李全彪

(唐山交通建设工程监理咨询有限责任公司　唐山　063000)

某连续刚构桥悬臂法施工监控

李全彪

(唐山交通建设工程监理咨询有限责任公司唐山063000)

摘要桥梁施工阶段控制是一项系统工程，尤其是复杂桥梁体系施工的控制，系统的运行贯穿于桥梁施工的始终。文中结合某实际大跨径预应力混凝土梁桥施工控制的工程实践，从施工控制的基本流程，施工控制方法，施工过程模拟分析，以及施工监控的方法与仪器等方面进行了总结和论述。

关键词连续刚构桥施工监控模拟分析预拱度

桥梁施工，尤其是复杂桥梁的施工是一个系统工程。自开工到竣工，桥梁构件的应力和变形将受到许多确定和不确定因素的影响，包括设计计算模型、材料性能、施工误差、施工临时荷载、预应力损失、收缩徐变，以及温度等诸多因素，这些因素在理想状态与实际状态之间存在的差异，可能导致合龙困难、成桥线型与内力状态偏离设计要求，从而给桥梁施工安全、主梁线形、结构可靠性、行车条件和经济性等方面带来不同程度的不利影响。因此，在整个施工过程中，必须实施有效的施工控制，通过实时监测、识别、调整、预测等措施来保证设计目标的实现[1]。

1　工程概况

某桥连续刚构桥全长484m,桥梁宽度13m。上部结构为52m+4×95m+52m预应力混凝土变截面连续刚构桥。墩顶0号梁段长11m，与主桥墩组成5个T形悬臂梁，各分为11对梁段；其梁段组成为6×3.5m+5×4m。跨中合龙段长2m，边跨合龙段长2m，边跨现浇段长3.5m。墩顶梁高560cm，跨中梁高200cm，梁高按照2次抛物线变化。0～7号梁段腹板厚70cm，7～9号梁段变化至50cm，其他为50cm。主桥下部结构桥墩采用双薄壁墩结构，主墩横桥向宽度700cm，顺桥向宽度220cm。2薄臂墩间距离460cm。主桥采用C50混凝土，墩身采用C40混凝土，承台采用C30混凝土，桩基础采用C25混凝土。设计荷载：公路-I级。桥梁布置见图1。

图1　桥梁布置图(单位：m)

2　施工阶段的结构模拟计算与分析

2.1桥梁施工控制方法

桥梁施工控制一般分为事后控制法、自适应控制法、最大宽容度法、预测控制法等。本项目选用目前在桥梁监控中应用较为广泛的自适应控制方法，其基本原理为：通过施工过程数据反馈，不断更新用于施工控制的跟踪分析程序的相关参数，使计算分析程序适应实际施工过程，从而较准确地反映实际施工过程，然后以计算分析结果指导下一施工步骤[2]。其基本流程主要包括以下几点：①以设计的成桥状态为目标，按照规范规定的各项设计参数确定每一施工步骤应达到的分目标，并建立施工过程跟踪分析程序；②根据上述分目标开始施工，并测量实际结构的变形等数据；③根据实际测量的数据分析和调整各统计参数，以调整后的参数重新确定以后各施工步骤的分目标，建立新的跟踪分析程序;④反复上述过程即可使跟踪分析程序的计算与实际施工相吻合，各分目标也成为可实现的目标，进而利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程和必要的调整与控制。

2.2分析数字模型建立方法

目前，桥梁施工过程模拟分析方法主要有：正装计算法，倒装计算法和无应力计算法，是对各施工阶段进行结构变形和受力分析。本项目采用MidasCivil软件建立数字模型，用正装计算法，能较好地模拟桥梁结构的实际施工过程，混凝土收缩、徐变等时间效应在各个施工阶段也可逐步计入。

在确定计算模型时，主要应注意以下几点：①结构的梁高、惯性矩等几何特征必须计算正确；②结构的张拉力必须严格控制；③温度对结构的影响较复杂，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响；④确定计算模型时，单元划分主要根据主梁每次施工长度来确定，每块悬浇箱梁可为一个单元；⑤主墩单元的多少对结构分析精度影响不大，按一般划分原则进行单元和结构划分；⑥MIDAS程序中的梁单元是符合平截面假定理论的，所以横断面的刚度非常大。对于梁单元考虑横、竖向预应力没有实际意义。

2.3预拱度设置

连续刚构桥主梁施工过程中的变形控制主要通过混凝土浇筑前立模标高的调整来实现，而立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形(挠度)。其计算公式如下：

3　桥梁线形监测与控制

3.1变形监测

主梁高程采用高精度徕卡电子水准仪进行测量，测出施工各节段挠度控制测点标高的改变量，即桥梁各施工阶段工况发生改变后结构的变形量。轴线测量是观测已施工节段的中线点相对于桥轴线的偏距。为了保证边、中跨按设计中线正确合龙，必须控制主梁中线偏差值。轴线测量与高程线性测量时间同步，采用全站仪测量各点三维坐标的方法测得。悬浇节段标高测点见图2。

图2　悬浇阶段标高测点

为消除日照温差引起的梁体的不规则变化，线形测量选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行。位移测试时间严格安排在清晨(5：30～7：30)时间段完成，并尽可能缩短测量工作持续的时间。

3.2变形监控结果

由于实测数据量大, 现将1～7号块各截面的预应力钢筋张拉后的理论标高和实测标高值列于表1。表中数据表明, 各截面实测标高与理论标高的差值均小于规范规定的15mm的要求, 且差值较小, 各节段标高均处于有效的控制范围。

表1　1～7号块实测标高和理论标高比较表　m

4　应力监测与分析

4.1应力监测

主梁是主要受力构件，其各部位受力情况关系到结构是否安全，为此，必须在关键截面和关键部位设置应力测点，以监测其应力变化情况，并和设计计算值进行比较，检查其应力是否超限，以便及时进行施工预警，保障施工安全[4]。

根据5跨预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工时的受力特点和施工控制的主要目的，确定正应力监测断面10个。分别布置在墩顶根部附近截面、合龙口控制截面、1/4控制截面等处。

在测试截面每个测点都布置振弦式应变计，优点是仪器稳定性好，测试精度较高，并带有温度传感功能，价格相对较便宜，操作较简单，实际操作时利用集线箱将同一截面和相邻截面的应力测点连接在一起，形成数据采集子站，在每一工况结束后，利用读数仪和集线箱快速采集应变计的频率变化，根据应变计频率和应变的相互关系，得出该工况相应测点的应变，进而换算成应力。

4.2应力监测结果与分析

应变计算公式为：应变=应变计最小读数×ΔF(模数值)+温度修正，由应力=弹性模量×应变得到实际状态下应力值[5]。图3为主梁3号墩根部截面测点实测应力变化曲线。

图3　主梁3号墩根部截面测点实测应力变化曲线

从图3可以看出，主梁悬臂浇筑的整个施工过程中，根部截面基本都处于全截面受压状态，且压应力随着浇筑梁段增加明显变大，压应力增幅均匀，实测应力分布曲线基本符合理论分析的应力曲线分布趋势，在监控过程中未发现异常情况。应力实测值与理论值吻合较好，存在的偏差主要是由于未剥离的徐变引起的虚应变使应变传感器发生了非受力变形引起，因此主要从实测应力分布状况和应力增幅来判断结构受力是否安全。

5　结语

工程实践表明，对悬臂现浇预应力连续刚构桥的施工实施监控可以及时发现、纠正施工过程中种种不精确因素造成的桥梁线形和应力的偏差。桥梁监控监测通过参数识别、不断调整结构有限元模型中各种参数与实际结构的差别，达到指导施工，保障施工安全，直至桥梁达到顺利合龙，成桥后桥梁线形优美，应力状态合理的效果。

参考文献

[1]马保林.高墩大跨连续刚构[M].北京：人民交通出版社,2001.

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社,2001.

[3]邱顺冬.桥梁工程软件MidasCivil常见问题解答[M].北京：人民交通出版社,2009.

[4]北京迈达斯技术有限公司.用建模助手作悬臂施工FCM施工阶段分析[M].北京:北京迈达斯技术有限公司,2010.

[5]刘成龙,陈强,李振伟.温度对悬浇法施工桥梁长悬臂箱梁标高的影响及其对策[J].桥梁建设,2003(1):39-42.

收稿日期：2015-06-07

StudytotheGeneralDesignoftheStandaloneStandard-span
Bridge'sExpansionandReconstructionUndertheNewRegulations

Hu Tieshan1，HeBowen2

(1.HubeiProvincialCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Wuhan430051,China；

2.CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd., 430056Wuhan,China)

Abstract：As the development of the economy and civil engineering, the major tasks of the road infrastructure constructions have become to rebuild and expand the existing roads. With the implementation of the new regulations, rebuilding and expanding the bridges has become the most important and difficult tasks. This paper summarizes what's defined by the new regulations, proposals the guidelines for bridge rebuilding and expansion, and discusses the solutions of the bridges' main structure and surface's rebuilding and expansion.

Key words:new standard; average highway; bridge engineering; bridge widening; bridge surface pavement

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.009