王 疆

大跨度连续梁桥施工监控技术及参数敏感性分析

王 疆

（中铁四局集团有限公司设计研究院，合肥 230000）

本文以某连续梁桥为工程背景，从施工过程安全控制、线形控制及施工参数敏感性分析3个方面阐述了大跨度连续梁桥的施工控制方法．通过分析及研究可知，混凝土容重及温度为主梁线形的敏感性因素，在施工过程中应控制梁体重量，且在温度稳定时间段进行线形监测．基于本文所述的控制方法，依托工程主梁线形控制良好，能够满足规范及设计要求，相应的研究成果对同类桥梁的施工控制具有一定的借鉴意义．

大跨度连续梁桥；施工监控；参数敏感性

在桥梁的建设中，施工监控在桥梁管理中的作用与地位日益增长[1]．桥梁施工控制主要包括施工全过程结构受力安全控制及桥梁线形控制，其最终目标是保证桥梁在施工过程中受力安全可控，最终线形满足设计要求[2-5]．从控制学理论的角度出发，桥梁施工监控技术分为开环控制、闭环控制、自适应控制技术．其中，自适应控制技术主要用于斜拉桥、悬索桥等结构复杂的桥梁施工控制；中小跨度桥梁结构简单、不确定因素影响较小，一般采用开环控制技术；大跨度连续梁桥通常采用闭环控制技术，在控制过程中通过不断进行修正，最终实现控制目标[6-8]．大跨度连续梁桥一般采取挂篮悬臂浇筑施工，施工过程安全控制主要是施工过程中不平衡荷载导致的临时锚固的不安全受力控制，线形控制主要是每一梁段的立模高程控制及合龙控制[9-10]．因此，对大跨度连续梁桥开展施工监控技术研究以及参数敏感性分析显得尤为重要，且对加强桥梁的质量、运作、维护和公共安全等有着重大意义[11-12]．

1 工程概况

某大跨连续梁桥上部构造为(88 m+160 m+88 m)3跨预应力混凝土连续箱梁桥．箱梁断面采用单箱单室，主梁宽度为23 m，根部梁高10.5 m，跨中梁高4 m，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化．主梁采用挂篮悬臂浇筑施工，每个悬浇“T”纵向对称划分为22个节段，节段悬浇总长74 m．边跨和中跨合拢段长均为2 m，边跨现浇段长7 m(见图1)．

为保障箱梁在悬臂浇筑施工时的不平衡力矩下的施工安全，采用临时支座结合临时支墩，将箱梁与墩、柱、承台进行临时固结，临时固结由墩身两侧设置的钢管混凝土柱和墩顶设置的混凝土块临时支座组成，其中钢管尺寸φ1 000×12 mm，填芯混凝土为C40，每肢管内布置1束15根钢绞线，立柱横向用钢管平联连接(见图2)．

图1 桥梁总体布置图/m

图2 临时锚固示意图

2 施工监控方案成果

2.1 施工监控全过程分析

结构计算采用大型有限元程序MIDAS/civil，按空间杆系进行模拟．在建模过程中，主梁按设计设置为变截面，控制截面分为29个截面类型；有限元计算中钢管桩与主梁用只受压连接模拟；桥墩与0号块只受压连接模拟．边跨合拢后，完成第一次体系转换，释放墩梁固结处弯矩；中跨合拢后，完成第二次体系转换，释放一侧顺桥向位移．

边跨支架现浇采用只受压弹性连接模拟，成桥后边跨端部采用竖向支撑．中跨预应力张拉后完成整个桥梁的体系转换，形成连续梁桥．全桥有限元模型如图3所示．

通过全过程计算分析，得到主梁应力计算结果如图4、图5所示．从图中可以看出，在整个施工过程中，主梁上缘最大压应力为-9.30 MPa；最大拉应力0.12 MPa．主梁下缘最大压应力为-10.91 MPa，最大拉应力0.81 MPa．应力状况满足规范规定的要求．

图3 有限元模型图

图4 主梁上缘最小应力包络图/MPa

图5 主梁下缘最小应力包络图/MPa

连续梁全过程计算重点为临时锚固的计算，也是施工过程安全控制的重点之一．根据以往经验，本文临时锚固计算工况如表1所示．通过计算，各荷载组合下，单个临时支座及单根钢管桩受力如表2所示．计算分析可知，施工过程不利荷载组合下，临时支座和钢管临时柱不会出现拉力，始终受压．根据最大受力验算临时支座和钢管桩受力，按文献[13]进行计算，钢管桩的安全系数为1.43>1.3；单个临时支座的最大压应力为16.5 MPa，故临时支座和钢管桩受力均满足要求．

表1 临时锚固计算工况表

表2 各荷载组合反力计算值

2.2 理论预拱度计算

理论预拱度=恒载预拱值+活载预拱值+徐变预拱值，设计文件要求成桥预拱度(即活载+徐变预拱)跨中最大10 cm，边跨最大3 cm，按照二次抛物线拟合，监控计算分析只需进行恒载预拱度计算[2](有关理论预拱度的计算，详见文献[2])．

按照设计要求，活载+徐变预拱拟合结果如图6所示，经过全过程计算分析，得出桥梁恒载预拱及理论预拱度如图7所示．从图7中可以看出，理论最大预拱度为165.2 mm．

2.3 施工监控实施方法

连续梁桥施工监控主要是线形监控及应力监控，线形监控主要是控制每个梁段的底板立模高程，应力监控主要是通过在关键截面安装应力传感器，对施工过程中关键截面的应力进行监测．施工过程中线形控制主要是通过每个梁段的立模标高进行控制．首先通过施工全过程有限元计算分析，确定主梁理论施工预拱度，从而可求得各施工阶段的立模标高．通过施工过程中线形监控，使得桥梁二期完成后的线形达到监控成桥线形的要求．梁段立模标高设置方法：

图7 理论预拱度图

立模标高的影响因数较多，施工误差的出现是不可避免的，因此立模标高的预测和对下节段立模标高的调整是施工监控的关键环节．通过对混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、张拉预应力后、挂篮前移到位4种工况的施工监测成果进行误差分析和参数识别，进而对计算模型进行修正，并重新计算作为后续施工的依据．根据重新计算结果调整本节段立面模标高，调整时应在一节段容许的偏差范围内进行立模调整，均匀分摊到3个节段，使施工线形始终偏离目标线形最小，确保成桥线形最大程度接近设计线形．四阶段线形监测控制法见图8所示．

基于前期的分析结果，各应力及温度测点布置如下．

边、中跨应力监测截面布置如图9所示，靠近悬臂根部的1-1断面，靠近1/4处的2-2断面，靠近1/2处的3-3断面．全桥共设置24个应力监测截面(两幅合计)．靠近悬臂根部的断面、1/4处的断面和1/2处的断面各布置6个测点(顶底板各3个)，全桥共计144个测点．

采用本文所述的施工控制方法对本依托工程进行施工监控，桥梁合龙后，主梁线形控制误差如图10所示，误差均在±30 mm以内，规范要求为/5 000=32 mm，因此线形控制结果满足规范及设计要求．

图8 四阶段监测示意图

图9 主梁标高及轴线偏位测点布置/cm

图10 全桥合拢后主梁顶面高程误差

3 施工参数敏感性分析

大跨连续梁桥的施工控制主要是线形控制及应力监测控制．应力监测控制是通过施工全过程受力分析以及后期施工中使用满足规范要求材料及施工方法来保证；线形控制的关键因素是进行影响线形的施工参数敏感性分析，掌握敏感性因素及其影响量，避免这些敏感性因素或者在监控过程中加以考虑．

本文施工参数敏感性分析主要针对混凝土重量、混凝土弹性模量、预应力参数、温度、主墩基础沉降．以设计基准参数为计算分析基准模型，并以此为基础对敏感性参数进行变化对比分析跨中节点的标高变化．其中梁重、弹性模量变化±5%、±10%；预应力参数分别是孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数及预应力筋与孔道壁的摩擦系数影响分析；温度变化为顶底板温差±5℃、±10℃；基础沉降为-10 mm、-20 mm、-30 mm．表3~表6分别列出了混凝土重量和温度变化、预应力、基础沉降对主梁线形的影响．

从表中可以看出，混凝土重量及顶底板温差对主梁线形影响最显著，梁重每变化5%，中跨跨中节点标高变化5 mm，中跨位移最大节点标高变化9 mm；顶板每升高1℃，最大悬臂端下挠4.6 mm，顶板每降低1℃，最大悬臂端上挠4.8 mm．

通过敏感性分析可知，混凝土重量及顶底板温差对主梁线形影响显著，因此，在施工过程中应严格控制混凝土重量及悬臂端每个梁段的混凝土方量，监控过程中，立模高程的调整及每个梁段的线形测量应在日落后或日出前温度稳定时段进行，避免顶底板温差对线形测量的影响．

表3 混凝土重量变化对主梁线形的影响

表4 温度变化对主梁线形的影响

表5 预应力参数的变化对主梁线形的影响

表6 主墩基础沉降对主梁线形的影响

4 结论

本文对大跨度连续梁桥施工控制技术及参数敏感性分析进行了阐述，得出以下结论：

(1)大跨度连续梁桥施工控制主要是施工过程安全控制及线形控制，安全控制的重点为临时锚固受力分析控制．通过各工况组合验算表明能够保证临时锚固受力安全．

(2)通过敏感性分析可知，混凝土重量及顶底板温差对主梁线形影响显著，因此，在施工过程中应严格控制混凝土重量，监控过程中线形测量应在日落后或日出前温度稳定时段进行．

(3)本文所述的大跨度连续梁施工控制技术，能够使依托工程施工安全可控，依托工程的线形误差均在±30 mm以内，满足规范及设计要求．

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[13]CECS 28-2012, 钢管混凝土结构设计与施工规程[S].

(责任编校：陈健琼)

Research of Construction Monitoring of Long-Span Continuous Beam Bridges and the Sensitivity Analysis of Parameters

WANG Jiang

（China Tiesiju Civil Engineering Group Company Limited Design & Research Group, Hefei, Anhui 230000, China）

Based on the engineering background of a continuous beam bridge, the construction method of long-span continuous bridges is analysed in three aspects, the safety control during construction, the linear control and the sensitivity analysis of construction parameters. The concrete density and temperature are the sensitive factors of main beam geometry through analysis and research. The beam body weight should be controlled during construction, and the linear monitoring is performed in time-temperature stability. Based on the control method described and relied on the good control of the main beam of the project, it can meet the specifications and design of requirements. The results of research have some reference significance for the construction control of similar bridges.

long-span continuous beam bridges; construction monitoring; parameters sensitivity

U449.5

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.04.0004

1672–7304(2017)04–0017–05

2017-06-22

王疆(1984-)，男，江西赣州人，工程师，主要从事桥梁工程设计研究．E-mail: 181269054@qq.com．