李重陽

中國鐵建股份有限公司（100855）

由于高鐵及城鐵對線路的平順性要求極高，因此精確的線形控制是鐵路連續(xù)梁橋施工的關(guān)鍵。同時，應力控制也是保證成橋后結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)與設(shè)計相吻合，使成橋后橋梁徐變變形達到設(shè)計目標的關(guān)鍵。以某鐵路橋梁（70+125+70）m預應力混凝土連續(xù)梁橋為例,介紹橋梁線形控制與應力控制的關(guān)鍵技術(shù)和方法。

1 工程概況

某高度鐵路連續(xù)梁橋采用無砟軌道，設(shè)計列車時速350 km/h。在跨越某高速公路處,采用 （70+125+70）m的預應力混凝土連續(xù)箱梁橋。該橋采用單箱單室變高度、變截面連續(xù)梁。箱梁梁底曲線按圓曲線變化，端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高為5.2 m,中支點處梁高9.2 m。全橋箱梁頂板寬12.0 m，底寬7.0 m。全橋共設(shè)5道橫隔梁，分別設(shè)于端支點、中支點、中間跨跨中截面。該橋采用懸臂澆筑，采用菱形掛籃。全橋分兩個T構(gòu)對稱懸臂澆筑,每個T構(gòu)包括0 ～13號梁段,中支點0＃塊梁段長度9 m,一般梁段長度分成3 m和4.0 m,2個邊跨各有9.75 m的現(xiàn)澆段,邊、中跨合攏段均長為2 m。

2 結(jié)構(gòu)計算模型的建立

本橋采用有限元軟件MIDAS/Civil進行結(jié)構(gòu)建模分析,MIDAS具備單元激活與鈍化功能,可以很方便的模擬施工過程的正裝分析以及倒拆分析。全橋共離散為57個單元，58個節(jié)點。其中零號塊采用托架施工，邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架施工，其余梁段采用掛籃對稱懸臂施工。

在建模時應注意以下幾點:

1）施工階段:全橋應按照掛籃安裝、混凝土灌注、張拉鋼束等不同階段劃分施工階段，以便對線形和應力詳細監(jiān)測。2）邊界條件:未合龍時零號塊處墩梁固結(jié)，合龍時約束釋放，轉(zhuǎn)化為鉸接和鏈桿約束，以適應梁體轉(zhuǎn)動和縱橋向位移。3）體系轉(zhuǎn)換:按照邊跨合攏、中跨合攏的順序進行體系轉(zhuǎn)換。

MIDAS計算模型如下圖1所示。

3 鐵路連續(xù)梁橋施工控制方法

為保證橋梁的安全建設(shè)，使最終的主梁線形和恒載內(nèi)力與設(shè)計相吻合，選擇科學合理的控制方法是非常重要的。（70+125+70）m連續(xù)梁橋施工監(jiān)控采用先進的自適應控制法。參數(shù)誤差識別采用Kalman濾波法。

自適應控制法是指在施工控制開始時，控制系統(tǒng)的某些設(shè)計參數(shù)和實際情況不完全吻合，此時可以通過系統(tǒng)識別或參數(shù)估計,調(diào)整計算模型的參數(shù)，使設(shè)計輸出與實測結(jié)果相符,進而使實際問題得到解決。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，按反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進行控制。這樣，經(jīng)過若干工況的反復辨識后，計算模型與實際結(jié)構(gòu)趨于一致,在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。自適應施工控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

參數(shù)誤差識別過程是自適應控制的關(guān)鍵，其任務就是根據(jù)對控制目標（如內(nèi)力、標高和結(jié)構(gòu)應力）的測量值與計算值之間的誤差反算施工模擬計算所選用的參數(shù)是否合理,如混凝土的彈性模量、主梁自重集度、掛籃剛度、徐變系數(shù)等。本文所述及的（70+125+70）m連續(xù)梁橋的參數(shù)誤差識別采用Kalman濾波法。

4 線形控制

線形控制是橋梁施工控制的重要工作之一。使用全站儀對主梁軸線進行測量，保證箱梁懸灌端的合攏精度和橋面變形。主梁的線形監(jiān)測應以線形通測和局部塊件高程測量相結(jié)合，在主梁塊件澆筑及掛籃移動后進行。

4.1 懸臂澆筑各節(jié)段立模高程的確定

懸臂澆筑段前端底板和橋面高程應根據(jù)掛籃垂直變形和梁體預拱度進行設(shè)置。而預拱度是受到梁體自重、預應力張拉、溫度、收縮徐變等多方面因素的影響。懸臂結(jié)構(gòu)逐段澆筑，后節(jié)段的受力情況對前節(jié)段產(chǎn)生作用。因此現(xiàn)澆梁段的預拱度=本段和后面所有各段混凝土和張拉預應力束的累計撓度+二期恒載作用下產(chǎn)生的撓度+1/2活載產(chǎn)生的撓度+從澆筑至設(shè)計使用10年中混凝土收縮徐變引起的撓度。

4.2 線形控制結(jié)果

成橋線形是在橋梁合龍后約一年的時間，對全橋進行了成橋線形測量。此時橋梁的二期恒載已經(jīng)鋪設(shè)完畢，徐變變形按照理論計算約完成80%。測得的成橋線形與理論計算值比較結(jié)果如下表1所示，限于篇幅僅記錄部分數(shù)值。

表1 成橋線形控制結(jié)果

為了更直觀的分析成橋線形控制的結(jié)果，將成橋后的橋面實測高程和設(shè)計成橋線形繪制成圖，如下圖3所示。

從表1和圖3分析可以得出，該橋的線形控制結(jié)果良好，滿足鐵路連續(xù)梁施工技術(shù)交底要求和相關(guān)規(guī)范的要求。

5 應力控制

預應力混凝土連續(xù)梁橋在懸臂施工的過程中，從結(jié)構(gòu)安全的角度，結(jié)構(gòu)的應力最令人關(guān)注。

主梁應力的測試是監(jiān)測主梁在施工過程中主梁是否安全的一種輔助手段。盡管理論計算結(jié)果表明了其安全性，但在實際施工中可能存在著不可預計的因素（如施工荷載、混凝土彈性模量、預應力大小的變異，施工流程的改變等）會使主梁的受力與理論計算結(jié)果有差異，因此必須進行主梁應力的監(jiān)測，確保結(jié)構(gòu)安全。

5.1 應力截面及測點布置

在懸臂施工的過程中，對T構(gòu)根部的頂板和底板應力進行了監(jiān)測。應力計的埋設(shè)位置如圖4所示。

5.2 應力控制結(jié)果

懸臂澆筑的施工過程中，每一個梁段都對每個T構(gòu)的應力計進行了測量。測量時，考慮了測試現(xiàn)場的溫度，由程序自動進行溫度修正，得出每個施工階段T構(gòu)根部頂板和底板的應力。限于篇幅，部分測量的應力結(jié)果如下所示。

表2 629#墩T構(gòu)近南京側(cè)截面箱梁應力測試記錄測試工況:1#塊混凝土澆筑后

表3 629#墩T構(gòu)近杭州側(cè)截面箱梁應力測試記錄測試工況:1#塊混凝土澆筑后

從以上給列舉的部分應力監(jiān)測記錄可以看出:在懸臂施工的過程中，T構(gòu)根部的頂板和底板應力均在規(guī)范允許的范圍值之內(nèi)，因而，在懸臂施工的過程中，結(jié)構(gòu)處于安全可控狀態(tài)。

6 結(jié)論

1）由于鐵路提速，對鐵路橋梁平順性要求日益提高。故施工控制在鐵路預應力混凝土橋梁的懸臂施工中起著重要作用，監(jiān)控是一個:施工→量測→識別→修正→預報→施工的循環(huán)過程。只有結(jié)構(gòu)有限元理論計算和施工監(jiān)控相結(jié)合，才能保證施工線形和應力達到設(shè)計要求。

2）通過對比線形、應力實測值與理論計算值可知，橋梁各施工階段中，線形與應力變化趨勢相同，二者誤差較小，說明本文采用的有限元計算模型與實際較符合,線形與應力控制方法也是合理的，可用于同類型鐵路橋梁的施工控制。

[1]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]顧安邦,張永水.橋梁施工監(jiān)測與控制[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[3]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社,2000.