曾　明

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙　410004)



大跨度连续刚构桥施工过程的主梁线型控制与应力控制研究

曾明

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙410004)

摘要：基于X大桥工程，通过有限元软件Midas/Civil2010创建三维有限元模型，分析研究主梁线形控制与主梁应力控制两个内容，分析了引起应力的实测值与模型中计算结果的理论值之间较大偏差的主要因素。

关键词：有限元；主梁线形控制；主梁应力控制

1工程概况

本次控制项目的对象是X大桥主桥，其构造是四跨预应力混凝土连续刚构桥(66 m+2 120 m+66 m)。桥梁设计有双向六车道与人行道，宽度为27.5 m，设计荷载采用公路-I级，设计车速为60 km/h。桥面设置单向纵坡(坡度为1.45%)以及双向横坡(坡度为2%)。其中，主梁结构为三向预应力体系的双箱单室截面的箱梁。桥台设计为U型桥台。主墩为2个双肢薄壁墩，主墩桩基为群桩基础(122.2 m)。本工程桥梁宽度相对较大，若采用整幅施工法，则需要很大的挂篮来满足施工需求，大大影响施工难度以及工程进度。为此本工程在施工中采用分幅对称逐段悬臂浇筑法，而边跨端头块的施工，则采用支架现浇法。全桥的合龙方案：首先同步合龙5#壤和8#墩的边跨，接着再同步合龙5#壞和8#墩的中跨。边跨的合龙方式为支架现浇合龙，中跨的合龙采用挂篮合龙。

2全桥的有限元模型

基于有限元软件Midas/Civil2010，建立本桥三维有限元模型。整桥模型均采用梁单元建立，单元数量有163。其中，桥缴与主梁之间的连接方式视为弹性连接类型中的刚性连接方式，边跨支座视为活动铰支座，桥墩墩底视为固定支座(即约束所有自由度)。

主梁中每一梁段的施工过程由三个步骤完成：混凝土的浇筑(工期5 d，包含挂篮前移、梁段立模及钢筋绑扎)；混凝土的养护及形成(工期持续5 d)；预应力束的张拉(工期持续1 d)。整个有限元模型共模拟分析了58个施工阶段。

3主梁线形控制

3.1测点布置

由于需要获取主梁挠度的动态值，要求在主梁的零号块上与悬臂施工过程中的各个梁段上设置高程测点。零号块上的测点布置在梁顶中心处，各个梁段在悬臂端等长度间隔内横向布置3个测点。高程测点通过P20的钢筋捆绑在已完成绑扎的钢筋骨架上，其中，顶部打磨后要求高于混凝土表面2 cm。全桥整体的断面横向有6个点。其中单幅箱梁轴线中心处于2号点，1、3号点与箱梁外侧距离均为2 m。

3.2主梁挠度观测

施工控制过程中，主梁挠度监测是一项重要的工作，由线形通测与局部梁段标高测量组成。局部梁段测量主要是监测目前已完成施工的梁段高程，其目的是获取实际挠度值，并与理论值对比。在局部梁段标高测量的同时，每隔三个节段施工完成后对桥面线形进行一次通测，在结构主梁的边跨、中跨合龙之前及之后分别进行一次通测，在施加二期恒载的各阶段和成桥时各进行一次通测，在进行重要施工阶段时也需要进行通测，以保证全桥能够顺利完成合龙，并形成满足预期的线形。

3.4立模标高的调整

理论立模标高只是计算时的理论数据，但实际施工中由于许多不确定因素的存在，导致理论计算值与工程实际值有较大不同。其主要原因是施工预拱度是通过模型计算获取的，但模型中的计算挠度与主梁在施工中产生的挠度存在误差，因此必须基于施工工况作出调整。如在挂篮移动后、混凝土浇筑后以及预应力张拉后的三个施工工况分别对箱梁上预设的监测点进行高程观测，并计算出悬臂端下挠值的实际平均值，然后再将实测平均下挠值与有限元软件Midas civil中模拟出的理论下挠值进行比较，最后再作出相应的调整。

3.5线形监测结果

全桥合龙后铺装前，桥梁的监控目标高程(设计理想线形)是设计标高、成桥预拱度以及二期铺装引起的施工预拱度三者之和。为能够在全桥合龙后铺装前的线形达到设计理想线形的需要，在立模时必须严格遵循监控指令标高开展施工。全桥线形控制结果如图1所示(以上游幅5#为例)。

图1　上游幅5#边跨与中跨监控目标高程与实测高程对比图

结果表明全桥实测线形与设计理想线形稍有偏差，但总体趋势基本一致，整体线形满足预期。

4主梁应力控制

4.1应力测试元件

本工程预埋在主梁控制截面的应力测试元件的是ZX-215CT型智能应变计，该应变计在现行实际工程中运用较为普遍的应力测试仪器。因该应变计该应变计还内置温度传感器，可直接获取测点温度，并且，抗干扰能力强，可以在混凝土内部完成长时间的测量，在多种被广泛应用。现今应变计的一般安装方式是直接绑扎在钢筋下表面。但是施工现场复杂，不可控因素较多，在施工时引出混凝土的应变计导线头很有可能遭到机器损坏或人为破坏，因此安装时应将导线头装在波纹管内，并用胶带将管口密封以防止雨水渗入腐蚀。

4.2主梁应力监测结果分析

基于有限元模拟结果与现场施工情况，对施工过程的关键工况进行应力监测。本桥施工阶段的关键监测工况有两步：(1)各节段混凝土完成浇筑后；(2)各节段预应力张拉完毕后。在进行施工控制过程中，必须定时结构应力值，尤其是在悬臂端挑出长度较大时，由于桥上施工物料堆积物以及施工设备等荷载作用下，会严重增加桥梁受力。若监测到实际应力和理论值偏差过大时，应要求立即停止施工及上报，排查原因，提出施工预警。以下游幅5#墩为例，1#断面的部分应力数据如表1所示。

表1　下游幅5#主激边跨1#断面实测

由上表可以看出，应力的实测值与模型中计算得到的理论值有较大的偏差，针对偏差产生的原因，具体分析如下。

(1)理论值计算误差的影响：理论应力值的是通过Midas有限元软件建立模型，模拟实际结构施工过程计算得到的。由于模拟的设计是根据设计单位提供的图纸的成桥标高，不能模拟实际施工中桥梁的预拱度，另外模型中选取的设计参数与施工现场中的实际参数存在不同，因此应力的实测值不可避免的会与计算理论值之间存在一定的偏差。

(2)传感器安装导致的误差影响：安装应变计时，一般是绑扎在构造钢筋下表面，这样能够使应变计长久可靠的固定在梁内混凝土中，但同时应变计与箱梁混凝土表面就会有一定的距离，得到的应力值与理论值就会有一定误差。另一方面，施工中混凝土的浇筑和振捣过程，使得应变计的轴线与结构的轴线不可避免的产生偏移，这是实测值与设计值产生偏差的原因之一。

参考文献：

[1]姚玲森，等．桥梁工程(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，2001.

[2]顾安邦，张永水．桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]黄晓航，高宗余.无应力状态法综述[J].桥梁建设，2010，(1)：71-74.

Research on the control of girder geometry and girder stress of long-span continuous rigid frame bridge in construction stage

ZENG Ming

(Hunan Road and Bridge Construction Group Co.,Ltd., Changsha,Hunan 410004,China)

Abstract:Based on X major bridge, three-dimensional finite element model is built through finite element software Midas/Civil2010. The control of girder geometry and girder stress are discussed, then the factors of large deviation between measured value caused by stress and the calculation results of the model.

Keywords:finite element; the control of girder geometry; the control of girder stress

中图分类号：U442

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)01-0079-02

作者简介：曾明(1982-)，男，湖南汉寿人，工程师，研究方向：公路与桥梁工程施工控制。

收稿日期：2015-10-15