悬浇预应力混凝土连续梁桥施工控制

悬浇预应力混凝土连续梁桥施工控制

Cantilever casting of prestressed concrete continuous beam bridge construction control

程彦

（合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽合肥 230009）

摘要：大跨度预应力混凝土连续桥采用悬臂法施工时，由于种种因素影响，使得桥梁结构各施工阶段的内力与线形偏离设计值，因而很有必要对施工过程进行严格控制[1]。本文以某工程大桥为背景，介绍悬臂浇筑PC连续梁桥的施工控制技术。

关键词：悬臂浇筑；预应力混凝土连续梁桥；施工控制；

1工程背景

某工程主桥跨径组合为(70＋120＋70) m，上部结构为连续梁，采用三向预应力，下部主墩单幅采用2根4×6m的矩形桥墩。

主桥为(70＋120＋70)m三跨变高度预应力混凝土连续箱梁结构，半幅桥宽23.5m，采用单箱三室断面。箱梁顶板宽度为23.5m，底板宽度为18.2m，腹板边厚度，厚度分别为80cm、86cm和50cm，顶板厚度28cm，底板厚度按二次抛物线由32cm变化到100cm，箱梁根部底板边缘梁高7.0m，端部中心梁高3.0m，桥面2%的横坡由箱梁腹板变高度形成。

箱梁悬浇施工，箱梁浇筑分段长度依次为：8.85m(边跨尾段)＋2m(边跨合拢段)＋6×3.5m＋5×3.0m＋7×2.5m(18个悬浇段)＋2.5m(1#段)＋6m(0#段)＋2.5m(1#段)＋7×2.5m ＋5跨合龙段采用吊架施工，边跨合拢段以及边跨尾段采用临时墩＋支架现浇施工。

2施工控制的任务与方法

2.1 控制任务

该桥为高次超静定桥跨结构，其成桥的梁部线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的联系。由于各种因素(如材料的弹性模量、砼的收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度影响等)的随机影响，造成结构的原理论设计值与实际测量值不会完全一致，若对偏差不及时调整，主梁的标高会显著偏离设计值，造成合拢困难或影响成桥的内力和线形，主梁的应力有可能发生聚集而超出设计安全状态发生事故，因此，施工控制的任务是为确保该桥的施工安全、成桥线形与内力状态符合设计要求。把大跨度施工控制的理论方法用于工程实践，对该桥的施工期间的线形和应力等内容进行有效的控制[1-2]。

2.1 控制方法

悬臂浇筑施工桥梁的最终形成需经历一个复杂施工过程以及结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容[3]。针对该桥的实际情况，采用正装分析法进行施工控制结构分析。

施工控制过程中，要进行多项测试并将实测值与理论值进行对比。该桥的施工过程监控理论数值是用MIDAS程序计算，并利用桥梁博士软件对结果进行校核，有较高的可信度。图1为施工过程控制框示意图[4]。

图1施工过程控制示意图

3 施工控制的内容

3.1主梁线形控制

主梁线形控制是施工控制的主要工作内容，其监控质量的好坏不仅影响行车舒适与美观性，而且还影响成桥内力分布[3]，因此，必须在主梁施工时对主梁各控制点标高进行监测。

(1)测点布置：根据连续梁桥悬浇施工的特点，纵桥向每施工节段设一测试截面，每测试截面布置几个测点，每节段浇筑前设置在梁底，在每节段施工完成后转移至梁顶，见图2，测点在梁顶的横向位置可以适当横移，以不挡视线、不影响挂篮移动。

每节段箱梁顶面标高布置3个测点，如图3所示，每一节段施工混凝土浇筑完成后测量本节段的箱梁顶面标高，并建立与上述测点标高的换算关系。

悬臂施工箱梁节段的钢筋测点既为控制箱梁中线平面位置的测点，同时为箱梁的高程和挠度变形控制测点，所有测点应严格按照细则规定的位置进行埋设，误差控制在1cm内。埋设的测点钢筋必须与箱梁顶板钢筋中上、下层钢筋焊接牢固，且施工过程中，做好保护工作，

不得损坏和覆盖，严禁踩踏和碰撞等。

图2 标高测点布置

图3 箱梁顶面标高测点布置

(2)主梁挠度和主梁顶面高程的测量：测点用短钢筋或钢板预埋,并用红色油漆标明编号。标高用水准仪进行测量,根据各节段施工次序,每一节段按三种工况（立模、浇筑和张拉）对主梁挠度进行平行独立测量,相互校核。根据其横坡取其平均值,这样可得到主梁顶面的高程值。为消除日照温差引起的梁体不规则变化，线形测量尽量选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行，并尽可能缩短测量工作持续的时间[5-7]。

(3)立模标高的计算与复测：立模标高=施工阶段预拱度+使用阶段预拱度+挂篮弹性变形+底模标高[1]。施工单位根据监控方提供的立模标高经监理工程师签字后开始调模，立模到位后通知监控方进行复测，精度控制在5mm范围内。

3.2主梁结构应力控制

主梁是主要受力构件，其各部位受力情况关系到结构安全性，为此，必须在关键截面和关键部分设置应力测点，以监测其内力变化情况，并和理论值进行对比，检查其应力是否超限，以进行施工预警，保障施工安全[4-6]。

（1）测点布置：根据该桥施工监控实施细则，13#墩左、右幅2#块混凝土浇筑之前在1、2#块交接处（南北两侧），14#墩右幅4#块混凝土浇筑之前在3、4#块交接处（南北两侧），14#墩左幅3#块混凝土浇筑之前在2、3#块交接处（南北两侧）截面的顶板和底板钢筋骨架上共计预埋了48个智能钢弦式应变计，用以跟踪测试各施工阶段箱梁根部截面的应变（应力），位置如图4所示。

（2）布点方法：在主梁钢筋布置基本就绪、混凝土浇筑之前,在控制断面预埋传感元件,并做好相应的防护工作。对于预应力混凝土梁桥,主要是测试和控制桥梁结构纵向应力。因此,布点时,传感元件沿纵向(桥的里程或桩号方向)布置, 用铁丝捆扎在主梁纵向钢筋的上(下)缘。确保应变计稳定，浇筑时不会引起偏位影响测量数据的准确性。

（3）应变测量与分析：根据挂篮行走前后、混凝土浇筑前后、张拉前后三个工况，六次数据及时测量。应变测量应避开温度影响，尽量在日照之前完成对应变的测量，经实验对

比可知，正常日照下，上午日出之前数据最为精确，而下午17点数据误差最大【7-8】，一天中

最不利温差荷载出现在该时段。测量数据及时分析，取各工况应变平均值与混凝土弹性模量

之积为该工况应力值，并与理论值进行对比，相对误差控制在1Mpa精度范围内【9-10】。

4 施工控制中应注意的问题[1]

该桥已合扰，目前该桥线形良好，应力在可控范围内。结合工程经验，总结出施工控制中的一些经验：

4.1正装计算法中结构几何非线性问题

几何非线性即大位移问题。在大多数大位移问题中，结构内部的应变是微小的。事实上，只有在材料出现塑性变形时或在结构上应用较少的类似于橡胶那样的材料才会遇到大应变

问题。对于大跨径桥梁中使用的钢材，在设计荷载作用下不会出现很大的应变，因此，大跨度桥梁的几何非线性问题属于大位移小应变问题。而材料的应力应变关系是线性的。

当荷载作用在桥梁结构的某结点上，该结点将会发生位移，荷载也随之移动，这种位移

不仅改变了荷载相对于与该结点相连接的杆件的作用方向，而且改变了荷载对结构上其它结

点产生的弯矩。如果位移量大，就会严重地影响荷载对结构产生的效应，所以考虑几何非线

性的影响对于大跨度桥梁结构分析是十分必要的。

4.2正装计算法中混凝土材料非线性问题

在桥梁（特别是大跨度桥梁）中，钢筋混凝土结构无论是钢筋还是混凝土，都存在材料非线性问题，它包括在短时间荷载作用下混凝土的开裂以及混凝土、钢筋、粘结力和集料嵌

锁的非线性应力、应变关系，在精确的理论分析中应当予以考虑。

4.3正装计算法中混凝土收缩、徐变问题

在桥梁施工过程中，由于混凝土龄期短，其徐变、收缩影响较大，必须加以分析和控制。混凝土徐变、收缩受很多因素影响，由于被这些因素影响的徐变、收缩值在实验上的统计结

果最少也有15%-20%的变异，而且试验的构件、试验环境往往与实际结构物相距甚远，故准

确性较低。

5 结论与建议

(l)大跨度预应力混凝土连续桥采用悬臂法施工时，由于混凝土的非匀质性、材料性质、几何参数的变异性以及受到温度、湿度、时间等因素的影响，使得桥梁结构各施工阶段的内力与线形偏离设计值，进行施工控制十分必要;

(2)通过采用MIDAS/CIVIL及桥梁博士进行有限元分析表明，两套软件的计算结果接近，这表明结构分析计算的可靠性和正确性;

(3)对该桥施工阶段的主梁关键位置截面应变及应力进行了实测。从整桥控制截面应力

来看，实测应力与理论计算值总体上趋于一致，应力分布比较合理;

(4)线形与应力分析在于各工况间实测值与理论值对比情况，平时对测点的保护尤为重要。

参考文献:

[1]向中富编著.桥梁施工控制技术.北京：人民交通出版社，2001

[2] 张继尧，王昌将等编著.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社2004.1

[3] 吴国忠，钟正强.大跨度连续梁桥施工控制.中外公路，2003，23（1）：73～75.

[4] 王梦莹.预应力混凝土连续梁施工监控.公路建设与新技术新材料，2011.10:292～297.

[5] 董成.预应力混凝土连续梁悬臂施工阶段应力分析.中国水运.2007,07(06):133～134.

[6] 朱德举，余哲.大跨度预应力混凝土连续梁桥高程控制.东北林业大学学报，2002，11（6）：105~107.

[7] 姚昌荣，李亚东.大跨度桥梁健康监测中的温度影响研究.华东交通大学学报，2008，04（2）：26~28.

[8] 王来林,魏胜勇等.温度变化对箱形梁桥施工控制的影响研究.兰州铁道学院学报.2003，02（1）：33~35.

[9] 刘三奇.大跨径PC梁式桥施工控制技术研究.合肥工业大学硕士学位论文,2010.

[10]贺红军.大跨预应力混凝土箱梁桥悬臂施工控制研究.西南交通大学硕士学位论文,2009.