單索面超寬箱梁混凝土斜拉橋主梁施工階段的撓度驗(yàn)算及控制

潘宣亦

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

1 概述

肇慶市閱江大橋工程起點(diǎn)位于肇慶市北岸端州區(qū)古塔路與星湖大道交叉路口，沿古塔路跨越西江，在南岸高要烏榕村與世紀(jì)大道（S272）銜接，主線全長(zhǎng)3.837 km。其中主橋?yàn)?60 m+320 m+160 m單索面超寬箱梁斜拉橋，分24節(jié)段進(jìn)行掛籃懸臂澆筑施工，全部采用C60混凝土。

斜拉橋超靜定次數(shù)高，施工階段受力復(fù)雜，在施工中很小的誤差也會(huì)對(duì)斜拉橋的整個(gè)結(jié)構(gòu)、線形造成巨大影響。因此主梁應(yīng)如何確定預(yù)拱度，并在施工中如何嚴(yán)格監(jiān)測(cè)監(jiān)控主梁線形及主塔變形，是該工程施工階段的重中之重。因此需要利用MIDAS/Civil軟件建模，對(duì)肇慶閱江大橋主橋懸臂澆筑進(jìn)行模擬，對(duì)監(jiān)控給出的施工節(jié)段主梁撓度進(jìn)行驗(yàn)算，并確立主梁施工階段撓度測(cè)量、控制方法，應(yīng)用于實(shí)踐，確保主橋建設(shè)順利進(jìn)行。

2 主梁撓度驗(yàn)算

2.1 工況劃分

為了對(duì)監(jiān)控給出的主梁撓度進(jìn)行驗(yàn)算，利用MIDAS/Civil軟件對(duì)主橋進(jìn)行建模分析。單個(gè)梁體節(jié)段的施工步驟如圖1所示，在建模過(guò)程中按照這個(gè)步驟定義施工階段如下：

圖1 主橋節(jié)段施工順序

（1）激活主塔、主梁0#塊，激活0#塊預(yù)應(yīng)力荷載。

（2）激活1#塊掛籃荷載和索力初張分力荷載。

（3）激活1#塊單元，設(shè)置齡期為5 d，同時(shí)激活斜拉索單元、索力二張分力荷載，3 d時(shí)激活1#塊預(yù)應(yīng)力荷載，4 d時(shí)激活索力初拉力荷載，鈍化索力初張、二張分力荷載。

（4）鈍化1#塊掛籃荷載，激活2#塊掛籃荷載，重復(fù)（2）、（3）步驟施工至 24#節(jié)段完成。

（5）鈍化24#掛籃荷載，激活邊跨合龍段25#塊改裝掛籃荷載，激活平衡用水箱荷載，3 d激活邊跨合龍段單元，激活邊跨邊界條件，鈍化水箱荷載、掛籃荷載，10 d激活邊跨合龍預(yù)應(yīng)力。

（6）激活中跨合龍掛籃荷載，激活中跨平衡用壓重水箱荷載，3 d激活中跨合龍單元，激活邊界條件，鈍化掛籃、水箱荷載，10 d激活中跨合龍預(yù)應(yīng)力。

2.2 建立主橋基本結(jié)構(gòu)

首先建立主橋斜拉橋的基本結(jié)構(gòu)。因主梁斷面為單箱五室結(jié)構(gòu)，整體形狀較復(fù)雜，因此利用spc設(shè)計(jì)截面建立主梁截面，如圖2所示。建立斜拉索單元時(shí)利用桁架單元，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)設(shè)置初拉力。最終建立出主橋梁體、主塔結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。

圖2 主梁箱室截面

圖3 主橋上部結(jié)構(gòu)模型

2.3 模擬施工階段掛籃荷載及混凝土澆筑

為模擬掛籃對(duì)梁體受力的影響，將掛籃對(duì)梁體的作用力分解為作用在已澆梁段節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)力和力矩，如圖4所示。考慮混凝土現(xiàn)澆施工時(shí)，因在澆筑50%混凝土?xí)r要對(duì)斜拉索進(jìn)行二次張拉，故要設(shè)置混凝土濕重和斜拉索拉力，利用與掛籃作用力相同的方法，將其分解為節(jié)點(diǎn)力和力矩。再定義施工階段，按時(shí)間順序激活掛籃荷載、混凝土荷載和臨時(shí)索力荷載。

圖4 將掛籃作用力分解為節(jié)點(diǎn)力與力矩

但經(jīng)過(guò)多次模型驗(yàn)算與調(diào)整，發(fā)現(xiàn)考慮施工過(guò)程混凝土濕重時(shí)全橋的下?lián)媳壤碚撝敌?。就這個(gè)問(wèn)題對(duì)模型進(jìn)行分析模擬，得到結(jié)論：由于澆筑出新的節(jié)段時(shí)，現(xiàn)澆梁段單元尚未激活，濕重荷載作用在已澆梁段上，這時(shí)梁體會(huì)有一個(gè)向下的位移。但由于新的節(jié)點(diǎn)尚未激活，此位移值沒(méi)有被計(jì)入累計(jì)位移中，致使最后預(yù)拱度值偏小。省略了澆筑節(jié)段濕重荷載后，模型梁端的撓度位移值趨于正常。因此一共建立了兩個(gè)模型，模型1為省略了澆筑節(jié)段濕重荷載版本，用于驗(yàn)算主梁整體撓度位移；模型2添加了施工階段澆筑節(jié)段，利用混凝土澆筑50%、100%時(shí)的濕重荷載，驗(yàn)算澆筑過(guò)程對(duì)已澆梁段撓度的影響。

2.4 模擬施工節(jié)段預(yù)應(yīng)力及索力施加

定義施工階段澆筑完成混凝土后，鈍化節(jié)段濕重，激活梁體單元，設(shè)置子步驟7 d齡期張拉梁體預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力張拉完成后鈍化臨時(shí)索力，激活斜拉索初張力，完成該施工階段。

2.5 結(jié)果比對(duì)

通過(guò)模型運(yùn)行，得出施工階段主梁撓度數(shù)據(jù)，與監(jiān)控給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)中跨整體撓度偏小約5%，其他數(shù)值基本吻合，誤差在施工程序的可控范圍內(nèi)。因此認(rèn)為數(shù)據(jù)驗(yàn)算通過(guò)。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的主梁監(jiān)控監(jiān)測(cè)

取得數(shù)據(jù)結(jié)果固然重要，把數(shù)據(jù)結(jié)果運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工更是重中之重。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，主要對(duì)主梁的施工線形、主塔變形及斜拉索拉力進(jìn)行全程監(jiān)控。

3.1 主梁施工線形監(jiān)控

計(jì)算得出的一切數(shù)據(jù)最終都是為了控制主梁施工線形服務(wù)的。在主梁線形監(jiān)控中對(duì)以下幾個(gè)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高放樣，以便控制主梁標(biāo)高并監(jiān)控?fù)隙茸兓ㄒ?jiàn)圖5）。

圖5 主梁節(jié)段標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)布置

（1）掛籃前移就位后，測(cè)量掛籃底模標(biāo)高，控制底模標(biāo)高誤差在0.5 cm范圍內(nèi)。

（2）鋼筋綁扎完成后，測(cè)量底模標(biāo)高記錄沉降值，并在頂模設(shè)置永久沉降觀測(cè)點(diǎn)記錄標(biāo)高，斜拉索一張20%后觀測(cè)沉降點(diǎn)變化。

（3）混凝土澆筑完成后，對(duì)該節(jié)段及前五個(gè)節(jié)段的沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，計(jì)算沉降值，與理論數(shù)據(jù)參照對(duì)比。

（4）主梁預(yù)應(yīng)力張拉完畢及斜拉索三張100%兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)該節(jié)段及前五個(gè)節(jié)段的沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

3.2 主塔變形監(jiān)控

在對(duì)主梁線形觀測(cè)的同時(shí)，也時(shí)刻關(guān)注主塔的變形情況，防止施工階段的各種不良因素對(duì)主塔的受力產(chǎn)生影響。在塔頂安裝觀測(cè)棱鏡，并在主塔GT4節(jié)段橫橋向兩側(cè)安裝觀測(cè)貼片，在每個(gè)節(jié)段施工過(guò)程中，觀測(cè)塔頂?shù)淖鴺?biāo)變化及是否有縱橋向偏移。

3.3 斜拉索拉力監(jiān)控

斜拉索拉力大小直接影響梁段標(biāo)高，在施工階段張拉索力要嚴(yán)格按照監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)控制，并對(duì)已澆梁段的索力進(jìn)行測(cè)量，對(duì)照監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)參考，觀測(cè)索力變化量是否正常。

在實(shí)際操作中，在斜拉索初張力為20%，容許誤差為-40～80 kN；二張力為60%，容許誤差為-40～80 kN；三張力為100%，容許誤差為-20～40 kN。每根斜拉索多次測(cè)量取平均值，保證索力準(zhǔn)確。張拉時(shí)要進(jìn)行索力測(cè)力器與千斤頂油壓表雙控，兩個(gè)數(shù)據(jù)相互對(duì)照，避免操作失誤或儀器故障造成的索力不準(zhǔn)確。

在斜拉索索力張拉完畢后，對(duì)前四個(gè)節(jié)段的斜拉索索力依次測(cè)量，記錄數(shù)值留檔，以便與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)索力的異常變化。

4 監(jiān)控監(jiān)測(cè)成果

4.1 橋面標(biāo)高

該次對(duì)全橋橋面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量。測(cè)點(diǎn)位置依據(jù)里程樁號(hào)布設(shè)，每個(gè)截面布設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)共57個(gè)截面、171個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。

高測(cè)量值與監(jiān)控目標(biāo)值（設(shè)計(jì)值+成橋預(yù)拱度）最大偏差為21 mm，出現(xiàn)在38號(hào)墩中跨20號(hào)節(jié)段，其他位置實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)值差值均在20 mm以內(nèi)，且全橋橋面標(biāo)高近似呈二次拋物線形式變化，與橋梁設(shè)計(jì)線形一致，滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期監(jiān)控監(jiān)測(cè)目標(biāo)。

圖6 標(biāo)高監(jiān)控測(cè)點(diǎn)示意圖（單位：cm）

4.2 全橋索力

主橋成橋后全橋索力值偏差控制值最大為4.0%，出現(xiàn)在39號(hào)塔M9下游。索力偏差值均小于5%，滿足設(shè)計(jì)索力值要求，達(dá)到預(yù)期調(diào)索目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

主梁施工監(jiān)控監(jiān)測(cè)是貫穿整個(gè)主橋施工過(guò)程的一條主線，在每個(gè)節(jié)段的施工過(guò)程中都必須嚴(yán)格、仔細(xì)地進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算，才能確保主梁線形完好、斜拉索索力準(zhǔn)確，確保斜拉橋施工質(zhì)量與使用壽命。