預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工線形控制方法與實(shí)證分析

胡 文

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410023)

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工線形控制方法與實(shí)證分析

胡 文

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410023)

論文以實(shí)際工程X大橋?yàn)槔榻B了施工線形控制的基本內(nèi)容和主要目標(biāo)，對(duì)施工線形的具體控制方法進(jìn)行了實(shí)證研究。

連續(xù)梁橋；懸澆，線形控制

1 工程概況

X大橋是某條高速上一座全長145.2 m三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋，跨度分別為 40 m、64 m和40 m。位于中間的橋墩支座處的梁高均為5.3 m，跨中和邊跨的梁段分別為10 m和13.6 m，梁高為2.9 m的等高梁段37.2 m，其它梁段的梁底幾何變化形式為二次拋物線。梁體采用單箱單室的構(gòu)造形式，腹板沿垂直于底板的方向布置，梁高根據(jù)主要內(nèi)力參數(shù)來確定，頂面和底面寬度為9.36 m和6.4 m；所有頂板的厚度為35 cm，底板的厚度依梁高的變化在39～80 cm之間呈拋物線變化；腹板厚以折線形式在40～75 cm間變化。

2 施工線形控制的內(nèi)容及目標(biāo)

X特大橋選擇懸臂澆筑的施工方法，整個(gè)施工過程復(fù)雜且不易控制。我們進(jìn)行線形控制的最重要目的，就是確保懸臂兩端的豎向撓度偏差和軸線的橫向偏差都在規(guī)定范圍之內(nèi)。大跨度連續(xù)橋梁的設(shè)計(jì)方案與最終成品工程有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，如外部環(huán)境的溫度、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)、施工方法和立模標(biāo)高等都會(huì)實(shí)際線形造成影響，使得實(shí)際與理論有差別。由于直接或間接影響施工的因素眾多，這就會(huì)造成施工中的實(shí)際狀態(tài)都無法達(dá)到設(shè)計(jì)中的理想狀態(tài)，所以說要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測施工的過程來進(jìn)行線形控制，根據(jù)監(jiān)測的真實(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行各有關(guān)參數(shù)修正，計(jì)算得到施工的實(shí)時(shí)立模標(biāo)高。在得出施工實(shí)時(shí)立模標(biāo)高的基礎(chǔ)上，再對(duì)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并據(jù)此預(yù)測出下一相鄰施工節(jié)段的預(yù)拋高調(diào)整值。監(jiān)控施工過程的精度要求如下。

(1)控制原則與允許誤差。

主梁的立模與鋼筋束的預(yù)應(yīng)力張拉都對(duì)外部環(huán)境溫度比較敏感，因此必須在環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段完成，大多在六點(diǎn)之前；立模標(biāo)高的允許誤差一般要控制在±5 mm。

(2)主梁控制誤差(見表1)。

表1 主梁控制誤差

3 施工線形控制方法

3.1 施工監(jiān)控方法

由于方案設(shè)計(jì)中模型參數(shù)確定的不準(zhǔn)確性，大跨度連續(xù)橋在施工中就無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的理想線形。主要包括施工中的理論荷載、施加預(yù)應(yīng)力的理論大小、混凝土彈性模量和材料的容重等，必須使用檢測實(shí)際施工過程的實(shí)時(shí)值來對(duì)模型修正，計(jì)算設(shè)計(jì)模型與實(shí)際間的偏差，并進(jìn)行調(diào)整飽和后，工程系統(tǒng)自身會(huì)適應(yīng)這種力學(xué)規(guī)律。建立起閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)之后，只要加入一個(gè)系統(tǒng)辨識(shí)過程，經(jīng)過一定的時(shí)間整個(gè)系統(tǒng)就能成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。當(dāng)采用線性狀態(tài)模型運(yùn)算的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果不符時(shí)，將這兩結(jié)果的差放入識(shí)別算法系統(tǒng)中來調(diào)整模型參數(shù)，直止差值可以忽略，使用新參數(shù)的模型重新計(jì)算后續(xù)每個(gè)施工階段。因此，結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)過多次反復(fù)辨識(shí)篩選之后，模型計(jì)算值與實(shí)際值間存在的偏差飽和一段時(shí)間后，達(dá)到計(jì)算模型能夠?qū)κ┕び行е笇?dǎo)。橋梁施工控制系統(tǒng)通過不斷重復(fù)同一過程系統(tǒng)，利用過程中的循環(huán)自檢從而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全和線形平順的結(jié)果。

3.2 施工監(jiān)測方法

橋梁的施工主要需要對(duì)溫度、應(yīng)力和變形情況這三個(gè)方面實(shí)時(shí)監(jiān)測，所以X特大橋?qū)ο旅娴囊蛩剡M(jìn)行監(jiān)測。

(1)撓度影響的監(jiān)測

主梁每一個(gè)施工段的澆筑過程，其梁體頂面的撓度值都需要進(jìn)行觀察測量，而且張拉預(yù)應(yīng)力前后、澆筑梁段前后和掛籃移動(dòng)前后都要測量計(jì)算出主梁撓度的實(shí)際變化，盡可能地總結(jié)出頂梁撓度變化的內(nèi)在規(guī)律。

(2)環(huán)境溫度影響的監(jiān)測

施工中的周圍環(huán)境溫度是一定要監(jiān)測的因素，其對(duì)主梁撓度造成影響。我們的目的不僅僅是監(jiān)測溫度，而是通過對(duì)監(jiān)測溫度的監(jiān)測，分析出溫度改變對(duì)主梁標(biāo)高的具體影響關(guān)系。

(3)有效預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測

以預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出鋼絞線的預(yù)應(yīng)力摩阻損失值、實(shí)際預(yù)應(yīng)力大小和預(yù)應(yīng)力筋的伸長率。為了保證箱梁腹板不開裂而設(shè)置的豎向預(yù)應(yīng)力筋的相關(guān)數(shù)據(jù)一定要監(jiān)測，可以采用測力計(jì)直接測定，腹板的開裂時(shí)間與內(nèi)在機(jī)理可以根據(jù)測得的實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行研究。

(4) 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)及物理參數(shù)的監(jiān)測

結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)具體是指結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)包括混凝土的彈性模量、抗壓及抗拉強(qiáng)度和容重等等。自適應(yīng)控制系統(tǒng)需要更貼合實(shí)際的這些數(shù)據(jù)參數(shù)，才能夠利用計(jì)算機(jī)來分析實(shí)際變形情況，以便更有效的指導(dǎo)實(shí)際施工。

4 實(shí)證分析

4.1 施工過程劃分

依照X特大橋懸臂澆筑的現(xiàn)實(shí)施工順序，將整個(gè)施工過程大致劃分為30個(gè)階段，具體的階段劃分與結(jié)構(gòu)信息如下(注：數(shù)字為具體階段)。

(1)澆筑中間兩橋墩0#塊；(2)張拉兩0#塊鋼絞線；(3)安裝1#掛籃；(4)澆筑混凝上，加濕重；(5)張拉1#塊鋼絞線；(6)安裝2#掛籃；(7)澆筑混凝上，加濕重；(8)張拉2#塊鋼絞線；(9)安裝3#掛籃；(10)澆筑混凝上，加濕重；(11)張拉3#塊鋼絞線；(12)安裝4#掛籃；(13)澆筑混凝上，加濕重；(14)張拉4#塊鋼絞線；(15)安裝5#掛籃；(16)澆筑混凝上，加濕重；(17)張拉5#塊鋼絞線；(18)安裝6#掛籃；(19)澆筑混凝上，加濕重；(20)張拉6#塊鋼絞線；(21)安裝7#掛籃；(22)澆筑混凝上，加濕重；(23)張拉7#塊鋼絞線；(24)現(xiàn)澆中跨合龍段；(25)張拉中跨合龍段鋼束；(26)搭支架，現(xiàn)澆9#～10#；(27)合龍邊跨；(28)張拉邊跨合龍段鋼束；(29)體系轉(zhuǎn)換；(30)二期恒載，二年徐變。

4.2 立模標(biāo)高的確定

懸臂澆筑施工中，成橋的平順度主要取決于立模標(biāo)高確定的合理性，如果立模標(biāo)高在確定時(shí)考慮的影響因素比較全面，成橋的線形則會(huì)有較好結(jié)果。立模標(biāo)高與成橋后設(shè)計(jì)標(biāo)高是不一樣的，需要通過調(diào)整掛籃來確定預(yù)拋高，預(yù)拋高值為所有的恒荷載和百分之五十的活荷載作用下產(chǎn)生的撓度值，然后反號(hào)處理，并且需要遵循“寧高勿低”的確定原則，這樣才能提高橋梁的使用壽命和最終承載力。圖1是計(jì)算得出的預(yù)拋高圖。

圖1 預(yù)拋高圖

4.3 施工監(jiān)控成果

預(yù)抬高數(shù)值為實(shí)測底板標(biāo)高值與底板設(shè)計(jì)標(biāo)高之差；合龍誤差等于懸臂端兩側(cè)預(yù)抬高值得差。中跨合龍前梁體兩側(cè)標(biāo)高見表 2。

表2 中跨合龍誤差

由表2的數(shù)據(jù)可知，中跨梁體懸臂端合龍誤差是0.005 m，符合規(guī)范關(guān)于誤差的規(guī)定。邊跨合龍前四個(gè)梁端的標(biāo)高見表 3。

表3 邊跨合龍前標(biāo)高

由表3的數(shù)據(jù)可知，2#墩邊跨合龍誤差為0.003 m，3#墩邊跨合龍誤差為 0.005 mm，符合規(guī)范關(guān)于誤差的規(guī)定。

[1] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M]. 北京：人民交通出版社，2004：1-2.

[2] 文武松. 蘇通大橋輔橋連續(xù)剛構(gòu)施工控制[J]. 橋梁建設(shè)，2008，(4)：65～69.

[3] 徐君蘭. 大跨度橋梁施工控制[M]. 北京：人民交通出版社，2010.

2016-05-02

胡文，男，湖南寧鄉(xiāng)人，研究方向：交通土建專業(yè)。

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1008-3383(2017)02-0093-02