張洪達(dá) 孫金 馮小青

摘 要：結(jié)合援孟加拉國(guó)中孟友誼六橋現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋使用掛籃懸臂澆筑施工時(shí)撓度控制進(jìn)行分析，闡述了懸澆施工控制原理、監(jiān)測(cè)方法及影響撓度控制的因素。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；施工監(jiān)控；懸臂澆筑；預(yù)拱度；立模標(biāo)高

隨著施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，施工機(jī)械化程度的提高，加上使用電子計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算及施工控制，使得懸臂施工成為現(xiàn)代大跨度橋梁建造的主要施工方法。施工控制的主要任務(wù)是撓度控制，只有合理確定每一個(gè)施工階段撓度，才能使橋梁在每一個(gè)跨徑內(nèi)順利合攏，才能保證在結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后達(dá)到設(shè)計(jì)所期望的標(biāo)高線形。

1 工程概況

援孟加拉國(guó)中孟友誼六橋是位于孟加拉國(guó)中部的一座特大橋梁，連接區(qū)域公路R812和支線公路R8121。主橋上部結(jié)構(gòu)為跨徑57m+5x100m+57m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱單室斷面，箱梁頂板寬9.6米，底板寬5.0米。墩頂0號(hào)梁段長(zhǎng)11m，六個(gè)“T構(gòu)”懸臂梁段數(shù)及長(zhǎng)度從根部至跨中各為6x3.5m、5x4.5m，中跨和邊跨合攏段均為2m，兩個(gè)邊跨現(xiàn)澆段各長(zhǎng)6m。

2 結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算分析

本橋采用“橋梁博士3.1” 綜合橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件依據(jù)收集的施工資料模擬整個(gè)施工過(guò)程和成橋使用狀態(tài)，全面分析全橋整體受力狀態(tài)和變形狀態(tài)。全橋共離散分為181個(gè)單元，182個(gè)節(jié)點(diǎn)。施工計(jì)算工況共分117個(gè)階段，0號(hào)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(duì)稱懸臂澆筑施工，合攏方式為從兩岸向河中心對(duì)稱合攏。

影響箱梁各截面撓度的因素按結(jié)構(gòu)形成的施工順序可分為懸臂施工階段、體系轉(zhuǎn)換階段和成橋后的運(yùn)營(yíng)階段，整個(gè)施工全過(guò)程及運(yùn)營(yíng)階段所有荷載引起的撓度必須體現(xiàn)在預(yù)拱度中。施工過(guò)程中影響預(yù)拱度的主要因素有：混凝土自重、施工臨時(shí)荷載、掛籃變形、預(yù)應(yīng)力施工、合攏順序、體系轉(zhuǎn)換及二期恒載、混凝土的收縮、徐變等。運(yùn)營(yíng)期間影響預(yù)拱度的主要因素有：汽車荷載、混凝土的后期收縮、徐變等。利用計(jì)算分析所得數(shù)據(jù)，獲得使橋梁結(jié)構(gòu)最終形成理想狀態(tài)的各階段的預(yù)拱度值[1]，從而得到各施工階段的立模標(biāo)高。即：Hl=Hs+Ya+Yb+Yc其中，Hl為立模標(biāo)高； Hs為設(shè)計(jì)標(biāo)高； Ya為施工階段預(yù)拱度值； Yb為運(yùn)營(yíng)階段預(yù)拱度值； Yc為掛籃變形值（依據(jù)掛籃加載試驗(yàn)提供）。

3 施工控制原理

雖然在施工計(jì)算分析中計(jì)算出各階段預(yù)拱度值，但當(dāng)按這些理論值進(jìn)行施工時(shí)，橋梁的實(shí)際線形和受力狀態(tài)卻未必能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。這主要是由于計(jì)算時(shí)所采用的各種參數(shù)如結(jié)構(gòu)截面尺寸、村料彈性模量、掛籃變形、預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)、溫度、徐變等引起的。

施工控制的基本原理就是先對(duì)理想狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，給出結(jié)構(gòu)初始施工節(jié)段的施工控制值以指導(dǎo)施工，然后對(duì)已完成節(jié)段進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)?shù)玫降臉蛄壕€形和受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí)，進(jìn)行誤差分析并修正計(jì)算模型，重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)識(shí)別，計(jì)算模型就基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致，從而可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。

誤差分析的方法主要有參數(shù)識(shí)別法、影響矩陣法、灰色預(yù)測(cè)法及卡爾曼濾波法等，由于本橋跨度不大，

在施工控制中采用參數(shù)識(shí)別法能夠滿足施工精度要求。

4 監(jiān)測(cè)方法

4.1主梁標(biāo)高測(cè)試

對(duì)于連續(xù)梁橋施工監(jiān)控來(lái)說(shuō)，測(cè)試主梁控制斷面的標(biāo)高及其變化規(guī)律是一項(xiàng)重要內(nèi)容，標(biāo)高測(cè)試可采用水準(zhǔn)儀讀數(shù)法。

4.1.1測(cè)點(diǎn)布置 根據(jù)連續(xù)梁橋懸澆施工的特點(diǎn)，每次澆筑一個(gè)節(jié)段梁，每個(gè)懸臂施工節(jié)段均為測(cè)試斷面，考慮到箱梁可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，每個(gè)斷面布置梁面及底板各2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.1.2測(cè)試手段 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，100米跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂端的撓度大約在幾厘米至十幾厘米范圍內(nèi)，采用普通水準(zhǔn)儀測(cè)量能夠達(dá)到精度要求。

4.1.3測(cè)試工況 每一節(jié)段施工，需測(cè)量下述三個(gè)工況： a. 掛籃移動(dòng)到位后 b. 澆筑混凝土后 c. 預(yù)應(yīng)力張拉后。 每次測(cè)量從懸臂端往墩中心方向的3個(gè)斷面，如施工到第7節(jié)段梁時(shí)，須測(cè)量7、6、5號(hào)節(jié)段梁的標(biāo)高。

4.1.4測(cè)量精度 要求測(cè)量精度3mm以內(nèi)。

4.2 溫度測(cè)試

橋梁結(jié)構(gòu)處于一個(gè)變化的溫度場(chǎng)中，理論上說(shuō)由于溫度變化，橋梁的截面應(yīng)力和主梁標(biāo)高每時(shí)每刻都在變化，這就給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不確定的因素，要完全解決溫度問(wèn)題，有很大的難度。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)氣溫的測(cè)量，推算結(jié)構(gòu)溫度的影響，也收到了較好的效果。具體做法是在進(jìn)行其它測(cè)試任務(wù)時(shí)，采用氣溫表測(cè)量箱內(nèi)和箱外的溫度，測(cè)量精度控制在0.5℃以內(nèi)。

5 影響撓度控制的主要因素

5.1 結(jié)構(gòu)分析模型誤差

結(jié)構(gòu)分析模型包括結(jié)構(gòu)模型和工況模擬，尤其是懸臂施工期間的墩頂臨時(shí)固結(jié)模型和合攏的仿真摸擬，將直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后的線型狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)最終的合攏和成橋狀態(tài)線型起著關(guān)鍵的作用。因此，根據(jù)實(shí)際施工情況，選用準(zhǔn)確、合適的墩頂臨時(shí)固結(jié)模型和合攏工況模擬是非常重要的。

5.1.1 結(jié)構(gòu)模型誤差

臨時(shí)固結(jié)模型誤差引起的線型偏離是伴隨結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換而發(fā)生的，因而會(huì)形成無(wú)法修正的局面，連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)模型問(wèn)題關(guān)鍵是懸臂施工期間墩頂臨時(shí)固結(jié)的模擬問(wèn)題。由于墩頂臨時(shí)固結(jié)的方式很多，而不同的墩頂固結(jié)方式會(huì)產(chǎn)生不同的成橋線型。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，每一種固結(jié)方式都需要簡(jiǎn)化成一種力學(xué)和位移條件與實(shí)際相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型，如何選擇適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化模型，避免工程控制中由于結(jié)構(gòu)模型選擇不當(dāng)引起的計(jì)算狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)之間的誤差，這是工程控制首先要解決的問(wèn)題。援孟六橋充分考慮實(shí)際墩頂臨時(shí)固結(jié)方式，把墩頂固結(jié)墊塊和墩身兩側(cè)輔助固結(jié)柱按實(shí)際剛度和面積作為桿單元處理。

5.1.2 工況模擬誤差

工況模擬誤差導(dǎo)致成橋線型偏高理想狀態(tài)的主要原因在于各計(jì)算工況中產(chǎn)生混凝土收縮、徐變等變形時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)及時(shí)間與同期實(shí)橋的應(yīng)力狀態(tài)、施工周期存在著差異。只有在合攏完成后，誤差全部發(fā)生時(shí)才被發(fā)覺(jué)，且已無(wú)法調(diào)整。結(jié)構(gòu)分析中的工況模擬應(yīng)盡可能接近實(shí)際施工步驟，方可減少由于工況模擬誤差帶來(lái)的施工期和成橋狀態(tài)的線型與內(nèi)力誤差。連續(xù)梁橋合攏時(shí)，實(shí)際操作是分階段、分步驟實(shí)現(xiàn)的。

援孟六橋通過(guò)對(duì)主墩的固結(jié)模型和合攏施工的工況模擬達(dá)到了模型仿真和施工仿真的目的，從而最大限度地減小了這一過(guò)程中產(chǎn)生的線型誤差。

5.2 掛籃變形誤差

掛籃體系的變形對(duì)于連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工結(jié)構(gòu)撓度的控制起著重要的作用，掛籃變形預(yù)測(cè)的誤差將直接導(dǎo)致節(jié)段標(biāo)高的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。掛籃的變形由彈性變形和非彈性變形兩部分組成，其中掛籃結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非彈性變形可在掛籃組裝完畢后通過(guò)外力加載法消除。在本橋的施工控制中，采用了公式來(lái)推算掛籃的實(shí)際變形，再參考掛籃組裝后的荷載試驗(yàn)結(jié)果可總結(jié)出掛籃的彈性變形規(guī)律，進(jìn)而可較準(zhǔn)確地

預(yù)測(cè)持施工節(jié)段的掛籃彈性變形值。

另外，影響撓度控控制的因素還有溫度、預(yù)應(yīng)力荷載、節(jié)段混凝土重量、施工臨時(shí)荷載、材料彈性模量、收縮徐變、標(biāo)高測(cè)量誤差等，在此不再贅述。

6 結(jié)語(yǔ)

收集施工組織設(shè)計(jì)資料正確建立理論計(jì)算模型，合理設(shè)置預(yù)拱度是懸澆施工撓度控制的基礎(chǔ)。掛籃變形的穩(wěn)定、平衡懸澆施工和等重合攏是現(xiàn)場(chǎng)撓度控制的關(guān)鍵。觀測(cè)時(shí)間應(yīng)統(tǒng)一在早上氣溫升高之前進(jìn)行，避免在高溫、強(qiáng)光、大風(fēng)下觀測(cè)，提高測(cè)量精度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 范立礎(chǔ)，橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001：26-27

[2] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2000：143-144