冬季施工间歇期对大跨径连续刚构桥施工预拱度的影响分析

２０１３年第７期　（总第２３３期）　黑龙江交通科技　

ＨＥＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪＩ　Ｎｏ．７，２０１３　

（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２３３）　

冬季施工间歇期对大跨径连续刚构桥施工预拱度的影响分析　乔超　（长安大学）　

摘要：连续刚构桥悬臂浇筑施工是该桥型常用的施工方法，实施施工监控对确保该桥型成桥线型和施工阶　段的受力状态在设计要求范围内具有重要的作用。由于其施工周期长，往往具有跨越冬季施工的可能性，考　虑冬季间歇对施工监控预拱度的影响是施工人员和监控人员必须重视的问题。一个典型的连续刚构桥施工　阶段分析为基础。　关键词：冬季间歇；连续刚构；施工控制；预拱度　中图分类号：Ｕ４４２　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１３）０７—００９８—０２　

１引言　近年来随着我国高速公路的发展，尤其是山区高速公路　的大规模建设开发，连续刚构桥这种桥型得到了广泛的发　展。该桥型能很好地克服地形、地貌的影响，且结构受力合　理，外型美观。一般情况下，该种桥型的施工以悬臂拼装或　悬臂浇筑为主。在连续刚构桥的施工过程中必须对各节段　的施工高程及结构的应力应变进行施工监控，以保证桥梁结　构的成桥线性及结构的受力状态在设计要求范围之内。大　跨径连续刚构桥由于其跨度大，施工周期往往较长。在我国　北方寒冷地区，一般情况下不允许冬季施工。所以，必须考　虑冬季间歇期对连续刚构桥施工监控线性的影响，以提供合　理的节段预抛高。　２工程概况　某连续刚构桥是最大桥高１２３　ｎｌ，主桥最大墩高１　１４　ｍ。　该特大桥梁主桥上部结构为（７５＋２×１４０＋７５）ｍ预应力混　凝土连续刚构，下部结构为空心墩及柱式墩，桩基础。主要　技术指标：公路等级为双向六车道高速公路；车辆荷载等级　为公路一Ｉ级。主桥Ｏ　块采用托架浇筑，１—１８　梁段采用挂　篮悬臂对称浇筑，主梁采用纵、横、竖向三向预应力体系。该　桥的冬歇期预计为施工当年的ｌ１月中旬至来年３月中旬，　共计１２０　ｄ，冬歇时预计施工至８　梁段。　３施工控制算法　为了了解冬季施工间歇对施工监控工作预抛高值的影　响，首先必须了解连续刚构施工控制的分析方法，即监控的　算法。施工监控的算法主要有正装计算法、倒桩计算法。　正装计算法，它按照桥梁结构实际的施工顺序和加剃顷Ｊ芋　对桥梁结构进行施工阶段分析，分别对各个施工阶段产生的内　力和变形进行计算。再根据施工预拱度的计算原则，选取合适　的参数，通过拟定的方程求解施工预拱度。原则上讲，只要参数　得当，按照计算出来的施工预拱度给予每个梁段相应的预抛高，　在主桥合拢后，结构的实际内力状态和线型会与设计吻合的比　较好。正装计算法是运用最广的一种算法。　倒装计算法的计算思路与正装计算法刚好相反，从成桥　状态出发，逆着桥梁的施工顺序逐步倒退计算，获得桥梁施　工阶段的相关控制参数。在参数计算合理的情况下，倒装与　正装是一个互逆的自吻合过程。１９５８年Ｔｈｅｏｄｏｎ　Ｎｅｎｓｓ斜拉　桥的施工设计中首次提出倒装计算法，该法在斜拉桥的施工　控制中应用较广。　无应力状态法是运用构件成单元的无应力长度和曲率　保持不变的原理来进行结构状态分析的。它常用于斜拉桥　和悬索桥的施工控制。　４梁段施工高程的确定　４．１绝对高程法　顾名思义，绝对高程是以设计水准点为基础，准确计算　相关变形量而得出的梁段实际高程。　用此法计算立模高程的公式为　Ｈ２．ｔｌ＝月ｒ竣工＋　／２活载＋，　期徐空＋，　篮　（１）　

式中：砰模指　梁段的立模高程；　工指　梁段的竣工高　程，即设计高程　活载√　期徐变、分别为相应荷载在　节段引　起的挠度　噩为，梁段自重引起的挂篮弹性变形。　绝对高程法的立模高程示图示见图１。　

立模标高　

图１立模高程绝对高程图示　式（１）未考虑温度变化对梁体挠度的影响，因此适用于　温度对变形影响不大的结构或刚构悬臂不大时的情况。式　（Ｉ）的优点是不会产生累计挠度误差的影响，可以及时与梁　段的设计高程作对比。但由于实际施工中不可避免会有温　度的影响，因此，在确定立模高程时，不适合给出某一绝对温　度下的绝对高程。实践表明，在悬臂较短时（小于ｌＯ个梁　段），温度对挠度影响不显著，用绝对高程形式可以满足立　模精度的要求。　４．２相对高程法　该方法以相对高差的形式进行立模放样。操作简便，可　以较好地排除温度的限制。　当挂篮已经移出的情况下，可以及时获取　，可采用　式（２）进行计算△　ｉ立曩。　△＾ｉ立模＝月　模一　（２）　当前一梁段已经张拉完毕但挂篮尚未移出，此时我们只　能测得　：：张拉，因此可采用式（３）和式（４）进行计算△７ｌｉ立楱。　

△　产模：日　模一（△　张拉一．　）　（３）　立模＝硭　一　（４）　式中：ａｈｌ立校为　梁段与第ｉ一１　梁段的相对高差；磷　为ｉ　梁段立模高程；　为ｆ—ｌ　粱段在第，梁段立模时的高程；　为ｆ一１　梁段在其预应力张拉后的实际高程・　ｉ立－梗Ｉ　Ｊ　￣／ｆ一１　梁　段在ｆ　梁段立模时的累积挠度；　为ｆ一１　梁段在起预应　力张拉后的累积挠度；　为ｉ—ｌ　梁段在其预应力张拉后　至　梁段立模时产生的时变挠度。　立模高程相对高差形式的示意图如图２所示。　

收稿日期：２０１２一ｌ２一Ｏ５　作者简介：乔超（１９８６一），男，研究方向：桥梁结构计算分析，检测及施工控制。　

・９８・　第７期　乔超：冬季施工间歇期对大跨径连续刚构桥施工预拱度的影响分析　总第２３３期　＾＿正常温度下粱体位置　Ｂ＿高温下粱体位置　图２立模高程相对高差形式　５考虑冬季间歇的算法修正　５．１收缩与徐变　混凝土的收缩徐变与结构的形成历程有着密切的关系，　徐变应变不仅与混凝土的龄期有关，而且与作用在混凝土构　件上的应力应变有关。在进行前进分析时，先不计混凝土收　缩徐变的影响，计算出结构的内力和变形值，然后再计算出　结构计入混凝土收缩徐变后的内力和变形值，两者相减则可　以得到每一阶段混凝土收缩徐变产生的内力和位移值，将其　保存起来。接着进行倒退分析，按阶段扣除前进分析时相应　阶段混凝土时效的影响。　在冬季间歇期前，由于悬臂长度较小可采取正装计算中　的收缩徐变系数进行调整，而在间歇后，随着悬臂段逐渐增　长，将采取正装与倒拆相结合的办法进行大桥收缩徐变系数　的调整。　在连续刚构桥的计算中，徐变系数的计算理论采用我国　《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧ　Ｄ６２　

—２００４）的规定，即式（５）　（ｔ，ｒ）＝　（ｒ）＋０．４　（ｔ一．ｒ）　，［　（ｔ）一　（ｒ）］（５）　５．２冬季低温　连续剐构桥在悬臂施工阶段为静定结构，合拢以后成为　超静定结构。钢材和混凝土的温度线膨胀系数是不同的，一　旦温度发生变化，便会引起超静定结构的内力重分布，对桥　梁结构的受力和变形影响较大。另外，闭合箱型断面也是一　种超静定结构（内部超静定），温度变化同样会引起较大的　温度应力。　冬季意味着低温，温度对结构变形的影响程度因结构刚度　而异。当连续刚构桥的施工悬臂较短时（３０　ｍ以内），由于其刚　度较大，温度对挠度的影响很小，可以忽略。当悬臂较长时　（７０ｍ以上），温度变化对挠度的影响非常显著，有时甚至上升为　影响高程监控的主要因素之一，必须仔细加以考虑。　为避免温度变化对高程线形的影响，在本桥施工阶段确　立立模高程时，应尽量选择外界温度较稳定、影响较小的时　刻进行。本桥规定在测量挠度时取每天清晨的测量值，即尽　量避开温度的影响，并以相对高差的形式进行放样。　５．３余弦曲线法计算施工预拱度　连续刚构桥各阶段预拱度的计算目前广发采用余弦曲　

线法。　各曲线函数表达如下　曲线Ａ（０≤　≤　）：　Ｙ＝　×［１一ｃｏｓ（２ｚｒｘ／Ｌ，）］　（６）　曲线Ｂ（　≤　≤厶）：　Ｙ＝　／８×｛１一ｃｏｓ［仃（Ｌ６一　）／（Ｌｂ—　）］｝　（７）　曲线ｃ（０≤　≤Ｌｃ）：　Ｙ＝ｆｃ／８×［１一ＣＯＢ（＂ＩＴ／Ｌｃ）］　（８）　式（６）一（７）中：　为中跨长度；厶为边跨长度；　为边　跨的最大挠度点的位置。　

曲线＾　

图３成桥预拱度图示　

６冬季间歇期对预拱度的影响实例　由于冬歇１２０　ｄ，已浇筑块段会充分完成收缩与徐变，从　而会对结构下挠产生影响，进而影响预拱度的取值。按照冬　季停工安排，重新调整模型里节段的施工时间，从而将新模　型的下挠值与之前模型进行对比，不考虑冬歇期与考虑冬歇　期１２０　ｄ的预拱度对比图见图４（不包括挂篮变形）。其中，　长期收缩徐变预拱度以及移动荷载预拱度是按照连续刚构　桥成桥预拱度的余弦曲线法计算得出的，施工预拱度根据　ＭＩＡＤＳ／Ｃｉｖｉｌ　２０１０大型有限元软件建立模型分析计算得出。　通过图３可以看出，在不考虑挂篮变形的情况下，冬季　间歇引起的预拱度要大于不考虑冬季间歇的，在全桥主梁　１３１个节点当中，预拱度变化最大的是５　墩６　块段（即６６　节　点），考虑冬歇期１２０　ｄ的预拱度比未考虑冬歇期时的预拱　度大了１．１６　ｍｍ。可见，在悬臂长度较短（２５　ｍ）的情况下冬　季施工间歇对桥梁预拱度的影响较小。　

“●　，．．　傩　”　擗　

４　“　

＊　●　

图４预拱度对比图　７结论与建议　通过理论分析，在未考虑低温荷载的情况下，得出：在收　缩徐变的影响下，主梁各节段的预拱度变化不大；又由于在　冬季低温状态下，混凝土的收缩徐变会趋于缓慢，所以，在最　大悬臂长度至８　节段的情况下，冬季施工间歇１２０　ｄ对桥梁　预拱度的影响较小。　在全桥主梁１３１个节点当中，边跨预拱度值变化最大的　是５　节点（４　墩小里程侧ｌ８　块），增大值为Ｏ．７４　ｌｎｌｎ；中跨　预拱度值变化最大的是３６　节点（４　墩大里程９　块），增大值　为１．１５　ｍｍ；预拱度变化最大的是６６　节点（５　墩０　块），增　大值为１．１６　ｍｍ。　‘　虽然从理论分析得出冬季间歇对主梁预拱度的影响不　大，但是在日后的施工监控中还是必须对间歇期间桥梁的实　测高程与理论计算高程认真进行复测，做到施工监控的精细　化。　另外，我国北部地区冬季气温较低，混凝土结构易出现　冻融损伤，给结构的耐久性带来不利的影响，又由于冬季雨　雪天气会造成钢筋的腐蚀，所以，建议采取措施。　①在冬季间歇期间，如遇过冷天气，则需给已浇筑的混　凝土节段覆盖土工布等材料保温养护；　②对于最后施工节段裸露的外部搭接主筋需采取隔潮、　防雨、防雪措施；　③应加强冬季间歇期间的桥梁结构安全巡查，避免意外　事故的发生。　

参考文献：　［１］　刘姗．连续刚构桥结构分析与施工控制发展现状【Ｊ］．西藏科　技，２０１１，（１）：４７—４８．　［２］张永水，曹淑上．连续刚构桥线型控制方法研究［Ｊ］．中外公　路，２００６，２６（６）：８３—８６．　［３］　曹淑上，张明强等．连续刚构桥变形分析及其线形控制方法研　究［Ｊ］．山东交通学院学报，２００６，１４（４）：６２—６４．　［４］　高大峰，何新成等．冬季混凝土桥梁施工监控中温度参数的识　别［Ｊ］．西藏科技，２０１２，２１（３）：２１３—２１５．　［５］　向中富．桥梁施工控制技术［Ｍ］．北京：人民交通出社，２００１．　［６］葛耀君．分段施工桥梁分析与控制［Ｍ］．北京：人民交通出　社。２００３．　［７］　李章岭，葛建亭等．大跨径连续箱梁悬挂施工预拱度设置控制　要点［Ｊ］．山东交通科技，２０１２，（４）：５９—６０．