預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工線型監(jiān)控分析研究

朱 果，周世軍，李興坤

(1.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045;2.北京鐵路局，北京 100860)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工線型監(jiān)控分析研究

朱 果1，周世軍1，李興坤2

(1.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045;2.北京鐵路局，北京 100860)

大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁懸臂施工法線型控制的主要目的是使施工實(shí)際狀態(tài)最大限度的與理想設(shè)計狀態(tài)(線形)相吻合。以寧啟線南京至南通段復(fù)線電氣化改造工程鐵路主跨64 m連續(xù)梁特大橋?yàn)楸尘埃治霾㈥U述了連續(xù)梁懸臂施工法線型監(jiān)控的方法及重要性。

連續(xù)梁; 懸臂施工; 線型監(jiān)控

不論采用何種施工方法，橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中總要產(chǎn)生變形(撓曲)，并且結(jié)構(gòu)的變形將受到多種因素的影響，極易使橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實(shí)際位置(立面標(biāo)高、平面位置)狀態(tài)偏離預(yù)期狀態(tài)，使橋梁難以順利合龍，或者是成橋線形形狀與設(shè)計要求不符。所以必須對橋梁實(shí)施線形控制，使橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實(shí)際位置與預(yù)期狀態(tài)之間的誤差在允許范圍之內(nèi)，成橋線形符合設(shè)計要求。

1 工程背景

寧啟線南京至南通段復(fù)線電氣化改造工程鐵路(40+64 +40)m連續(xù)梁特大橋位于江蘇省南通市海安縣境內(nèi)。設(shè)計速度目標(biāo)值采用客車200 km/h，貨車180 km/h，線間距4.4 m。軌道類型為有砟軌道。該橋主橋結(jié)構(gòu)及箱梁截面簡圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)簡圖

2 測點(diǎn)布置及測試方法

2.1 測點(diǎn)布置

梁上觀測點(diǎn)為與設(shè)計圖對應(yīng)的每個梁段前端的測點(diǎn)，在斷面上分別為每一截面的軸線點(diǎn)與箱梁兩翼緣端點(diǎn)位置附近的點(diǎn)，如圖1所示。施工過程中當(dāng)前施工梁段及退后所有梁段梁上豎向位移觀測點(diǎn)都要進(jìn)行觀測。另外，在實(shí)際實(shí)施過程中，為了確保連續(xù)梁的線形，需在每個梁段的施工前、后，對梁的底模標(biāo)高(橫向設(shè)了5個點(diǎn))進(jìn)行了控制測量，施工單位根據(jù)監(jiān)控單位提供的立模預(yù)拱度由施工梁段前端斷面的尺寸推算到了梁的模板上，作為真正的立模標(biāo)高，但在該梁段施工完成后又要將測點(diǎn)轉(zhuǎn)移到梁的頂面上。測點(diǎn)布置見圖2。

2.2 測試方法

2.2.1 測試周期

在施工期間，每進(jìn)行一個施工循環(huán)，就進(jìn)行一個循環(huán)的監(jiān)測。每個循環(huán)測內(nèi)容有:

(1)立模時和混凝土澆筑前測底模立模標(biāo)高;

圖2 位移測點(diǎn)布置

(2)梁段混凝土澆筑后同時測現(xiàn)澆梁段底模和梁頂預(yù)埋鋼筋頭標(biāo)高，并將該梁段的高程測點(diǎn)從梁底移至梁頂(梁頂標(biāo)高還要減去露出的鋼筋頭高度);

(3)梁段混凝土澆筑后測所有已澆梁頂、梁頂測點(diǎn)預(yù)埋鋼筋頭標(biāo)高，據(jù)此確定梁頂標(biāo)高和梁的位移變化情況;

(4)在預(yù)應(yīng)力束張拉前、后進(jìn)行測試，以判定本循環(huán)結(jié)構(gòu)上施加的荷載對結(jié)構(gòu)受力與變形的影響及預(yù)應(yīng)力的作用效果。

2.2.2 具體測試時間

為了消除或減弱環(huán)境溫度及氣流對測試結(jié)果的影響，每次測試時間定在大致相同的時間范圍，一般宜在早晨6:30前結(jié)束當(dāng)次測試工作(高程與變形的測試宜在凌晨5:00～6:30進(jìn)行)。

2.2.3 注意事項(xiàng)

(1)中跨與邊跨合龍前各進(jìn)行主梁前端24 h變形觀測。(2)主橋合攏后、橋面鋪裝后全面進(jìn)行主橋線形觀測。

3 仿真分析計算

在主梁施工開始前準(zhǔn)確模擬整個施工過程對施工過程的控制具有重要意義。本工程采用重慶大學(xué)周世軍教授研發(fā)的大跨度橋梁施工動態(tài)過程監(jiān)控仿真分析專用軟件CSB對連續(xù)梁的整個施工過程進(jìn)行了分析，并對主梁施工的每一階段進(jìn)行跟蹤模擬計算。參考“寧啟復(fù)線電氣化改造鐵路64 m連續(xù)梁施工工藝流程”，將64 m連續(xù)梁施工控制模擬劃分為45個計算階段。由于施工過程仿真模擬計算結(jié)果的數(shù)據(jù)量十分龐大，這里只給出三個典型階段(見表1)的計算成果，如圖3～圖8。

表1 部分動態(tài)仿真模擬結(jié)果的施工階段

圖3 仿真分析第35階段邊跨預(yù)應(yīng)力張拉后彎矩

圖4 仿真分析第35階段邊跨預(yù)應(yīng)力張拉后位移

圖5 仿真分析第43階段全部預(yù)應(yīng)力張拉后彎矩

圖6 仿真分析第43階段全部預(yù)應(yīng)力張拉后位移

圖7 仿真分析第45階段收縮徐變完成后彎矩

圖8 仿真分析第45階段收縮徐變完成后位移

4 線型監(jiān)控結(jié)果分析

根據(jù)本文方法動態(tài)仿真模擬計算程序CSB分析的結(jié)果，可以得到寧啟復(fù)線電氣化改造鐵路(40+64+40)m連續(xù)梁施工監(jiān)控預(yù)拱度和中線預(yù)偏理論預(yù)測值。這些施工監(jiān)控預(yù)拱度和中線預(yù)偏理論預(yù)測值根據(jù)施工過程的實(shí)際情況和實(shí)測結(jié)果的誤差分析又進(jìn)行了重新估計和調(diào)整。表2～表4給出了用CSB分析得到的幾個典型梁段的立模標(biāo)高。

為了反映連續(xù)梁在整個懸臂施工過程中其標(biāo)高的變化情況和施工監(jiān)控的效果，圖9～圖13給出了部分施工階段主梁標(biāo)高的實(shí)測值與理論值的差異曲線(標(biāo)高差異=實(shí)測值－理論值，以實(shí)測值大為正)。圖14為3年后(收縮、徐變?nèi)客瓿?連續(xù)梁理論拱度設(shè)置曲線。連續(xù)梁中線橫向線形的實(shí)際控制效果，如圖15所示。

表2 3#段立模標(biāo)高預(yù)拱度

表3 5#段立模標(biāo)高預(yù)拱度

表4 7#段立模標(biāo)高預(yù)拱度

續(xù)表4

圖9 3#段張拉后連續(xù)梁標(biāo)高差值曲線

圖10 5#段張拉后連續(xù)梁高差值曲線

圖11 7#段張拉后連續(xù)梁標(biāo)高差值曲線

圖12 邊跨合龍后連續(xù)梁標(biāo)高差異曲線

圖13 中跨合龍后連續(xù)梁標(biāo)高差異曲線

圖14 3年后連續(xù)梁監(jiān)控理論拱度

圖15 合龍后中線偏移實(shí)測結(jié)果

表5 寧啟復(fù)線電氣化改造鐵路(40+64+40)m連續(xù)梁合龍精度表(mm)

5 分析及結(jié)論

從圖9～圖14可以看出，連續(xù)梁的線形始終處于精密而可靠的控制之中。由于梁上臨時施工荷載的存在及其大小和作用位置的隨機(jī)性、溫度變化等其它影響因素的存在及其隨機(jī)特點(diǎn)，主梁標(biāo)高在施工過程中的變化時有與理論值出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，但總的來說這種偏差是小的，標(biāo)高誤差基本控制在－6～6 mm范圍，最大差異的絕對值也僅有8 mm，是比較小的。中線偏位左右幅均在1～3 mm范圍，且正負(fù)誤差交錯，表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性，表明沒有系統(tǒng)誤差。說明施工控制的思路和參數(shù)量值是可靠的，誤差來源主要是施工誤差和測量等因素引起的隨機(jī)誤差，不影響整個主梁的線形。并且主梁各測點(diǎn)的變位在施工過程中變化的總趨勢始終與理論值相一致，表明在整個施工過程中對線形的控制是十分可靠和有效的。這為主梁最后的高精度合龍打下了非常好的基礎(chǔ)。主橋合龍精度如表5。主橋合龍、預(yù)應(yīng)力張拉后，主梁的標(biāo)高實(shí)測曲線與理論值的差異沒有大的變化，其變化規(guī)律基本與理論預(yù)測相一致。

［1］ 向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京:人民交通大學(xué)出版社，2001

［2］ 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

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

［4］ 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2001

［5］ 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2004

［6］ 徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2002

［7］ 張海龍.橋梁的結(jié)構(gòu)分析、程序設(shè)計、施工監(jiān)控［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003

U445.466

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［定稿日期］2011－12－08

朱果(1987～)，男，碩士研究生;周世軍，教授，博導(dǎo);李興坤，助理工程師。