新建鐵路剛構(gòu)-連續(xù)橋施工控制研究

尹榮玲 李玉攀

摘 要：橋梁結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力關(guān)系到自身安全，因此進行施工過程的控制具有重要的意義。本文以一座典型的多跨剛構(gòu)-連續(xù)橋為工程背景，建立了橋梁的三維有限元模型，模擬了整個施工過程，計算了理論預(yù)拱度值和控制截面設(shè)計應(yīng)力值，并指導(dǎo)實際施工過程。結(jié)果表明，線形始終處于可靠的控制之中，且最大合龍誤差僅為8 mm;整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)始終處于可靠的控制之中，實測值均小于理論值。這樣不僅實現(xiàn)了該橋的高精度合龍，也為此類橋梁的施工控制提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;線形控制;應(yīng)力控制;預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：U448.23文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0099-03

Research on Construction Control of New Railway Rigid Frame-Continuous Bridge

YIN Rongling1 LI Yupan2

（1.Guizhou Industry Polytechnic College，Guiyang Guizhou 550081;2. Guizhou Communications Construction Engineering Testing Center Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550081）

Abstract： The alignment and internal forces of the bridge structure are related to its own safety， so it is of great significance to control the construction process. This paper used a typical multi-span rigid frame-continuous bridge as the engineering background， established a three-dimensional finite element model of the bridge， simulated the entire construction process， calculated the theoretical pre-camber value and control section design stress value， and guided the actual construction process. The results show that the line shape is always under reliable control， and the maximum closing error is only 8 mm; the stress state of the entire structure is always under reliable control， and the measured values are less than the theoretical values. This not only realizes the high-precision closing of the bridge， but also provides a reference for the construction control of this type of bridge.

Keywords： continuous rigid frame bridge;linear control;stress control;prestress

對于采用懸臂施工的大跨度預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)-連續(xù)橋來說，其成橋后的主梁線形和恒載內(nèi)力因施工過程的不同而不同。體系轉(zhuǎn)換方式（如體系轉(zhuǎn)換時間、勁性骨架的鎖定溫度、鎖定效果）的不同也同樣影響著成橋的線形與恒載內(nèi)力。因此，在施工過程中，依據(jù)施工的實際情況，準確估計結(jié)構(gòu)的相關(guān)實際參數(shù)，對橋梁的每一施工階段進行詳盡的分析和實測驗證，并應(yīng)用相關(guān)理論方法，對橋梁結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力進行預(yù)測與控制，以確保橋梁的安全建設(shè)和最終的主梁線形和恒載內(nèi)力與設(shè)計吻合，即所謂的施工控制是必要而科學(xué)的[1-5]。

本文以新建鐵路蘭州至重慶線某預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)橋為工程背景，建立了該橋施工過程的三維有限元模型，并計算其理論預(yù)拱度值，指導(dǎo)整個施工過程，為該類橋梁的線形控制提供參考依據(jù)。

1 工程概況

本文選取的是懸澆剛構(gòu)-連續(xù)梁橋（42.8 m+4×72 m+42.8 m），其位于[R]=4 500 m的圓曲線上，主梁梁體采用C50三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，梁體采用變高度變截面箱梁，一聯(lián)總長為373.3 m，梁體各控制截面梁高如下：邊支點處及邊跨直線段和中跨合龍?zhí)帪?.4 m，中支點處及固結(jié)處梁高為5.8 m，梁底曲線按二次拋物線變化。全橋箱梁頂寬為11.5 m，底寬為6.0 m。箱梁橫截面為單箱單室垂直腹板;頂板厚度除梁端附近外均為45 cm，底板厚度為48～73 cm，按直線線性變化，腹板厚為55～130 cm，按折線變化。

剛構(gòu)-連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，1、5號墩支點上為0號段，與墩頂臨時支座固結(jié)，形成臨時T構(gòu)。10號梁段為合龍段，梁段長為2.0 m，采用吊架法施工;11號梁段為邊跨現(xiàn)澆段，梁段長為5.65 m，采用滿堂支架法施工。根據(jù)設(shè)計圖，本橋邊跨合龍段兩處每段長為2 m，混凝土設(shè)計方量為2×21.3 m3;次中跨合龍段兩處每段長為2 m，混凝土設(shè)計總方量為2×26.4 m3;中跨合龍段兩處每段長為2 m，混凝土設(shè)計總方量為2×26.4 m3。總體布置如圖1所示。

2 有限元分析計算

首先建立三維有限元模型，采用梁單元將剛構(gòu)的主梁和橋墩進行離散化，全橋共劃分為220個梁單元、240個節(jié)點。2、3、4號墩0#段劃分為8個單元，1、5號墩0#段劃分為6個單元，每個懸臂澆筑梁段劃分為1個單元，合龍段均作為6個單元，邊跨直線段劃分為4個單元。其中，主梁節(jié)點編號按其X坐標遞增順序依次編號，邊界約束節(jié)點投影在梁下部。在此不考慮樁基和土的相互作用，墩底采用固結(jié)的方式進行處理，有限元模型如圖2所示。

根據(jù)已建立的有限元分析模型，計算得到該橋整個施工階段的預(yù)拱度理論計算值，如圖3所示。

3 控制結(jié)果分析

目前，大跨度橋梁的施工控制主要有三種方法：橋梁施工的單向控制;大跨度橋梁施工的反饋控制;大跨度橋梁施工的自適應(yīng)控制[6]。本文選用自適應(yīng)控制方法對本橋進行施工過程中線形和應(yīng)力的監(jiān)控，并采用適用于系統(tǒng)參數(shù)估計的最小二乘法對該橋的參數(shù)進行識別，同時對施工過程中產(chǎn)生的誤差進行分析。

3.1 線形控制

線形控制主要控制主梁標高及墩頂位移，以保證橋梁在施工過程中的安全，使實際施工過程中及建成后的結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計要求。限于篇幅，本文僅給出成橋后的梁體的實際走向與設(shè)計值的對比以及成橋后梁體實際標高與設(shè)計標高之間的差值，如圖4所示。

由圖4可知，經(jīng)過精心的控制施工，該橋按照預(yù)計的目標合龍，所有節(jié)點標高與設(shè)計線形的誤差均在2.0 cm以內(nèi)，所有合龍點的相對誤差均在1.0 cm以內(nèi)，滿足控制目標要求。

3.2 應(yīng)力控制

應(yīng)力監(jiān)控是剛構(gòu)-連續(xù)橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容之一，它是施工過程中的安全預(yù)警系統(tǒng)，是對橋梁的實際受力狀態(tài)進行評判和確保施工安全順利的主要依據(jù)。對本橋進行應(yīng)力監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全性，保證橋梁成橋受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。限于篇幅要求，本文僅給出成橋后應(yīng)力控制截面的設(shè)計值和實測值，如表1所示。

從表1可以看出，全橋合龍后，梁體應(yīng)力實際應(yīng)力均小于設(shè)計應(yīng)力，滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

該橋線形控制方面取得了較好的成果，所有節(jié)點標高與設(shè)計線形的誤差均在2.0 cm以內(nèi)，所有合龍點的相對誤差均在1.0 cm以內(nèi)，滿足控制目標要求，且中跨合龍時豎向最大合龍誤差僅為8 mm。該橋的線形始終處于可靠的控制之中。施工過程和成橋后的實測結(jié)果表明，在整個施工過程中，對線形的控制是有效的。在整個懸臂施工過程中和成橋后，整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)始終處于可靠的控制之中，結(jié)構(gòu)一直處于安全的施工狀態(tài)之中。這樣就實現(xiàn)了該橋的高精度合龍，并為此類橋梁的施工控制提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

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