王小奎,王興國，潘 登

(1.河南理工大學 土木工程學院， 河南 焦作 454003； 2.中鐵十局集團 第二工程有限公司， 河南 鄭州 450000)

預應力混凝土連續(xù)箱梁橋施工過程的線性監(jiān)控分析

王小奎1,王興國1，潘 登2

(1.河南理工大學 土木工程學院， 河南 焦作 454003； 2.中鐵十局集團 第二工程有限公司， 河南 鄭州 450000)

通過新建鄭州至萬州高速鐵路某特大橋(48+80+48) m預應力連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控情況，論述了橋梁線性監(jiān)控方法和施行步驟，以及橋梁結構線形監(jiān)控的數據分析。通過模擬分析施工過程，并與現(xiàn)場實際工況進行比較，證明了最終計算結果的可靠性。最終數據表明，橋梁設計高程與實測高程之間的誤差均在+15 mm和-5 mm之間，各合龍段高程較差均小于+15 mm，實現(xiàn)了橋梁施工的高精度監(jiān)控。說明運用的理論模型能很好的反應橋梁主體結構的實際狀態(tài)，運用的施工控制方法達到了很好的施工控制效果。

橋梁施工；撓度；線性監(jiān)控；數據分析

橋梁施工過程的線性監(jiān)控一直是國內外研究的重點，橋梁結構的施工監(jiān)測控制理論歷經了從開環(huán)控制、閉環(huán)控制，再到自適應控制發(fā)展的過程。對于多次靜定橋跨，它所竣工后的橋梁線形，產生的橋梁各個階段的內力和施工工序有著密不可分的關聯(lián)，梁體恒載產生的內力值大小同樣有著一定的聯(lián)系。即施工工序的差異，會直接影響橋梁最后的線形和內力的變化。此外，由于橋梁結構材料特性以及外部不確定因素的存在，都會給橋梁的施工控制帶來不可預測的影響。最終導致橋梁結構的預先計算的理論設計值與施工現(xiàn)場實測的控制值有所偏差[1]。若對這種誤差不加以及時有效的修正，主梁的標高將會偏離預期的設計值，影響最終成橋的線形。為保障橋梁施工全過程的施工質量和橋梁施工安全，對整個橋梁施工過程進行監(jiān)控就顯得十分重要。本文擬在監(jiān)控內容和監(jiān)控方法上，通過模擬分析施工過程，結合現(xiàn)場實際工況展開論文內容的分析，以確保達到最優(yōu)的橋梁施工線性監(jiān)控目標[2]。

1 工程概況

某特大橋位于河南省南陽市境內，新建鄭州至萬州高速鐵路某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁位于721#墩—724#墩，里程為DK350+498.124—DK350+675.824，位于直線上，DK350+498.124—DK350+600坡度為3.0‰，DK350+600—DK350+675.824坡度為-5.0‰，線路與S103省道交叉角度為138°，其總體布置如圖1所示。

圖1某特大橋跨S103省道(48+80+48)m預應力連續(xù)梁橋布置圖(單位：cm)

連續(xù)梁按雙線橋設計，線間距為5.000 m。橋面寬12.600 m，底寬6.700 m。主梁是單箱室、高度變化、截面變化的箱梁，均按直線線性變化。梁體全長177.500 m，計算跨度48 m+80 m+48 m。橋梁的兩邊支點、中間支點中心線位置梁體截面高度分別是3.835 m、6.635 m。邊支座中心線到梁體邊緣為0.750 m，梁縫分界線至主梁邊緣為0.100 m。梁體邊支座橫橋向中心距5.600 m，梁體中支座橫橋向中心距5.900 m。

其中2個0#梁段，分別位于722#、723#主墩，距支座中心線處大、小里程方向各4.500 m，0#梁段總長度為9.000 m，懸臂端梁段長度為2.700 m、3.100 m、3.500 m，合龍段長2.000 m，邊跨現(xiàn)澆直梁段長7.750 m。主梁梁段采用掛籃對稱懸臂施工。最后橋梁施工結束后，整個梁體結構合龍的順序為先邊跨，再中跨。

在橋梁具體的施工過程中，可以用施工→測量→參數識別→分析→修正→預測→施工的自適應控制法對橋梁全程監(jiān)控[3]，其中重點是結合實際監(jiān)控數據調整結構模型中的主要影響參數，并計算下一施工階段的橋梁受力和變形情況，進而指導現(xiàn)場實際施工。

2 主梁線形監(jiān)控

主梁的高程監(jiān)控是為了反應出在橋梁的各個施工階段結束之后，每個梁段標高的變化[4]。經過前次施工階段和本次施工梁段測點高程的變化，然后計算橋梁的現(xiàn)場撓度值，便于和計算撓度值進行對比，及時有效的調節(jié)撓度值的誤差，確保橋梁施工的全過程成功進行。

1) 測點布置。主梁梁段的高程測點選用φ16鋼筋焊接于頂板鋼筋的骨架上，測點鋼筋的上部做成半圓形頂面，打磨光滑，冠頂高出橋梁混凝土表層約2 cm，見圖2。

圖2頂板高程測點鋼筋布置示意(單位：mm)

對單箱結構，在斷面布置5個測點，就可以監(jiān)測施工過程中主梁的標高和扭曲情況。在橋梁的每一梁段上，測點的具體設置見圖3。

圖3主梁高程測點設置圖(單位：cm)

2) 測量要求。

(1) 測量階段：在橋梁施工的每一節(jié)段都要進行高程的測量工作，其中在橋梁的每一節(jié)段施工中，都要進行主梁的高程測量。在橋梁全節(jié)段施工中，要布設一定數量的，能夠進行主梁標高通測、聯(lián)測，以及進行測量標高校核的測量基準點。并在橋梁每一個合龍段前后，以及橋梁結構體系轉換前后組織一次全橋標高點的通測。

(2) 測量時段：每個測量階段的測量時間應按橋梁主體施工階段的完成狀況，晚10∶00(夏、秋：晚11∶00)后到第二天清晨日出之前。

(3) 精度測量：選用高等水準測量儀器進行測量。

3) 測量控制網和平面監(jiān)測。針對箱梁懸臂澆筑要求，在控制網建成后，將中線利用三角控制網引測到橋梁零號節(jié)段頂面，同時將中線作為主梁軸線測量的基準線，聯(lián)測前必須檢驗已建成基準點是否滿足要求，認真作好記錄[5]。

4) 施工監(jiān)控的影響因素。在懸臂澆筑過程中，在可能多的因素中找到最為重要的影響因素，并對控制系統(tǒng)進行參數判斷，對出現(xiàn)的超過規(guī)范規(guī)定的誤差，分析誤差出現(xiàn)的原因，調整后續(xù)的施工要求，及時進行線性的調整是整個施工監(jiān)控的重點[6]。

3 施工過程的模擬及監(jiān)控

3.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋施工控制計算

采用MIDAS/Civil 2016軟件[7]，對橋梁結構進行全過程的模擬分析計算，選用平面桿系單元建立模擬施工過程的橋梁結構計算模型(見圖4)。全橋共建立78個節(jié)點，59個單元。其中，施工模擬的全過程主要分為梁段的懸臂段掛籃、澆筑、張拉，邊跨滿堂段澆筑、邊跨合龍、中跨合龍、體系轉換、全橋張拉、二期恒載、橋面鋪裝等。

圖4某特大橋跨S103省道(48+80+48) m橋梁主體計算模型圖

3.2 模型計算參數取值

(1) 模型結構設計材料：① 混凝土強度等級C50，C50彈性模量3.55×104MPa； ② 預應力體系縱、橫向預應力筋取1×7-15.2-1860-GB/T5224 —2003鋼絞線，其中fpk=1 860 MPa，彈性模量為Ep=195 GPa； ③ 鋼筋材料采用HPB300、HRB400。

(2) 設計荷載。① 恒載(結構自重)按相關設計規(guī)范選用。② 附加力(溫差變化影響力)合龍段的溫度用橋位最低與最高月平均氣溫的均值，均勻溫差按升降溫20℃計算，非線性溫差按指數曲線變化，考慮負溫效應。③ 施工荷載按懸臂澆筑施工進行考慮。施工掛籃、機具等采用800 kN計，作用點位于澆筑梁段重心處。邊跨、中跨合龍段吊架平臺總重量按400 kN計。

3.3 MIDAS/Civil 2016計算模擬施工過程

(1) 懸臂澆筑階段共分11個階段進行：0#塊施工、1#塊…10#塊施工。0#塊施工階段按15 d進行建模分析計算，1#塊施工…10#塊每個施工階段按9 d進行建模分析計算，其中1#塊—10#塊施工每個階段又可分為三步進行，即懸臂段掛籃、懸臂段澆筑、懸臂段張拉。

(2) 合龍階段順序為先邊跨后中跨。邊跨分別按合龍段10 d、邊跨張拉1(2 d)、拆固結7 d、邊跨張拉2(1 d)進行模擬計算。中跨分別按合龍段7 d、中跨張拉2 d、拆吊架3 d模擬；

(3) 二期恒載根據施工設計圖紙和規(guī)范，考慮10 a的收縮徐變期限。

3.4 立模標高的確定

線形控制是橋梁施工控制項目的重點，其最終目的是確切地給出各個主梁節(jié)段的立模標高，并對施工過程當中呈現(xiàn)出來的超出規(guī)范要求的偏差進行調節(jié)修正。橋梁的立模標高并不一定是橋梁竣工后的設計值標高，通常會設定一定的預拱度數值，用以消除施工過程中產生的橋梁撓度變形值[8]，計算橋梁各澆筑節(jié)段的立模標高，可用下式求得:

Hlmi=Hsji+∑fdi+1/2fli-fgl

(1)

式中各式表達的含義是：Hlmi為節(jié)點i(待澆筑節(jié)段主梁底板前端點)立模標高數值；Hsji為節(jié)點i預先設計計算的標高值；∑fdi為節(jié)點i在施工中由梁體的自身重量、預應力張拉、收縮和以后各個梁段等在該點產生的撓度累加值，由模型可計算獲得；fli為節(jié)點i由靜活載產生的向下?lián)隙戎?；fgl為掛籃彈性變形值[9]。

具體計算公式為[10]：

fm=fc+fs+fg

(2)

H=fm+H0

(3)

式中：fm為預拱度值；fc為施工階段拋高；fs為使用階段拋高；fg為掛籃變形值；H為立模高程；H0為設計高程。

3.5 計算結果

通過數值計算分析后，某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋的預拱度設計值如表1所示。

表1 各個施工節(jié)段預拱度設計值

注：正值表示向上；負值表示向下。

由表1能夠看出，橋梁整體施工預拱度計算值變化較小，符合設計值的預期變化規(guī)律[11]。

4 監(jiān)控結果及數值對比分析

由于篇幅有限，本文僅提供橋梁監(jiān)控的部分數據并對其結果進行分析[12]，以證明本文施工監(jiān)控技術的可靠性。

4.1 連續(xù)梁橋中跨控制點標高差值數據分析

表2、表3分別為722#墩大里程側、723#墩小里程側的各個節(jié)段塊的梁頂標高控制值，可以看出預拱度隨著階段數的增加而逐漸增大，預測的沉降值與實際沉降值之間的誤差在+15 mm和-5 mm之間，橋梁建成后梁體所具有的線形和設計的橋梁竣工后的線形，其各點的誤差均在規(guī)范允許的限差范圍之內[13]。說明該方法較為合理，預測較為準確。

表2 某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋控制點標高差值

4.2 連續(xù)梁橋各合龍段實測高程數值分析

合龍段是連續(xù)梁橋施工的重點，更是線形監(jiān)控的難點[14]，根據設計文件要求，合龍順序為先同步邊跨，再中跨。表4是連續(xù)梁橋各合龍段實測高程數據。

由表4可以看出小里程邊跨合龍段、中跨合龍段、大里程邊跨合龍段高程較差均小于+15 mm的規(guī)范要求[15]，證明橋梁成功合龍。

表3 某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋控制點標高差值

表4 各合龍段實測高程 單位：m

連續(xù)梁橋設計高程和實測高程對比見圖5。

圖5某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋設計高程和實測高程對比圖

由圖5可以看出，連續(xù)梁橋設計高程與實測高程曲線走向接近相同，設計高程與實測高程之間最大誤差值為+13 mm，最小誤差值為+9 mm。設計高程與實測高程之間的誤差均在+15 mm和-5 mm之間，滿足相關規(guī)范限差要求，使最終成橋后橋梁結構線型和橋梁設計線型符合設計要求。

5 結 語

(1) 本文主要從橋梁施工監(jiān)控內容、方法和監(jiān)控影響因素進行了論述。通過工程實例對橋梁監(jiān)控的計算過程進行了簡單的說明，并與實測數據進行了比較分析。

由論文數據分析可知，連續(xù)梁橋設計高程與實測高程之間最大誤差值為+13 mm，最小誤差值為+9 mm，設計與實測高程間的偏差均在+15 mm和-5 mm之內，連續(xù)梁橋各個合龍段的高程較差均小于+15 mm，均滿足相關規(guī)范的限差要求。

(2) 橋梁建成后的梁體線形與設計的線形走向趨勢基本相同，實現(xiàn)了橋梁較高精度的合龍，驗證了計算結果的可靠性。說明文章所依據的理論模型能很好的反應橋梁結構的實際狀況，采用的施工控制方法也達到了很好的施工控制效果。為以后類似橋梁施工過程的線性監(jiān)控，在監(jiān)控內容和方法上能夠為類似的橋梁施工建設提供借鑒和參考。

(3) 在主梁施工的整個程序中，利用模型分析和施工現(xiàn)場相結合的自適應控制法對梁體施工進行控制，可有效的對橋梁施工中所出現(xiàn)的各種不確定因素進行有效的控制。通過對橋梁全程施工的監(jiān)測，為整個橋梁的施工監(jiān)測提供了一個可靠的系統(tǒng)依據，使得文章的計算結果，理論數據更具有說服力。

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LinearMonitoringAnalysisofPrestressedConcreteContinuousBoxGirderBridgeDuringConstruction

WANG Xiaokui1, WANG Xingguo1, PAN Deng2

(1.SchoolofCivilEngineering,He'nanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,He'nan454003,China;2.ChinaRailwaytenBureauGroupSecondEngineeringCo.,Ltd.,Zhengzhou,He'nan, 450000,China)

Based on the construction monitoring of the prestressed continuous box girder bridge (48+80+48) m which is lately constructed from Zhengzhou to Wanzhou Railway, and the linear monitoring data of bridge structure alignment during the implementation procedure was then analyzed. The accuracy of the calculation results was examined through simulation analysis of the construction process and comparison with the actual working conditions. The final data shows that the error between the height of the bridge design and the measured elevation is between +15 mm and -5 mm, and the difference between the height of the closed sections is less than +15 mm, and the high precision monitoring of the bridge construction is realized. It shows that the theoretical calculation and analysis model based on this paper can reflect the actual situation of structure better and the construction control method can get good effect of construction control.

prestressedcontinuousboxgirderbridge;deflection;linearmonitoring;dataanalysis

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.06.015

2017-06-30

2017-08-08

國家自然科學基金資助項目(51108161)；河南省教育廳科研計劃項目(2008A560004)

王小奎(1988—)，男，河南周口人，碩士研究生，研究方向為工程材料與結構。 E-mail:1553587128@qq.com

U448.21+3

A

1672—1144(2017)06—0076—05