大跨预应力箱梁桥悬臂施工的...成桥方法与梁段变形规律研究_杨蕾.pdf

道路桥梁建 筑 技 术 开 发 119Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月大跨预应力箱梁桥悬臂施工的合理 成桥方法与梁段变形规律研究杨 蕾（河北唐津高速公路有限公司，河北唐山 063002）摘要 提出大跨度桥梁的合理成桥监控方案，有效确保各悬浇阶段内结构的成桥线形，对于保障桥梁的安全稳定性具有重要价值。基于桥梁悬臂施工中的各项流程，提出了包括施工图复核、工艺实验、墩应力测试、线形监测在内的12种合理成桥的主要监测内容。以主梁立模的标高部分为例，将梁端实际标高与理论值进行对比分析，并进一步利用数值模拟分析了在浇筑完成与张拉完成后，梁段结构的变形分布规律。结果表明，成桥后，梁体底部的线形符合设计要求，桥面实测标高与设计值的误差相对较小。在预应力张拉完成后，即使纵向预应对变截面箱梁的竖向位移控制不够，但是在预应力的约束作用下，各个梁段被连接成结构整体。为行业中同类桥梁的合理成桥监控与分析方法提供了良好借鉴。关键词 合理成桥；线型控制；监测内容；标高；数值模拟 中图分类号TU 74 文献标志码A 文章编号1001-523X（2023）02-0119-04STUDY ON REASONABLE BRIDGE FORMATION METHOD AND DEFORMATION LAW OF LONG SPAN PRESTRESSED BOX GIRDER BRIDGE IN CANTILEVER CONSTRUCTIONYang Lei AbstractIt is of great value for the safety and stability of long-span Bridges to put forward a reasonable bridge forming monitoring scheme to effectively ensure the alignment of structures in each suspension casting stage.Based on the process of bridge cantilever construction,12 kinds of main monitoring contents of reasonable bridge construction are put forward,including construction drawing review,process experiment,pier stress test and alignment monitoring.Taking the elevation of the main beam as an example,the actual elevation of the beam end is compared with the theoretical value.Furthermore,the deformation distribution of beam segment structure after casting and tension is analyzed by numerical simulation.After the completion of prestressing,even if the vertical displacement control of the variable section box girder is not enough,under the constraint of prestressing,each beam segment is connected into the whole structure.The final results show that after the construction of the bridge,the alignment of the bottom of the beam meets the design requirements,and the error between the measured elevation of the bridge deck and the design value is relatively small.It provides a good reference for the monitoring and analysis method of similar bridges in the industry.Keywordsrational bridge formation;linear control;monitoring content;elevation;numerical simulation大跨度桥梁因其具有优良的刚度、较少的接缝、较高的承载力等优点，在我国桥梁交通建设中得到了大面积的推广与使用。目前，我国很多大跨度连续梁桥的建造通常主要采用悬臂施工的工艺流程，该施工方案的重要因素为各悬浇阶段内结构的成桥线 形1-2。利用专业的监控措施、采取合理可行的监测方案、实施有效的线形控制，对于保证成桥后的线形符合设计目标具有主要意义3-4。谢明志等5采用有限元模拟的方法，研究了悬臂施工中桥梁的变形规律，利用线型参数敏感些研究，得到了施工体系的转换顺序，并进一步提出了优化的施工流程以控制线形恶化的风险。孔辉6基于某刚 构连续桥梁在浇筑中的线型控制问题，整体归纳了线型控制的重点环节，论证了影响实现合理成桥的主要因素。刘海波等人7认为在实际施工中，若全部按照规范指导施工，将导致实际结果与设计要求存在较大偏差，因此，通过开展一系列的混凝土容重、弹性模量、预应力敏感性分析，将修正后的各项参数用于各项理论计算，较好实现了桥梁结构的科学控制。刘婷婷8将MIDAS软件用于桥梁的线型监控中，分析了设计与实际梁面标高之间的误差，有效保障了工期和施工质量。薄方树9使用MIDAS软件，获得了桥梁在挂篮受力前后的结构模型，并进一步提出了悬臂施工中的线型监控方法与应力监控流程，结果表明实测值与理论计算值基本一致。收稿日期：20230115作者简介：杨蕾（1975），女，河北唐山人，高级工程师，主要研究方向为高速公路工程建设。道路桥梁建 筑 技 术 开 发120 Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月以某大跨度桥梁为背景，首先，整体介绍了桥梁悬臂施工合理成桥的主要监测内容。其次，以主梁立模的标高内容为例，展示了墩柱在混凝土浇筑之前与预应力张拉之后，标高实测与控制值的差值。最后，基于FLAC 3D数值模拟，研究分析了在浇筑完成与张拉完成后，梁段结构的变形分布规律。1 合理成桥的主要监测内容以大跨预应力混凝土箱梁桥作为工程依托，该桥梁采用变截面挂篮悬臂施工的方法。监测任务为在墩柱浇筑前与张拉后的各项相关指标与数据，现场监测范围为15号墩，如图1所示。1号墩2号墩3号墩4号墩4号墩50m80m80m80m80m50m图1 墩柱监测的空间分布图确定该桥梁悬臂施工合理成桥主要的监测内容 如下。（1）施工图复核：建立桥梁计算分析模型，进行施工至成桥各阶段的详细分析，计算结构在施工至成桥状态下的各梁段应力与变形情况，提供施工阶段立模标高、施工阶段梁体几何变位控制结果等。（2）施工工艺实验：混凝土强度按常规方法在工地试验室进行。混凝土弹性模量测试根据混凝土弹模试验规程，依据相应配比做出一定数量的试件，进行混凝土的弹性模量测试，为施工过程仿真计算及应力测试提供必要的混凝土特性参数。钢绞线相关材料特性参数测试，例如弹性模量等力学参数。（3）连续梁的墩身在施工过程中以及梁体悬臂灌注过程中的墩应力测试，及时了解墩身的受力 状态。（4）梁体各段混凝土浇筑过程中，桥梁的线形监测，通过理论计算和实测线形对比，了解梁体立模标高（预抛高量）是否能够满足桥梁顺利施工的 要求。（5）最大悬臂施工阶段，通过监测梁体各关键截面的应力，了解其结构各部位的受力是否满足规范要求。（6）最大悬臂施工阶段，利用梁体及墩身应力监测结果，评价结构的稳定性。（7）施工各阶段结构的温度效应监测，及各种临时荷载作用下结构的力学反应监测。（8）根据梁体施工各阶段关键截面的应力监测结果，评价梁体预应力的施工质量。（9）连续梁结构体系转换阶段关键截面应力与线性变化监测。（10）桥面二期永久荷载作用下连续梁各关键截面的应力及线形变化监测。（11）缝观测：根据桥梁结构的结构计算和实测应力，做好对关键截面和关键部位表面裂缝（有拉应力）的观察，检查是否有裂缝，并做好记录。（12）其他物理量测试，包括时间、环境温度。2 主梁立模标高控制结果与分析由于监测内容较多，以主梁立模的标高部分进行展示。在获取主梁各施工节段的标高时，每个T形结构各梁段施工时应进行标高测量。在一个梁段的梁段施工时，在挂篮前移后、立模绑扎钢筋后、混凝土浇筑后、预应力钢筋张拉后进行主梁标高测量。高程测点布置在主梁各施工节段，在梁体两侧每个测点分布布置。在获得高程数据后，需要确定桥梁的几何变形数据，几何变形主要有：挂篮变形10、施工变 形11、立模标高12，具体的计算方法可见文献。各施工梁段的理论立模标高在精确计算分析时，应考虑挂篮变形、前一阶段的误差调整。在桥梁现浇节段完成后，桥面现浇混凝土层铺装之前，进行全桥高程测量，并与设计现浇混凝土层顶面高程进行对比。图2展示在1号墩中T构梁段中，混凝土浇筑后与预应力张拉后的标高数据。图3展示了在3号墩中T构梁段中，混凝土浇筑后与预应力张拉后的标高数据。在该桥梁工程中，共有18号墩柱，选取15号墩的标高数据进行展示，因此，随着墩号的增大（从1号5号），标高数据不断增大。根据图2中数据的变化可知，在1号墩中T构梁段的混凝土浇筑之后，在相邻标号墩柱之间，右侧（高编号）的标高数据基本小于左侧（低编号）的标高数据。在同一墩柱区域，左侧的标高数据基本大于右侧的标高数据。在1号墩中T构梁段预应力张拉之后，在相邻标号墩柱之间，右侧（高编号）的标高数据也基本小于左侧（低编号）的标高数据。在同一墩柱区域，左侧的标高数据也基本大于右侧的标高数据。根据图3中数据的变化可知，在3号墩中T构梁段的混凝土浇筑之后，在相邻标号墩柱之间，右侧（高编号）的标高数据基本大于左侧（低编号）的标高数据。在同一墩柱区域，右侧的标高数据基本小于左侧的标高数据。道路桥梁建 筑 技 术 开 发 121Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧260262264266268270标高值/m指令标高 实测标高 1 2 3 4 5（a）左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧260262264266268270标高值/m指令标高 实测标高1 2 3 4 5（b）图2 在1号墩T构梁段处（a）混凝土浇筑后的标高；（b）预应力张拉后的标高左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧264266268270272标高值/m指令标高 实测标高1 2 3 4 5（a）左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧264266268270272标高值/m指令标高 实测标高1 2 3 4 5（b）图3 在3号墩T构梁段处（a）混凝土浇筑后的标高；（b）预应力张拉后的标高在3号墩中T构梁段预应力张拉之后，在相邻标号墩柱之间，右侧（高编号）的标高数据也基本大于左侧（低编号）的标高数据。在同一墩柱区域，右侧的标高数据也基本小于左侧的标高数据。偏差的原因主要是现浇梁段顶面不平整及测量本身的误差。后续6 cm厚现浇层混凝土还可以一定程度调整线形，能够保证全桥能具有良好的线型，且在桥面铺装之后。图4