前桥梁工程领域亟待解决的问题之一。

目前，行业中常用的施工方法，如张拉法、锚固法等，虽然在一定程度上可以满足预应力混凝土连续钢构梁公路桥的施工要求，但仍存在一定的问题和困难[3]。例如，张拉法在施工过程中需要对预应力筋进行多次张拉和锚固，操作复杂且容易出错；锚固法则需要在桥梁结构中设置大量的锚固孔和锚固件，增加了桥梁的重量和成本。这些方法在实际应用中往往难以实现精确的变形控制，导致桥梁的质量和性能受到影响。几何控制技术可以有效提高桥梁线形控制精度，保证桥梁结构的尺寸和预应力筋的张拉质量。通过有限元软件建模，可以更准确地预测桥梁结构在施工过程中的受力和变形情况，为施工提供有力的理论支持。在这样的背景下，研究尝试将几何控制技术和有限元技术进行结合，提出一种创新的公路桥施工技术，以期为道桥行业提供一定技术参考。

2 结合几何控制的预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术应用

由于连续钢构梁的截面形状和尺寸较为复杂，施工过程中需要对梁的位置、高度、角度等进行精确控制，以确保几何形状符合设计要求。几何控制技术可以通过计算机辅助设计软件进行精确的尺寸和形状控制，从而提高施工精度，确保桥梁的几何形状符合设计要求。研究利用几何控制技术作为核心对预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术进行设计。在进行几何控制时，使用有限元软件对钢构梁公路桥进行建模。建模时将公路桥结构划分为梁单元、板单元和只受拉索单元。要求梁单元具有扭转、抗压、剪切和弯曲刚度，所以需要对剪切变形进行考虑。板单元包含节点数为3～4 个，要求每个节点沿坐标轴方向具有平动自由度。只受拉索单元设定为非线性单元，节点只具有3 个坐标轴方向的平动自由度，若需要进行线性分析则将拉索单元等效转化为桁架单元。建立桥梁模型后使用空间梁单元对主塔和主梁进行离散，由板单元对桥面板进行模拟，使用只受拉索单元对斜拉索进行模拟。使用Midas 有限元软件按照工程实际几何尺寸进行模型建立，按照真实施工顺序对施工情况和进度进行模拟和跟踪。

结合几何控制的预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术在实施时，首先需要对现场进行勘察并收集工程的基本数据，之后对桥梁进行设计并根据桥梁设计方案和实际环境对施工方案进行制订。在开始施工前需要对施工参与人员进行培训。对桥梁几何信息进行分析，建立桥梁的有限元模型并开始施工。开始施工后首先进行地基和桩基的施工，同时进行钢构梁制作，完成地基和桩基施工后进行承台施工。完成承台施工后安装钢构梁，再进行预应力施工和混凝土连续梁施工，之后进行桥面铺装和附属设施施工。在整个施工过程中，使用建立的有限元模型对施工流程进行跟踪，并依靠分析结果对工程进行几何控制，确保桥梁达到设计要求和性能指标。完成施工后进行工程验收和交付，结束项目。

在进行现场勘查和基本数据收集时，需要对现场的地质和地形条件进行分析，特别是对于地基较软的地区，需要对特殊加固措施进行设计。同时对施工环境和气候条件进行分析，需要考虑降雨、温度等影响因素对施工材料和施工人员的影响，进而制订适合项目的施工计划。进行桥梁设计时，需要对主要材料技术指标、施工技术和质量检验标准进行明确。在制订施工方案时，需要综合施工设施、施工流程和施工人员安排进行整体规划。施工人员培训主要包含施工技术、施工规范、安全知识与技能和施工实操培训。进行施工技术培训能够帮助施工人员掌握如何有效、科学地控制工程几何和质量偏差的方法。进行施工规范和安全知识培训能够帮助施工人员理解施工基本要求和施工现场潜在的安全风险，以确保施工人员在工作时能够保护自身和他人的安全。进行施工实操培训能够帮助施工人员掌握现场施工的手段和方法，减少不当操作导致的质量问题。在进行地基和桩基施工时，需要根据设计要求进行挖土、填土、压实等地基处理，严格控制桩基的位置、垂直度、深度等参数，以确保其质量符合要求。过程中还需要对桩基的承载力等性能进行测试，以防桩基性能不足导致工程无法达到验收标准。在进行钢构梁制作时，主要材料应符合相关技术指标和质量检验标准，严格按照设计要求和工艺流程进行操作，并在完成制作后对钢构梁的尺寸、形状、位置等进行检查，以及对钢构梁的承载力等性能进行测试。进行承台施工和钢构梁安装时，需要严格遵守安全操作规程，特别是在高空作业时，应注意防止坠落事故的发生。在进行预应力施工和混凝土连续梁施工时，需要考虑预应力筋的曲线形状，特别是在一次浇筑混凝土的连续箱梁跨数多于两跨时，必须先将预应力筋穿入波纹管内。待浇筑混凝土达到设计要求强度后，进行张拉并用锚具锚固预应力筋。进行桥面铺装时根据设计要求进行桥面的防水、排水、防滑等处理，完成施工后对桥面进行质量检测，确保其平整度、密实度等符合要求。在所有施工环节，都需要对桥梁进行几何控制，确保工程施工状态正常，防止施工环节中尺寸偏差和变形导致的工程失败。

3 结合几何控制的预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术有效性分析

为了对研究结合几何控制的预应力混凝土连续钢桥梁公路桥施工技术的有效性进行分析，本文选取某在建高速公路跨河桥梁作为应用对象进行分析。对不同索拉张力变化情况下的主塔位移量进行模拟，如图1 所示。

图1 主塔位移量模拟

由图1 可见，索拉张力改变会导致桥梁主塔出现位移，且随着桥梁高度增加，位移量也会增加。在索拉张力增加3%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.09 mm；主塔在桥梁高度120 m 位置处出现的位移量增加到0.63 mm。在索拉张力增加5%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.16 mm；主塔在桥梁高度120 m 位置处出现的位移量增加到1.04 mm。在索拉张力增加10%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.57 mm；主塔在桥梁高度120 m位置处出现的位移量增加到2.21 mm。在索拉张力减少3%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.10 mm；主塔在桥梁高度120 m 位置处出现的位移量增加到0.64 mm。在索拉张力减少5%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.16 mm；主塔在桥梁高度120 m 位置处出现的位移量增加到1.13 mm。在索拉张力减少10%时，主塔在桥梁高度60 m 位置处出现的位移量为0.58 mm；主塔在桥梁高度120 m位置处出现的位移量增加到2.27 mm。

将主梁分为多个节段，对施工时的主梁变形状态进行统计，如图3 所示。

由图2 可见，在施工时，主梁不同节段都出现了一定程度变形，且变形量呈主梁两端少，中间段多的分布状态。由图2a可见，在合龙前，主梁1 号节段和7 号节段不存在变形。2 号节段出现变形量达到2.4 mm。3 号节段相较2 号节段的变形量有所上升，达到3.6 mm。在3 号节段和4 号节段之间，变形方向发生变化。4 号节段向与3 号节段相反的方向发生0.4 mm的变形。5 号节段的变形量相较4 号节段更多，达到2.8 mm。6 号节段的变形量进一步增加，上升到4.9 mm，在6 号节段之后变形迅速减少，在7 号节段归零。由图2b 可见，在施工过程中，因为施工流程和部分施工技术影响，主梁各节段会出现相比合龙前更高的变形量。1 号节段在施工时出现的最大变形量为1.0 mm。2 号节段在施工时出现的最大变形量为4.2 mm。3 号节段在施工时出现的最大变形量为5.5 mm。4 号节段在施工时出现的最大变形量为3.4 mm。5 号节段在施工时出现的最大变形量为5.8 mm。6 号节段在施工时出现的最大变形量为7.1 mm。7 号节段在施工时出现的最大变形量为0.7 mm。各节段在施工时出现的最大绝对变形量都小于允许变形量上限，且距离上限有较大差距。说明该方法对施工时桥梁的几何进行了有效控制，保障了施工质量。

图2 主梁节段变形状态

4 结论

公路桥梁作为道路桥梁的重要组成部分，其施工技术的创新和提升对于确保桥梁质量和建设效率至关重要。本文提出了一种结合几何控制的预应力混凝土连续钢构梁公路桥施工技术，以对桥梁施工进行优化。过程中将公路桥结构划分为梁单元、板单元和只受拉索单元，通过有限元软件按照真实施工顺序对施工情况和进度进行模拟和跟踪。在主塔位移量模拟测试中，主塔在索拉张力减少3%时，在桥梁高度120 m 位置处出现的位移量增加到0.64 mm；在施工过程主梁节段变形状态分析中，主梁出现最大变形量仅为7.1 mm。说明该方法能够有效对公路桥梁施工过程进行控制，并提升桥梁施工质量。但该方法尚未在大跨度超高桥梁中进行应用测试，后续应扩大实验范围以对该方法进行优化。