预应力混凝土连续刚构桥施工控制技术分析

预应力混凝土连续刚构桥施工控制技术分析

【摘 要】本文主要论述杉木溪施工控制的预拱度设置，采用有限元软件精确分析施工过程，实测各项技术参数，以便有限元分析进行对比调整参数，最后给出施工控制参数，有效地调整桥梁的内力和线形，经过监测，实测结果与理论值相符合，合龙误差较小，为提高桥梁施工质量和安全可靠提供科学保证。

【关键词】连续刚构桥；施工控制；预拱度；立模标高；有限元分析 连续刚构桥是大跨径混凝土梁式桥发展的必然趋势。但是，己建成的大跨连续刚构桥在运营过程中普遍出现了中跨跨中下挠过大问题，即连续刚构桥实际长期变形值超过理论值。施工中所用材料的变异性，导致施工中实际受力条件与计算所设的不完全一致，加之各种意想不到的因素均使得理想计算与实际不符，从而产生较大的结构线形误差并直接影响结构受力、使用寿命和外形美观。

由于挠度产生的因素多而复杂，一旦发生过大挠度就难以纠正，将留下永久遗憾，所以大跨度预应力混凝土梁桥悬臂法施工最重要的任务之一就是挠度计算和施工控制，是极为重要的环节。本文以杉木溪大桥为例，对连续刚构桥施工控制仿真分析与施工控制进行研究。

1 工程案例分析 1.1 工程背景

万源（陕川界）至达州（徐家坝）高速公路D7合同段杉木溪大桥主桥为预应力混凝土连续箱梁刚构桥，跨径组合为（55+100+55m）=210m。主桥采用单薄壁空心墩，基础采用钻孔桩基础。主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，主梁根部梁高6.5m，跨中部梁高2.8m，箱梁高度由距墩中心3.0m处按1.8次抛物线变化；箱梁顶板宽12.1m，底板宽6.5m，翼缘板悬臂长度2.8m，桥面横坡变化，由腹板高度调整；连续刚构单T箱梁采用挂篮悬臂对称浇筑，边跨现浇段采用导梁法一次浇筑完成，边、中跨合龙段采用吊架模板、劲性骨架、平衡重方法进行浇筑。主梁采用采用C50混凝土，桥墩采用C40混凝土。

1.2 施工过程仿真分析

杉木溪大桥施工过程分析采用桥梁专业软件Midas/Civil进行仿真分析[1]。 采用空间杆系结构模型，墩身和梁体均模拟为梁单元。按照设计图纸中桥梁结构分析，划分为155个节点， 120个单元，其中主梁为68个单元，如图1所示。

图1 杉木溪大桥Midas/Civil仿真模型 1.3 主要计算结果

计算结果主要包括施工中各阶段的结构内力、应力计算结果，施工阶段的结构应力包络结果，成桥近期、远期结构内力、挠度计算结果，运营阶段结构验算结果[1]。

在14号块张拉后结构达到最大悬臂阶段，结构累计位移如图2所示；各关键施工阶段主梁累计位移如图3～图6所示；活载位移如图7所示。

图2 最大悬臂状态主梁竖向位移（mm） 图3 边跨合龙时主梁竖向位移（mm） 图4 成桥后主梁竖向位移（mm）

图5 移动荷载作用下主梁竖向位移（mm）

施工最大悬臂阶段主梁上、下缘应力如图7所示；成桥阶段主梁应力如图8

所示。

图6 最大悬臂状态主梁应力（MPa） 图7 成桥状态主梁应力图（MPa）

通过有限元计算分析，杉木溪大桥施工过程计算得出：

（1）最大悬臂施工阶段，主梁悬臂端累计位移33mm；边跨合龙对中跨悬臂端有下挠影响；

（2）施工阶段为出现拉应力，最大压应力为9.3MPa，满足规范要求； （3）主梁在混凝土徐变影响下，跨中下挠最大值为14mm。 1.4 杉木溪大桥预拱度设置

目前，对于需要设置预拱度的桥梁，其预拱度的设置方法通常是：以全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值为预拱度的最高值，设置在主梁跨中；其它各点预拱度以梁跨中点为最高值；梁的两端为0，按比例以直线或二次抛物线进行分配。这样设置往往只有少数的点在设置预拱度后与恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值相抵消，有时候甚至使桥梁线形不够平顺，不利于安全行车。可见，设置桥梁合理的预拱度值以及预拱度曲线对道路行车安全、舒适是十分重要的[2-4]。杉木溪大桥主梁成桥预拱度如图8所示。

图8 杉木溪大桥主梁成桥预拱度 1.5 监测结果

在施工控制计算中，每个悬臂节段的施工划分为移挂篮阶段、浇注混凝土阶段和张拉阶段。移挂篮阶段的时间定为4天，此阶段除了移动（或安装） 挂篮外，还包括浇注混凝土之前的所有模板、帮扎钢筋工作和立模标高的调整。浇注混凝土阶段的时间定为4天，此阶段包括悬浇梁段的浇注以及张拉阶段之前混凝土的养生。张拉时间定为1天，此阶段包括预应力钢束的穿束、张拉和孔道的压浆。与施工阶段的划分相对应，在临时T构施工阶段，箱梁每个节段施工控制测量工作分3次进行。第1次在立模标高调整后和浇注混凝土之前进行；第2次在张拉阶段之前进行；第3次在钢束张拉后和下节段移挂篮之前进行。

从图9可看出，成桥之后，线形吻合度良好、线形顺畅。边跨实测标高与理论标高基本一致；跨中实测标高大于理论标高，是按照“宁高勿低”原则，因为成桥后，混凝土后期徐变还没有完成。连续刚构桥为超静定结构，混凝土后期的徐变对结构内力、线形影响较大，据有关资料显示，混凝土连续刚构桥在运用阶段，跨中下挠严重，因此，跨中实测标高大于理论标高，有利于提高该桥在运营阶段的承载能力和使用寿命[1]。

图9 中跨合龙后标高

通过监控过程中8个测试断面传感器反映的截面应力历程可以看出，全桥建造阶段的应力分布、应力水平与理论计算吻合较好，未出现阶段性应力异常情况。从施工过程应力数据反映，结构在施工阶段应力水平均符合设计要求。施工监控的应力控制与预警部分达到了预期目的，限于篇幅，应力监测结果不再列出。

2 结论

本文结合杉木溪连续刚构桥，通过桥梁专业软件进行数值模拟，并对计算结果进行了分析。将连续刚构桥预拱度分为施工预拱度和成桥预拱度，施工预拱度应按照施工过程模拟计算结果设置，并以施工误差理论加以调整。成桥预拱度在混凝土后期徐变变形和活载变形计算基础上，以余弦曲线分配为宜。

【参考文献】

[1]靳东海.混凝土连续刚构桥悬臂施工及线形控制技术[J].公路交通科技，

2011， 1：159-161.

[2]陈海波.预应力混凝土连续刚构桥线形施工监控[J].科学技术与工程，2010， 23：5812-5814.

[3]袁建伟.预应力混凝土连续刚构桥温度观测与分析[J].交通科学与工程，2010， 1：66-74.

[4]郑尚敏.预应力混凝上连续刚构桥施工监控分析[J].四川建筑，2010，30：166-169.