吴 琳

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司)

1 影响预应力混凝土连续梁桥施工控制的主要因素

1.1 结构参数

结构参数是施工控制中结构施工模拟分析的基本资料,其准确性直接影响分析结果的准确性。但实际桥梁结构参数总是会与设计参数存在一定的误差,施工中如何计入这些误差,使结构参数尽量接近桥梁的真实结构参数,是必须首先解决的重要问题。结构参数主要包括结构构件截面尺寸、结构材料弹性模量、材料容重、材料热膨胀系数、施工荷载、预加应力等。

1.2 施工工艺

施工控制方案是根据审批确定好的施工技术方案来制定的,因此在施工过程中其工艺流程必须严格按照施工技术方案要求执行。由于工艺水平的高低在构件制作、安装等方面必然会出现或大或小的偏差,在施工控制要考虑这些施工误差,使施工状态保持在控制中。

1.3 施工监测

监测包括结构温度监测、应力监测、变形监测等,是桥梁施工控制的最基本手段之一,也是为后期调控提供基础数据的重要手段。因测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等存在误差,所以结构监测总是存在误差的。

1.4 结构计算分析模型

无论采用什么分析方法和手段,总是要对实际桥梁结构进行简化和建立计算模型。

1.5 温度变化

温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大,在不同时刻对结构状态(应力、变形)进行量测,其结果是不一样的,如果施工控制中忽略了该项因素,就必然难以得到结构的真实状态数据,从而也难以保证控制的有效性。所以,必须考虑温度变化的影响。

1.6 材料收缩、徐变

对预应力混凝土桥梁而言,混凝土收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响,这主要是由于大跨径连续梁桥施工必须经历一个漫长而又复杂的施工与体系转化过程,普遍存在加载龄期小、各阶段龄期相差大等情况,控制中必须要认真研究,采用合理的、符合实际的徐变参数和计算模型。

1.7 施工管理

桥梁施工控制的对象就是桥梁施工本身,施工管理好坏直接影响桥梁施工质量、进度等。特别是施工进度一旦不按计划进行,必然给施工控制带来一定的难度。

2 预应力混凝土连续梁桥施工控制的方法

2.1 预测控制法

连续梁桥在梁段浇筑完成后出现的误差,除张拉预应力索外,基本上没有调整的余地,而只能针对已有误差在下一未浇筑梁端的立模标高上做出必要的调整。所以,要保证控制目标的实现,最根本的就是对立模标高做出准确的预测,而预测控制法是连续梁桥施工控制常用的方法。这种方法适用于所有桥梁,而对于那些己成结构状态具有不可调整性的桥梁施工控制必须采用此法。如悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥,其己成节段的状态(内力、标高)是无法调整的,只能对待施工节段的预测状态进行改变。

2.2 自适应控制法

鉴于连续梁桥已完成节段的不可控性以及施工中对线形误差的纠正措施有限,控制误差的发生就显得极为重要。所以,采用自适应控制法对其进行控制也是很有效的。自适应控制法的基本思路是当结构的实测状态与模型计算结果不符时,通过将误差的计算模型输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实测结果一致,得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态。经过几个节段的反复辨识后,计算模型就基本与实际结构一致,从而对施工过程进行有效控制。

2.3 线形回归分析法

线形回归分析法是通过对悬臂箱梁挠度与悬臂长度、悬臂重量的一元线形回归处理或二元线形回归处理,总结建立挠度线形回归数学模型。它可以用于分析箱梁挠度变形的规律,也可以用于预测待施工梁段的挠度。但它无法对温度和施工引起的误差进行修正,并且要求有较多有规律的数据才行,在梁段数比较少时所得到的回归曲线的精度难以保证。

3 应用研究

3.1 工程概况

G大桥主桥上部结构采用36m+60m+36m预应力混凝土连续梁,主梁采用单箱双室箱梁型式。主墩与箱梁连接的根部断面梁高为3.4m,跨中和边跨梁端高为1.6m,主梁l#至 7#及 0#块部分箱梁梁高按抛物线变化,其余箱梁梁高为等高度。箱梁桥面宽 17m,箱底面宽 11.7m。主桥箱梁采用挂篮悬臂施工,墩梁临时固结采用钢管混凝土支撑的形式,承受箱梁悬臂浇筑过程中的不平衡弯矩。主桥分为两个T构,每个T构两侧对称施工,边跨靠 6#、9#墩的一段箱梁(长 4.95m)采用支架立模施工,边跨现浇段浇筑完毕后,进行两个边跨合拢,再进行中跨合拢。

3.2 施工挠度控制计算分析

(1)计算模型

本桥主桥连续梁计算采用上海同济大学开发的桥梁博士软件,由于主梁跨宽比较大,在计算中将其简化为平面杆系结构,各阶段离散为梁单元,建模时不考虑墩柱的影响。在计算模型中,主梁分为 54个单元。

(2)工况模拟分析

箱梁每个节段的施工过程模拟为三个阶段,即安装(移动)挂篮、浇筑混凝上、张拉及锚固。在模拟计算时全桥的施工划分为 31个阶段,模拟计算工况表见表 1。

表1 模拟计算工况表

(3)计算参数取值

①混凝土物理特性

混凝土的设计参数是影响桥梁结构受力和变形的重要因素之一,根据以往经验以及现场测试,主梁混凝土各参数取值如下:抗压弹性模量为3.8×104MPa;容重为2.5kN/m3;线膨胀系数为1.0×10-5。

②收缩、徐变参数

徐变增长速度系数:0.021;徐变特征终极值:2;收缩速度系数:0.0063;

收缩特征终极值:1.5×10-4。

③预应力参数

钢绞线弹性模量:1.95×105MPa;张拉控制应力: 1395MPa;松驰率:0.025;钢索回缩值(锚具变形):6mm;摩阻系数:0.25。

(4)理论预抛高值的确定

根据上述工况划分,输入相关计算参数,运行有限元计算程序,得出各块件在各阶段的理论挠度值。

(5)立模标高的实时调整与预测

根据前述监测系统的建立和具体运行,对每个施工节段均进行了高程测量。但由于施工控制影响因素的多样性和复杂性,己施工节段的实测标高往往与理想标高存在偏差,而已施工节段无法再进行调整。为防止误差偏大,出现合拢困难等问题,在下一节段施工前必须对前期施工节段出现的偏差进行分析,并在后期节段中予以调整。此时需采用灰色系统理论,根据理想值与实测值之间的偏差建立灰微分方程,计算下一节段施工时的预拱度调整值,以确定下一节段的立模标高。按灰色预测控制法,在悬臂施工过程中,根据已施工节段高程测量数据的反馈分析,建立新陈代谢 GM (1,l)模型,得出除 0#至 4#节段、边跨直线段、边跨、中合拢段的预抛高调整值。

(6)确定立模标高

根据立模标高计算公式:立模标高=设计标高+理论预抛高值+预抛高调整值。

3.3 线形控制结果

由于采用了预测反馈控制的方法,线形控制基本达到了预定目标,符合连续梁悬臂施控制精度要求,官河大桥的线形控制结果见表 2。箱梁合拢后跨中的箱梁标高比预期标高低8mm,中跨合拢时两悬臂端相对高差为13mm。边跨箱梁标高符合预定目标。箱梁顶标高与目标标高的平均偏差值为 4mm,桥面铺装层厚度与设计一致。轴线偏差符合规范要求。成桥梁底曲线平滑,视觉良好,翼缘板边线顺直。

表2 线形控制结果汇总表

在悬臂施工阶段,前 4段的理论挠度值比实测挠度值较为接近,悬臂施工后期挠度实际值稍大,最大差值达到12mm。

4 结 语

进行桥梁施工控制,首先要建立一个完整的施工监测系统,对施工中桥梁的实际状态进行跟踪观测,才能为参数调整和反馈控制提供基本数据。此外,正确的结构分析计算结果、必要的建材力学性能试验以及可靠的预测反馈控制系统是大跨径连续梁桥施工控制的根本保证。理论分析和成桥控制成果都表明,灰色预测控制系统不仅可以对大跨径连续梁桥的施工进行控制,而且方法简单,效果显著。通过实例分析表明,主桥成桥实测标高与目标标高的偏差不大于12mm,中跨两悬臂端相对高差仅 13mm,均在允许误差范围内,且线形良好。表明本次施工控制的过程是有效的。

[1] 徐岳等.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版让, 2001.

[3] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社, 2001.