论文部分内容阅读
摘要：针对曲线预应力连续箱梁桥的受力特点，分析了曲线箱梁桥在施工监控中的技术问题。采用有限元模拟了施工过程，计算得到各施工阶段梁段的结构变形和应力，根据灰色预测理论通过已施工梁段的实测结构变形与设计变形之间的偏差预测并调整下一个梁段的立模标高和平面位置，最终边跨和中跨合拢时竖向和横向偏差均小于10mm，确保了桥梁安全顺利的合拢。
关键词：箱梁桥；曲线梁桥；施工监控；悬臂施工
1.引言
悬臂挂篮施工是变截面连续箱梁桥和刚构桥的常用施工方法，在直线梁桥的施工中应用相当成熟[1，2]。在曲线连续梁桥施工中，除了保证主梁竖向线型偏差不超过容许范围之外，还要保证主梁横向偏移满足施工规范要求。曲线梁桥在大悬臂状态下的横向扭转也是需要考虑的问题，如何保证合拢后的桥面线型良好，避免主梁出现过大应力，是施工监控中的重点内容[3，4]。
串场河大桥为双幅桥，主桥为（40+60+40）m悬浇预应力变截面连续箱梁桥，路线与航道交角为105°，主桥位于半径1000m的曲线上，属于曲线连续梁桥。横截面由两幅单箱单室箱型截面组成，采用纵、横、竖三向预应力体系；主桥下部结构采用钢筋混凝土墙式墩，低桩承台，钻孔灌注桩基础。桥墩混凝土为C40，主梁混凝土为C50，容重为25kN/m3。钢绞线标准抗拉强度1860MPa，锚下张拉控制应力为1395MPa，弹性模量为1.95×105MPa，松弛率取3.5%。管道摩擦系数u=0.3，管道偏差影响系数为0.0015，单个锚具弹性回缩量6mm。
箱梁高度从跨中1.9m，至距主墩中心1.75m处按二次抛物线变化为3.8m。主桥箱梁在墩顶0号块处设置厚度为2.5m的横梁，边跨端部设厚度为1.4m的横梁，其余部位均不设横隔板。箱梁在横桥向底板保持水平，顶板采用单向横坡（由于主桥平面处于缓和曲线和圆曲线上，横坡度为2.086%～3%），通过内外侧腹板高度来设置。
主桥连续箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，各单“T”箱梁除0、1号块采用在支架上现浇外，其余分为7对梁段，均采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。在两个主墩上设置锚固钢筋，形成墩梁临时固结，边跨合拢后拆除临时固结，然后进行中跨合拢。横、竖向预应力落后纵向1个节段张拉。
2.施工监控内容
2.1 线形控制
预应力连续箱梁桥的线形控制主要是对主梁标高、横坡和轴线的控制。对于曲线箱梁桥而言，横坡和轴线偏差比较难于控制，决定着桥梁的施工质量和水平[5]。
（1）主梁标高
在主梁每个节段上下游梁底各设一个测点，梁底测点供底板定位使用，在主梁浇筑完成后，将测点引至梁顶，梁顶测点采用φ20钢筋伸至入腹板内0.1m～0.2m，焊接在腹板内竖向钢筋上并伸出梁顶表面3.0cm左右，在以后的施工过程中认真保护。
施工测量人员在以下工况须对梁顶、底的全部标高测点的标高进行测量：①挂篮的定位；②浇筑梁段混凝土后在梁顶预埋短钢筋，第二天日出前测量本节段的梁底标高和所有已浇筑梁段梁顶（预埋短钢筋头部）的标高；③张拉本节段预应力钢筋后测量所有已浇筑梁段梁顶（预埋短钢筋头部）的标高。
（2）横坡测量
在每个梁段同一断面的梁顶，距两侧翼缘边缘70cm处，梁中位置，共布置3个观测点，埋设位置见图2所示。混凝土凝固前在测点位置插入铁钉，并涂红油漆。采用精密水准仪进行测量，测量精度在±2mm以内，在各测点放置标尺，观测记录各观测点的高程。
（3）轴线
在箱梁施工节段前端的横向中心位置设置测点，采用铁钉做标记。每个梁段完成后，施工测量人员对所有轴线测点坐标进行测量。
2.2 应力监测
应力测试断面主要在边跨和中跨的跨中截面以及两个中墩截面，箱梁测点布置如图1所示。应变计按预定的方向固定在主筋上，埋入混凝土，测试导线引至混凝土梁体外侧，在以后的各施工阶段进行测试。
2.3支架预压及挂篮变形观测
对支架预压变形进行观测，为确定施工控制中支架位置和标高提供依据。对混凝土浇注前后挂篮变形进行观测，为施工控制中立模标高的调整提供依据。支架预压变形和挂篮变形用精密水准仪进行测试。此外，在挂篮拼装后、正式使用以前对每一挂篮进行预压检测以确认挂篮的安全和消除挂篮的非弹性变形。
2.4温度影响测试
观测主要截面箱梁梁体的温度场和施工完成的结构在一昼夜内结构变形、应力及应变随温度变化的规律，为施工控制中温度影响的计及、为日照温差下箱梁温差计算模式的确定提供依据。主梁内的温度测试通过主梁内预埋的温度传感器作为传感元件采用相应的温度测试仪进行测试，构件表面温度直接采用相应的温度测试仪进行测试。在每幅桥主跨根部附近选择一个截面作为温度场测点，截面上的温度测点布置如图2所示。
3.施工控制仿真分析
3.1 计算模型
仿真分析主要采用MIDAS软件建立三维空间模型，进行施工过程仿真分析、结构安全验算，分别计算施工各阶段的应力和变形。计算模型中结构划分为188个单元，见图3。
3.2 施工监控成果
（1）合拢高差
左右幅悬臂梁段施工完成以后，左幅、右幅边跨和中跨的合拢高差见表1。
左幅5#墩和6#墩边跨合拢段合拢高差为8mm，7#墩和8#墩边跨合拢段合拢高差为7mm；右幅5#墩和6#墩边跨合拢段合拢高差为6mm，7#墩和8#墩边跨合拢段合拢高差为4mm；左右幅中跨合拢高差分别为8mm和5mm，均满足监控大纲确定的20mm限值要求，同时满足《公路工程质量检验评定标准》的要求。
（2）最终成桥线形偏差
全桥施工完成后，桥面标高实测值和设计值如图4和图5所示。
由图4和图5可以看出，各截面的实测标高与目标设计标高相比，线形偏差主要分布在（-20～+20）mm之间，偏差小于20mm，满足《公路工程质量检验评定标准》中的高程控制要求。
（3）桥梁轴线
每个梁段完成后，施工测量人员对所有轴线测点坐标进行测量，监控主梁轴线的平面线形。根据实际控制结果，平面线形偏差控制在10mm以内。箱梁中线偏位满足《公路工程质量检验评定标准》的轴线偏差要求。
（4）应力控制成果
采用钢弦式应力传感器测得的各控制截面的应力实测值大小均在规范容许范围（压应力22.68MPa，拉应力3.05MPa）之内，各控制截面应力状态良好，且保持有较大的压应力储备，为后期的桥梁运营创造了良好的条件。
4.结论
以串场河大桥为例，分析了悬臂挂篮施工方法在曲线连续箱梁桥中的实际应用。通过仿真分析模拟施工过程，预测各悬臂梁段的立模标高和平面位置，依据施工阶段实测数据，跟踪计算分析，提出合理的反馈控制措施，为施工监控提供了可靠的技术依据。施工监控结果表明串场河大桥合拢后的成桥线型及结构内力符合设计要求。
参考文献：
[1] 王梦莹. 预应力混凝土连续梁施工监控[J]. 交通科技，2011（2）：99-103.
[2] 向苇康；郑尚敏；万水. 波形钢腹板PC组合连续箱梁桥施工监控[J]. 交通科技，2013（1）：1-3.
[3] 陈保国；郑俊杰；丁锐；张世飙. 曲线箱梁桥悬臂施工应力与线形现场测试研究[J]. 公路交通科技，2008，25（7）：70-80.
[4] 田烈程. 小半径悬浇曲线桥的施工监控技术[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报，2009，8（2）：6-11.
[5] 石雪飞；高宝. 大跨高墩变截面曲线箱梁桥悬臂施工变形分析与控制[J]. 结构工程师，2004，（2）：10-14.
关键词：箱梁桥；曲线梁桥；施工监控；悬臂施工
1.引言
悬臂挂篮施工是变截面连续箱梁桥和刚构桥的常用施工方法，在直线梁桥的施工中应用相当成熟[1，2]。在曲线连续梁桥施工中，除了保证主梁竖向线型偏差不超过容许范围之外，还要保证主梁横向偏移满足施工规范要求。曲线梁桥在大悬臂状态下的横向扭转也是需要考虑的问题，如何保证合拢后的桥面线型良好，避免主梁出现过大应力，是施工监控中的重点内容[3，4]。
串场河大桥为双幅桥，主桥为（40+60+40）m悬浇预应力变截面连续箱梁桥，路线与航道交角为105°，主桥位于半径1000m的曲线上，属于曲线连续梁桥。横截面由两幅单箱单室箱型截面组成，采用纵、横、竖三向预应力体系；主桥下部结构采用钢筋混凝土墙式墩，低桩承台，钻孔灌注桩基础。桥墩混凝土为C40，主梁混凝土为C50，容重为25kN/m3。钢绞线标准抗拉强度1860MPa，锚下张拉控制应力为1395MPa，弹性模量为1.95×105MPa，松弛率取3.5%。管道摩擦系数u=0.3，管道偏差影响系数为0.0015，单个锚具弹性回缩量6mm。
箱梁高度从跨中1.9m，至距主墩中心1.75m处按二次抛物线变化为3.8m。主桥箱梁在墩顶0号块处设置厚度为2.5m的横梁，边跨端部设厚度为1.4m的横梁，其余部位均不设横隔板。箱梁在横桥向底板保持水平，顶板采用单向横坡（由于主桥平面处于缓和曲线和圆曲线上，横坡度为2.086%～3%），通过内外侧腹板高度来设置。
主桥连续箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，各单“T”箱梁除0、1号块采用在支架上现浇外，其余分为7对梁段，均采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。在两个主墩上设置锚固钢筋，形成墩梁临时固结，边跨合拢后拆除临时固结，然后进行中跨合拢。横、竖向预应力落后纵向1个节段张拉。
2.施工监控内容
2.1 线形控制
预应力连续箱梁桥的线形控制主要是对主梁标高、横坡和轴线的控制。对于曲线箱梁桥而言，横坡和轴线偏差比较难于控制，决定着桥梁的施工质量和水平[5]。
（1）主梁标高
在主梁每个节段上下游梁底各设一个测点，梁底测点供底板定位使用，在主梁浇筑完成后，将测点引至梁顶，梁顶测点采用φ20钢筋伸至入腹板内0.1m～0.2m，焊接在腹板内竖向钢筋上并伸出梁顶表面3.0cm左右，在以后的施工过程中认真保护。
施工测量人员在以下工况须对梁顶、底的全部标高测点的标高进行测量：①挂篮的定位；②浇筑梁段混凝土后在梁顶预埋短钢筋，第二天日出前测量本节段的梁底标高和所有已浇筑梁段梁顶（预埋短钢筋头部）的标高；③张拉本节段预应力钢筋后测量所有已浇筑梁段梁顶（预埋短钢筋头部）的标高。
（2）横坡测量
在每个梁段同一断面的梁顶，距两侧翼缘边缘70cm处，梁中位置，共布置3个观测点，埋设位置见图2所示。混凝土凝固前在测点位置插入铁钉，并涂红油漆。采用精密水准仪进行测量，测量精度在±2mm以内，在各测点放置标尺，观测记录各观测点的高程。
（3）轴线
在箱梁施工节段前端的横向中心位置设置测点，采用铁钉做标记。每个梁段完成后，施工测量人员对所有轴线测点坐标进行测量。
2.2 应力监测
应力测试断面主要在边跨和中跨的跨中截面以及两个中墩截面，箱梁测点布置如图1所示。应变计按预定的方向固定在主筋上，埋入混凝土，测试导线引至混凝土梁体外侧，在以后的各施工阶段进行测试。
2.3支架预压及挂篮变形观测
对支架预压变形进行观测，为确定施工控制中支架位置和标高提供依据。对混凝土浇注前后挂篮变形进行观测，为施工控制中立模标高的调整提供依据。支架预压变形和挂篮变形用精密水准仪进行测试。此外，在挂篮拼装后、正式使用以前对每一挂篮进行预压检测以确认挂篮的安全和消除挂篮的非弹性变形。
2.4温度影响测试
观测主要截面箱梁梁体的温度场和施工完成的结构在一昼夜内结构变形、应力及应变随温度变化的规律，为施工控制中温度影响的计及、为日照温差下箱梁温差计算模式的确定提供依据。主梁内的温度测试通过主梁内预埋的温度传感器作为传感元件采用相应的温度测试仪进行测试，构件表面温度直接采用相应的温度测试仪进行测试。在每幅桥主跨根部附近选择一个截面作为温度场测点，截面上的温度测点布置如图2所示。
3.施工控制仿真分析
3.1 计算模型
仿真分析主要采用MIDAS软件建立三维空间模型，进行施工过程仿真分析、结构安全验算，分别计算施工各阶段的应力和变形。计算模型中结构划分为188个单元，见图3。
3.2 施工监控成果
（1）合拢高差
左右幅悬臂梁段施工完成以后，左幅、右幅边跨和中跨的合拢高差见表1。
左幅5#墩和6#墩边跨合拢段合拢高差为8mm，7#墩和8#墩边跨合拢段合拢高差为7mm；右幅5#墩和6#墩边跨合拢段合拢高差为6mm，7#墩和8#墩边跨合拢段合拢高差为4mm；左右幅中跨合拢高差分别为8mm和5mm，均满足监控大纲确定的20mm限值要求，同时满足《公路工程质量检验评定标准》的要求。
（2）最终成桥线形偏差
全桥施工完成后，桥面标高实测值和设计值如图4和图5所示。
由图4和图5可以看出，各截面的实测标高与目标设计标高相比，线形偏差主要分布在（-20～+20）mm之间，偏差小于20mm，满足《公路工程质量检验评定标准》中的高程控制要求。
（3）桥梁轴线
每个梁段完成后，施工测量人员对所有轴线测点坐标进行测量，监控主梁轴线的平面线形。根据实际控制结果，平面线形偏差控制在10mm以内。箱梁中线偏位满足《公路工程质量检验评定标准》的轴线偏差要求。
（4）应力控制成果
采用钢弦式应力传感器测得的各控制截面的应力实测值大小均在规范容许范围（压应力22.68MPa，拉应力3.05MPa）之内，各控制截面应力状态良好，且保持有较大的压应力储备，为后期的桥梁运营创造了良好的条件。
4.结论
以串场河大桥为例，分析了悬臂挂篮施工方法在曲线连续箱梁桥中的实际应用。通过仿真分析模拟施工过程，预测各悬臂梁段的立模标高和平面位置，依据施工阶段实测数据，跟踪计算分析，提出合理的反馈控制措施，为施工监控提供了可靠的技术依据。施工监控结果表明串场河大桥合拢后的成桥线型及结构内力符合设计要求。
参考文献：
[1] 王梦莹. 预应力混凝土连续梁施工监控[J]. 交通科技，2011（2）：99-103.
[2] 向苇康；郑尚敏；万水. 波形钢腹板PC组合连续箱梁桥施工监控[J]. 交通科技，2013（1）：1-3.
[3] 陈保国；郑俊杰；丁锐；张世飙. 曲线箱梁桥悬臂施工应力与线形现场测试研究[J]. 公路交通科技，2008，25（7）：70-80.
[4] 田烈程. 小半径悬浇曲线桥的施工监控技术[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报，2009，8（2）：6-11.
[5] 石雪飞；高宝. 大跨高墩变截面曲线箱梁桥悬臂施工变形分析与控制[J]. 结构工程师，2004，（2）：10-14.