主跨138米預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋的施工控制

主跨138米預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋的施工控制一、工程概述

金沙洲大橋(糖廠大橋)位于廣州市西部，是為了配合金沙洲小區(qū)的開發(fā)而建的一座跨過珠江的大型都市橋梁。主橋上部結(jié)構(gòu)為93.0m+138.0m+93.0m三跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。全長(zhǎng)324.0m，橋?qū)?2.0m，為單箱單室結(jié)構(gòu)。箱梁為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，頂面寬度為22.0m，箱寬為10.0m。箱梁根部梁高為7.0m，邊跨及中跨合攏段梁高為3.0m，梁底下緣按二次拋物線設(shè)置。設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級(jí)，掛車-100，總體布置見下圖。

二、施工操縱的內(nèi)容和目的

橋梁施工操縱的目的確實(shí)是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全和確保結(jié)構(gòu)形成后的外形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)于懸臂施工的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)來講，施工操縱確實(shí)是按照施工監(jiān)測(cè)所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工時(shí)期的仿真分析，確定出每個(gè)懸臂澆筑時(shí)期的立模標(biāo)高，并在施工過程中按照施工監(jiān)測(cè)的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、推測(cè)和對(duì)下一立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，以此來保證成橋后橋面線型、合攏段兩懸臂端標(biāo)高的相對(duì)偏差不大于規(guī)定值，以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

三、施工操縱的仿真分析

大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工采納分時(shí)期逐步完成的懸臂施工方法時(shí)，結(jié)構(gòu)的最終形成必須經(jīng)歷一系列的施工過程，對(duì)施工過程中每個(gè)時(shí)期進(jìn)行詳細(xì)的變形運(yùn)算和受力分析，是橋梁施工操縱最差不多的內(nèi)容之一。為了達(dá)到施工操縱的目的，我們必須第一通過運(yùn)算來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個(gè)時(shí)期在受力和變形的理想狀態(tài)，以此為依據(jù)來操縱施工過程中每個(gè)時(shí)期的結(jié)構(gòu)行為，使其最終成橋線型和受力狀態(tài)滿足受力要求。

1、仿真分析的運(yùn)算模型

在進(jìn)行仿真運(yùn)算時(shí)，將金沙洲大橋主橋簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)，各懸臂施工時(shí)期離散梁?jiǎn)卧麄€(gè)橋梁離散為101個(gè)梁?jiǎn)卧?02個(gè)節(jié)點(diǎn)，主墩Z1，Z2，Z4簡(jiǎn)化為活動(dòng)鉸支座，Z3簡(jiǎn)化為固定鉸支座。其成橋結(jié)構(gòu)運(yùn)算簡(jiǎn)圖見《仿真運(yùn)算模型的單元及節(jié)點(diǎn)劃分圖》。

仿真運(yùn)算模型的單元及節(jié)點(diǎn)劃分圖

2、仿真分析的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

大多數(shù)情形下，采納規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移均較實(shí)測(cè)值大，這對(duì)設(shè)計(jì)是偏于安全的，但關(guān)于結(jié)構(gòu)施工操縱來講是不容忽視的偏差，因?yàn)樗鼘⒅苯亓水?dāng)阻礙到成橋后結(jié)構(gòu)線型及內(nèi)力是否符合設(shè)計(jì)要求。此次仿真分析的設(shè)計(jì)參數(shù)取用原則是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值盡量和實(shí)際相吻合；關(guān)于要緊的能夠測(cè)定的設(shè)計(jì)參數(shù)，則用試驗(yàn)數(shù)值；難以測(cè)定的則按照設(shè)計(jì)規(guī)范，按照以往的工程體會(huì)進(jìn)行修正。設(shè)計(jì)參數(shù)的具體數(shù)值見表一：

設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值表

表一

項(xiàng)

目

設(shè)計(jì)參數(shù)

材

料

50號(hào)砼，預(yù)應(yīng)力

鋼絞線，

，

砼算參數(shù)

彈性繼效系數(shù)0.3

徐變速度系數(shù)0.021

瞬時(shí)徐變系數(shù)0.8滯后徐變系數(shù)0.4

環(huán)境相對(duì)濕度0.7

砼平均加載齡期10天

預(yù)應(yīng)力運(yùn)算參數(shù)

錨具變形與鋼束回縮值4mm，鋼絞線放松缺失按操縱應(yīng)力的4.5%，管道摩阻系數(shù)u=0.25，管道偏差系數(shù)k=0.002

設(shè)計(jì)荷載

一期恒載

容重

二期恒載:防撞欄7.889

橋面鋪裝:瀝青

預(yù)應(yīng)力錨下操縱應(yīng)力

溫度荷載

年溫差

，日照溫差頂板升溫

支座沉降

10mm

3、施工時(shí)期的劃分

本橋采納懸臂澆筑方法施工，在施工過程中，設(shè)置了臨時(shí)支撐，在運(yùn)算中除了考慮設(shè)置永久支座外，在懸臂施工期間設(shè)置了4個(gè)臨時(shí)豎向約束，以模擬實(shí)際施工的臨時(shí)支撐。此次運(yùn)算實(shí)際共劃分為23個(gè)施工時(shí)期和1個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)期，嚴(yán)格和實(shí)際施工狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。各施工時(shí)期內(nèi)容詳見表二。

施

工

階

段

劃

分

表

表二

施工階

段

內(nèi)容

1

安放臨時(shí)支座，支架現(xiàn)澆0號(hào)塊和1號(hào)塊。張拉頂板T0和T1束

2～20

依次懸臂澆筑2～20號(hào)塊。依次張拉頂板T2～20束

21

支架現(xiàn)澆26號(hào)塊到22號(hào)塊，安裝邊跨合攏段剛性聯(lián)結(jié)，澆筑邊跨21號(hào)塊，從長(zhǎng)束到短束順序張拉邊跨底板預(yù)應(yīng)力束，邊跨合攏。

22

澆筑中跨21號(hào)塊，按從長(zhǎng)束到短束順序張拉中跨底板預(yù)應(yīng)力束，中跨合攏

23

拆除中跨合攏段掛籃，橋面系施工

24

運(yùn)營(yíng)時(shí)期

4、施工荷載的模擬

在預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋的懸臂施工中，掛籃和模板機(jī)具設(shè)備重對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形的阻礙專門大，因此在仿真分析中，必須考慮施工荷載－要緊是掛籃的阻礙。一樣講來在現(xiàn)澆1號(hào)段混凝土?xí)r掛籃設(shè)備的靜載全部落在墩頂上的0號(hào)段上，然而，在懸臂澆筑過程中，混凝土的重量持續(xù)增加，使掛籃設(shè)備上的伸臂發(fā)生彈性變形，它使底模板前端的標(biāo)高也發(fā)生同樣的變形，類似的變形將同樣的發(fā)生在以后各時(shí)期的施工中，這種變形在掛籃拆除后卻不能得到復(fù)原。因此在各節(jié)點(diǎn)的預(yù)拱度值中，均應(yīng)計(jì)入那個(gè)阻礙，然而也能夠調(diào)整的吊帶來解決。當(dāng)澆筑2號(hào)段混凝土掛籃設(shè)備一樣分成兩截，分不固定在（或者部分地落在）已完成的懸臂時(shí)期上，由于掛籃具有一定的靜載，專門在大跨度橋梁的懸臂施工中，掛籃設(shè)備的重心距離懸臂梁的根部的力臂較大，使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，但在掛籃拆除后，又使原先的變形得到復(fù)原。

此次仿真分析運(yùn)算充分考慮了施工荷載的阻礙，在仿真分析中模擬了掛籃的安裝和拆除，以及掛籃前進(jìn)的工況，掛籃的運(yùn)算重量為800KN（其值由施工單位實(shí)測(cè)得到）。

5、懸臂施工的撓度運(yùn)算

在橋梁懸臂施工的操縱中，最困難的任務(wù)之一確實(shí)是施工撓度的運(yùn)算與操縱。我們所采納的分析軟件BRCAD5.1和BSAS的系統(tǒng)會(huì)按照不同時(shí)期的受力狀態(tài)自動(dòng)考慮混凝土的收縮徐變阻礙、預(yù)加力的阻礙、溫度變化的阻礙以及支座沉降的阻礙，其中混凝土收縮徐變的運(yùn)算考慮了各時(shí)期混凝土應(yīng)力變化的阻礙，在預(yù)應(yīng)力缺失的運(yùn)算中，對(duì)每個(gè)時(shí)期內(nèi)每個(gè)截面上的每組鋼束都分不進(jìn)行了運(yùn)算。

為了講明的方便，下面列出懸臂橋梁施工時(shí)結(jié)構(gòu)的總撓度運(yùn)算公式（包括短期彈性撓度和已發(fā)生的徐變撓度變形）

式中：

――扣除預(yù)應(yīng)力缺失后的預(yù)加力產(chǎn)生的上拱度

――梁段自身靜載（即一期恒載）產(chǎn)生的下?lián)隙?/p>

――懸臂施工時(shí)的臨時(shí)施工荷載產(chǎn)生的下?lián)隙?/p>

――混凝土隨齡期增大的徐變系數(shù)

關(guān)于橋梁長(zhǎng)期荷載作用下的總撓度

的運(yùn)算，還必須考慮二期恒載和活載的作用所產(chǎn)生的撓度，運(yùn)算公式為

式中：

――二期恒載產(chǎn)生的下?lián)隙?/p>

――靜活載作用下產(chǎn)生的下?lián)隙?/p>

――混凝土徐變系數(shù)終值

綜合考慮各種因素后，將各阻礙參數(shù)輸入軟件中，由軟件自動(dòng)算出各施工時(shí)期每一梁段的撓度，合攏時(shí)的撓度，合攏后二期恒載作用下的撓度，以及活載作用下的撓度。

通過仿真分析發(fā)覺，在施工時(shí)期對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形阻礙較大的設(shè)計(jì)參數(shù)要緊梁自身靜載、預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力；材料的彈性模量E和剪切模量G、施工臨時(shí)荷載－掛籃、混凝土的收縮與徐變變形的性能以及混凝土加載齡期的變化對(duì)變形阻礙較大，其它的參數(shù)阻礙較小。

按照規(guī)范可知，橋梁的預(yù)拱度公式為：

因此成橋后橋面標(biāo)高：

。

6、施工時(shí)期立模標(biāo)高的確定

在主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主梁的線型是否平順，是否符合設(shè)計(jì)的一個(gè)重要咨詢題，如果在確定立模標(biāo)高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確的操縱，則最終橋面線型較好。否則，最終橋面線型會(huì)與設(shè)計(jì)線型有較大的偏差。

眾所周知，立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)置一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形（撓度）。其運(yùn)算公式如下：

式中：

――施工i梁段時(shí)i梁段的立模標(biāo)高（梁段最前端某確定位置）

――i梁段設(shè)計(jì)標(biāo)高

――施工i梁段時(shí)混凝土澆筑前i梁段的總撓度（軟件自動(dòng)算出）;

――施工i梁段掛籃的變形值

其中掛籃的變形值是按照掛籃加載試驗(yàn)，綜合各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，最后繪制出掛籃荷載－撓度曲線，進(jìn)行內(nèi)插而得。

此立模標(biāo)高運(yùn)算公式簡(jiǎn)單，概念清晰，使用方便，而且實(shí)際使用成效專門好。

7、仿真運(yùn)算要緊結(jié)果

通過運(yùn)算結(jié)果分析可知，箱梁在懸臂施工過程中，軸力、彎矩曲線較為順暢，施工時(shí)期截面上下緣均為壓應(yīng)力，而且都在規(guī)范承諾的范疇之內(nèi)。

在運(yùn)營(yíng)時(shí)期，正常使用極限狀態(tài)下組合1箱梁應(yīng)力差不多上處于全截面受壓狀態(tài)，而且滿足規(guī)范要求。其它荷載組合除了部分幾個(gè)截面頂板或底板顯現(xiàn)專門小拉應(yīng)力（最大不超過0.5MPa），箱梁應(yīng)力差不多上處于全截面受壓狀態(tài)，箱梁的應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

承載能力極限狀態(tài)：從附件中能夠看出截面差不多滿足規(guī)范要求。

各個(gè)施工時(shí)期的撓度曲線專門順暢。撓度的變化也專門正常。

四、施工操縱的參數(shù)識(shí)不和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1、參數(shù)的識(shí)不

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變化能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化和形狀的改變，因此我們?cè)诖罂缍葮蛄旱氖┕げ倏v中，必須對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)不和修正。不同的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的阻礙程度是不同的。總的講來，關(guān)于連續(xù)梁要緊的設(shè)計(jì)參數(shù)有以下幾個(gè)方面：

（1）結(jié)構(gòu)幾何形狀參數(shù)：要緊是橋梁結(jié)構(gòu)的跨徑、高跨比、線型等，它們表征了結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)最初的狀態(tài)。（2）截面特點(diǎn)參數(shù)：截面的面積、抗彎慣性矩等。（3）與時(shí)刻有關(guān)的參數(shù)：溫度、混凝土齡期、收縮徐變是隨著時(shí)刻而變化的參數(shù)。（4）荷載參數(shù)：要緊是結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重力、施工臨時(shí)荷載和預(yù)加力。（5）材料參數(shù)：要緊是指材料的彈性模量E和剪切模量G，關(guān)于混凝土材料來講，這兩個(gè)參數(shù)有一定的波動(dòng)，在橋梁的施工操縱中要對(duì)其進(jìn)行識(shí)不。

這五類設(shè)計(jì)參數(shù)在同一座橋梁的施工操縱中并不是每一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的阻礙差不多上一樣的，因此我們要對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行辨不，一方面要確定設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)際值，另一方面要辨不對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)阻礙較大的設(shè)計(jì)參數(shù)即要緊參數(shù)，為了達(dá)到那個(gè)目的，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)不，總的來講，有兩種方法和手段：其一，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量來確定設(shè)計(jì)參數(shù)的值。這要緊是結(jié)構(gòu)幾何形狀參數(shù)、截面特點(diǎn)參數(shù)和材料特點(diǎn)參數(shù)，它們能夠通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法或試驗(yàn)測(cè)量手段來確定。其二，通過結(jié)構(gòu)運(yùn)算分析來確定要緊設(shè)計(jì)參數(shù)，也確實(shí)是設(shè)計(jì)參數(shù)敏銳性分析方法。在那個(gè)地點(diǎn)我們要緊采納的是第一種方法。

2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為了確保施工操縱的順利實(shí)施，施工過程中各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定至關(guān)重要，它是進(jìn)行施工操縱的必要初始參數(shù)，它為施工的仿真分析提供了實(shí)測(cè)依據(jù)，是最終實(shí)現(xiàn)施工操縱目的的最關(guān)鍵的一步。這次我們要緊現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的內(nèi)容如下：

（1）應(yīng)力觀測(cè)：

在大橋上部結(jié)構(gòu)的操縱截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，以觀看在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化與應(yīng)力分布情形。然后把結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，和運(yùn)算結(jié)果相驗(yàn)證，在計(jì)入誤差和變量調(diào)整后由設(shè)計(jì)人員分析以后每時(shí)期乃至竣工后結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，同時(shí)能夠按照當(dāng)前施工時(shí)期向前運(yùn)算至竣工，預(yù)告今后施工可能顯現(xiàn)的狀態(tài)并預(yù)報(bào)下一時(shí)期當(dāng)前一安裝構(gòu)件或立即安裝的構(gòu)件是否顯現(xiàn)不滿足強(qiáng)度要求的狀態(tài)，以確定是否在本施工時(shí)期對(duì)可調(diào)變量實(shí)施調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各施工時(shí)期被測(cè)梁段的應(yīng)力值和仿真分析的相吻合，應(yīng)力變化沒有顯現(xiàn)專門。

（2）撓度觀測(cè)：

撓度觀測(cè)資料是操縱成橋線型最要緊的依據(jù)，按照以往的體會(huì)，在每個(gè)施工段的斷面上上布置五個(gè)高程觀測(cè)點(diǎn)1、2、3、4、5，順序是從上游至下游排列，間距為6米＋5米＋5米＋6米，操縱點(diǎn)3為橋梁中線點(diǎn)，如此不僅能夠測(cè)量箱梁的撓度，同時(shí)能夠觀看箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在施工過程中，對(duì)每一截面需進(jìn)行立模、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉前、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后的標(biāo)高觀測(cè)。以便觀看各點(diǎn)的撓度和箱梁曲線的變化歷程，保證箱梁懸臂端的合攏精度和橋面線型。為了盡量減少溫度的阻礙，撓度的觀測(cè)安排在早晨太陽(yáng)出來之前進(jìn)行。以這些觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行有效的施工操縱。由于測(cè)量數(shù)據(jù)太多，現(xiàn)僅將各施工的操縱點(diǎn)3從10號(hào)塊到20號(hào)塊在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后理論標(biāo)高和實(shí)測(cè)標(biāo)高值列于下表：

各

節(jié)

點(diǎn)

立

模

標(biāo)

高

斷面號(hào)

Z2墩

Z3墩

理論標(biāo)高

實(shí)際標(biāo)高

差值（米）

理論標(biāo)高

實(shí)際標(biāo)高

差值（米）

10’－10’

21.621

21.622

0.001

21.621

21.610

0.011

10－10

22.811

22.806

-0.005

22.817

22.809

-0.008

11’－11’

21.539

21.535

-0.004

21.539

21.528

-0.011

11－11

22.848

22.838

-0.010

22.848

22.841

-0.007

12’－12’

21.456

21.448

-0.008

21.456

21.442

-0.014

12－12

22.844

22.872

-0.012

22.884

22.875

-0.009

13’－13’

21.371

21.358

-0.013

21.371

21.373

0.002

13－13

22.918

22.914

-0.004

22.918

22.905

-0.013

14’－14’

21.276

21.262

-0.014

21.276

21.279

0.003

14－14

22.961

22.953

-0.008

22.691

22.952

-0.009

15’－15’

21.168

21.153

-0.015

21.168

21.170

-0.002

15－15

22.992

22.995

0.003

22.992

22.990

0.002

16’－16’

21.056

21.048

-0.008

21.056

21.052

-0.004

16－16

23.018

23.011

-0.007

23.018

23.015

-0.003

17’－17’

20.940

20.935

-0.005

20.940

20.938

-0.002

17－17

23.041

23.035

-0.006

23.041

23.032

-0.009

18’－18’

20.817

20.810

-0.007

20.819

20.798

-0.011

18－18

23.056

23.041

-0.015

23.056

23.036

-0.020

19’－19’

20.668

20.677

-0.011

20.694

20.683

-0.011

19－19

23.063

23.045

-0.018

23.063

23.046

-0.017

20’－20’

20.515

20.498

-0.017

20.531

20.523

-0.008

20－20

23.057

23.043

-0.014

23.057

23.041

-0.016

從表中能夠看出：

1、理論標(biāo)高和實(shí)測(cè)標(biāo)高最大誤差為20mm，理論值和實(shí)測(cè)值符合較好，在施工不需要調(diào)整立模標(biāo)高，給施工帶來了專門大的方便。也更好地講明立模標(biāo)高的運(yùn)算模式合理，具有專門強(qiáng)的有用性。

2、合攏時(shí)兩個(gè)合攏段理論標(biāo)高和實(shí)測(cè)標(biāo)高均為誤差為16mm，它們的相對(duì)高差為2mm，兩者在同一水平線上，合攏時(shí)不需要進(jìn)行壓重和糾偏，能夠直截了當(dāng)合攏。保證了成橋后橋面線型平順，與設(shè)計(jì)相吻合。

（3）溫度操縱

溫度是阻礙主梁撓度的最要緊的因素之一，溫度變化包括日溫度變化和季節(jié)變化兩部分，日溫度變化比較復(fù)雜，專門是日照作用，季節(jié)溫差對(duì)主梁的撓度阻礙比較簡(jiǎn)單，其變化是平均的。因此為了摸清箱梁截面內(nèi)外溫差和溫度在截面上的分布情形，在梁體上布置溫度溫度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，以獲得準(zhǔn)確的溫度變化規(guī)律。

（4）混凝土彈性模量和容重的測(cè)量

混凝土彈性模量的測(cè)試要緊是為了測(cè)定混凝土彈性模量E隨時(shí)刻的變化規(guī)律，采納現(xiàn)場(chǎng)取樣通過萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定?；炷翉椥阅Ａ亢腿葜氐臏y(cè)量是在現(xiàn)場(chǎng)取樣，采納實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定。

（5）鋼絞線管道摩阻缺失的測(cè)定

在進(jìn)行鋼絞線張拉時(shí)，由于管道摩阻會(huì)造成預(yù)應(yīng)力不同程度的缺失，本測(cè)試項(xiàng)目旨在定量地測(cè)量鋼絞線管道摩阻缺失，以確定有效的預(yù)應(yīng)力。

五、施工操縱的措施

（1）在懸臂施工過程中，對(duì)撓度和施工標(biāo)高進(jìn)行施