预应力混凝土连续(刚构)梁桥线形监控探索.pdf

・桥涵工程・预应力混凝土连续（刚构）梁桥线形监控探索杨超（中铁十四局集团第三工程有限公司山东兖州２７２０００）摘要悬臂灌筑预应力混凝土连续（刚构）梁桥是广泛应用于铁路、高速公路、市政工程的一种桥型，通过对已建成桥梁施工过程的模拟计算和悬臂浇筑桥梁的Ｌ＿ｒ－监控数据分析，明确了施工立模标高数据来源，用以指导悬臂浇筑桥的梁线形控制，取得了理想的桥梁线形。关键词悬臂灌筑连续梁桥线形控制理论分析中图分类号Ｕ４４５．４６６；Ｕ４４６文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１３）０７００８２０５ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆＬｉｎｅａｒＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ（ＲｉｇｉｄＦｒａｍｅ）ＢｅａｍＢｒｉｄｇｅＹａｎｇＣｈａｏ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１４山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｙａｎｚｈｏｕ２７２０００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＣａｎｔｉｌｅｖｅｒｃａｓｔｉｎｇｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ（ｒｉｇｉｄｆｒａｍｅ）ｂｅａｍｂｒｉｄｇｅｉｓａｂｒｉｄｇｅｔｙｐｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｒａｉｌｗａｙ，ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙａｎｄｍｕｎｉｃｉｐａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｒｉｄｇｅａｎｄｔｈｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃａｓｔｉｎｇｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃ・ｔｉｏｎｔｅｍｐｌａｔｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｆｍｎｅｄｔｏｇｕｉｄｅｔｈｅｌｉｎｅａｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃａｓｔｉｎｇｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄｔｈｅｉｄｅａｌｂｒｉｄｇｅａｌｉｇｎ－ｍｅｎｔｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃａｓｔｉｎｇ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｂｒｉｄｇｅ；ｌｉｎｅａｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ１引言２桥梁结构线形监控原理悬臂灌筑预应力混凝土连续及刚构梁桥（以下简称悬灌梁）越来越广泛的应用于道路交通建设，施工单位桥梁立模标高由设计或者第三方监控单位提供。通过对宜万叶溪河大桥、成都第二绕城高速公路广汉高架桥跨成绵乐客专刚构桥、锦赤铁路跨朝赤高速公路大桥等多座桥梁的线形监控的测量数据进行统计，分析影响桥梁线形的各种因素。——收稿日期：２０１３０４２２悬臂浇筑连续梁混凝土的流程，是利用托架在墩顶浇筑０＃节段，再利用Ｏ＃节段上拼装挂篮，浇筑１＃节段，然后张拉钢绞线，走移挂篮至１掸节段，浇筑２撑节段，依次类推向前浇筑，最后拆除挂篮浇筑合龙段。每一次混凝土的浇筑和钢绞线张拉，对已经浇筑的梁段标高都有影响。做施工阶段分析前一定要了解整个施工顺序和各阶段的荷载，因为当按预期的制作预拱度浇筑后，如果发生了意外的荷载或其他没有考虑到的情况，重新调整会很困难，所以悬臂浇筑的施工必须有专业的工程技术人员进行严密的分析和验算。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３（７）万方数据・桥涵工程・图１中简单说明了制作预拱度和施工预拱度的差异。图１ａ表现的是施工各桥梁段时的位移量。在施工第２个桥梁段后，节点１和节点２的位移量（不包含施工桥梁段１时的位移量）分别为６，：和占：：，在节点３产生假想位移６，：（不包含施工桥梁段１时的假想位移量）。所谓的假想位移指的是当前桥梁段沿上一桥梁段的切线方向与上一桥梁段连接时产生的位移（不是由施工当前桥梁段时荷载产生的位移）。曝炙ａ．各阶段位移ｂ．预拱，图１制作预拱度和施工预拱度３桥梁施工线形计算３．１实际施工预拱度数据宜万铁路叶溪河大桥为单箱双室双线铁路桥梁，主桥为（７０＋１０８＋７０）ＩＴＩ，最大梁高８ｍ，跨中截面梁高４．５ｍ，主墩高度为９３．５ｍ，施工顺序为先中跨合龙，然后在中跨堆载１７０ｔ，继续施工边跨１５号、１６号节段，最后进行边跨合龙。宜万铁路叶溪河大桥实际施工各节段预拱度值见表１。表１叶溪河大桥各节段挂篮预拱度咖节段１３ａ１２ａ１ｌａｌＯａ９ａ８ａ７ａ６ａ５ａ４ａ３ａ２ａｌａ１ｂ编号预拱一６５—６０——５５５２——４９４６—４３—４０—３５—２５一１８—１２—５３８度节段２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６ｂ７ｂ８ｂ９ｂｌＯｂ１１ｂ１２ｂ１３ｂ１４ｂ１５ｂ编号预拱３７７３８６９５１０９１２５１加１５７１７４１８９２０３２１５２３４９９度注：（１）ａ节段为中跨节段，ｂ节段为边跨节段；（２）预拱度向上设置为正值，向下设置为负。成都第二绕城高速公路跨成绵乐高铁刚构桥主跨为（５０＋９０＋５０）ｍ，截面为单箱双室结构，跨中梁高２．６ｍ，墩顶梁高５．６ｍ，施工顺序为悬臂施工至１０号节段，先边跨后中跨对称合龙。施工各节段预拱度值见表２。施工完第３梁段后各点的总位移如下：表２跨成绵乐刚构桥挂篮预拱度啪嚣僦篡：皂毫戛正旺日王匹节点２的总位移＝晚。＋如＋如塑芏Ｉｌ节点３的总位移：瓯＋＆＋如警ｌ３７４９６０６９７７８５９２９８ｌｏｌ１０４１０５票薹点１器惹茬鬈竺乏：＋＆＋６。，霎薹ｌ三臣ｉ蒌Ｉ蒌ｌｉ巨ｉ重覃薤节点的总位移＝６。。＋６。：＋６。，塑兰Ｉ节点２的总位移＝勤＋如３警Ｊ３６４６５４５９６３６５６４６ｌ５５４７３６—节点３的总位移＝６，，五百ｉ畜西葫磊幕葭紊蓖磊葛孬蘸ｉ志丙葛耍高五荻‘梁段施工标高设置原则一般为１Ｉ：抛高值为１０５ｍｍ，边跨最大抛高值为６５ｍｉｌｌ。‰＝如＋瓢＋职＋厶＋六十六３．２从计算中找偏差‰式中，为梁段施工立模预拱度；日设为箱梁在实际施工计算的过程中，计算所得的结构因设计预拱度；新为自身及后续梁段自重对立模梁为张拉变形值相对于挂篮的标高控制调整值而言，段产生的挠度总和；职为自身及后续梁段张拉预变形值较小，而计算中与设计、监控单位给定的挂应力对立模梁段产生的挠度总和；五为挂篮自重及篮标高调整值往往相左，在这种情况下，大多数的其自身变形产生的挠度；工为二期恒载对立模梁段技术人员更不知道监控数据的来源了。产生的挠度；以为箱梁因混凝土徐变、收缩及长期根据叶溪河大桥设计图纸，边跨不设预拱度，使用荷载对立模梁段产生的挠度。中跨须设预拱度，中跨各节段预拱度如表３所示。铁道建笳±重术ＲＡ儿ＷＡＹＣＯＮＳ７－ＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｒ７Ｊ８３万方数据・桥涵工程・表３叶溪河大桥中跨各节段设计预拱度ｍｍ截面号Ｏａ１ａ２ａ３ａ４ａ５ａ６ａ预拱度３．２５．２７．４９．９１２．８１６．Ｏ１９．２截面号７ａ８ａ９ａｌＯａ１ｌａ１２ａ１３ａ预拱度２２．４２５．４２８．５３１．５３３．６３５．２３５．８注：设计给定跨中预拱度为成桥理想线形预拱度值利用ＭＩＤＡＳ对叶溪河大桥进行建模计算，根据施工顺序进行施工阶段模拟，桥梁建模型如图２所示，各节点施工累计变形值如表４所列。在进行边跨节段施工时，中跨上挠，而边跨悬臂段下挠，边跨节段继续浇筑对中跨线形影响很大。图２叶溪河大桥三维模型表４各节点施工累计变形值边跨直合龙节段编号１５ｂ１４ｂ１３ｂ１２ｂ１１ｂ线段段节点编号１２３４５６７８位移／ｍｍ１０—７８４２１９２００１８８１７４节段编号ｌＯｂ９ｂ８ｂ７ｂ６ｂ５ｂ４ｂ３ｂ节点编号９ｌＯ１１１２１３１４１５１６位移／咖１５９１４２１２５１１０９４８０６６５３节段编号２ｂ１ｂＯｂ０号节段Ｏａｌａ节点编号１７１８１９２０２ｌ２２２３２４位移／栅４２３２２２５Ｏ一５—２ｌ一３０节段编号２ａ３ａ４ａ５ａ６ａ７ａ８ａ９ａ节点编号２５２６２７２８２９３０３ｌ３２位移／ｍｍ一３９—４８—５８—６６—７４—８０—８６—９２节段编号ｌＯａ１１ａ１２ａ１３ａ合龙段节点编号３３３４３５３６３７３８位移／ｍｍ一９８一１０４—１１０—１１６一１１６—１３２说明：（１）１５ｂ表不边跨１５号节段端头，１３ａ表不中跨１３号节段端部；（２）位移向上为负值，向下值为正值。由以上的几组数据，施工的计算预拱度与实际施工过程的预拱度根本就不一致，经过细致的研究分析，软件计算的预拱度来源于各节段在多次施工荷载反复加载以及混凝土的收缩徐变、二期恒载作用下计算得出。在实际操作中，所用的数据以上都不是，计算软件中给定的施工预拱度是按照成桥以后的线形为直线，是没有预拱度的，而施工规范中或设计文件中要求成桥的线形是有一定的预拱度。３．３理想线形预拱度桥梁理想的线形预拱度对于铁路桥梁来说，主要取决于铁路荷载的大小，铁路荷载作用下桥梁的变形是比较稳定的，也是比较好确定的，铁路连续梁竖向挠度最大值为ＩＭ７００，而对于高速铁路以及其他铁路在设计文件中都有挠度值的规定。叶溪河大桥设计预拱度为３５．８ｍｍ，桥梁理想预拱度３５．８ｍｍ／１０８ｍ一１／３０００，同样边跨亦可类推，每个节点位置的理想预拱度值按照与跨度的比例进行设置。宜昌万州铁路叶溪河大桥的设计按照铁路荷载情况下挠为Ｌ／１５００进行设计控制，理想线形就是跨中上挠是跨度的Ｌ／３０００。普通高速公路而言，荷载具有不稳定性，荷载差异较大，一般最大挠度按照设计跨度的Ｌ／１０００，而理想桥梁线形就是最大挠度值的一半，按照二次抛物线从跨中向两侧分布。成桥线形中各节段施工过程的累积施工变形可以通过软件计算得知。挂篮的变形通过现场的预压实际测得。４线形监控４．１模型建立锦赤铁路跨朝赤高速公路大桥，主桥采用（４８＋５６＋４８）ｍ连续梁结构，单线铁路桥梁，采用单箱单室结构，最大节段浇筑２７．８ｍ３，挂篮设计重量为３５．６ｔ，二期恒载按照每米５１．４２ｋＮ考虑。根据设计图纸计算和挂篮预压数据，提供立模标高，模型建立如图３所示。图３跨朝赤高速大桥箱粱模型４．２模型计算根据模型计算结果，在成桥状态下，二期恒载作用下中跨最大挠度值一２０．３２ｍｍ，边跨最大下挠８４铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３１７）万方数据・桥涵工程・值为１０．９５ｍｍ，挂篮的实测最大变形值为１５ｍｍ，根据模型计算预拱度值见图４。／、＿ｒ－～、．－一ｒ１～，Ｌ，，Ｉ．．’．／『１、．．．Ｊ１，／，＼、ｆ。．，‘１、。，图４跨朝赤大桥预拱度计算图４．３预拱度的设置桥梁施工完成后需要得到理想的线形，就必须提前介人施工标高的控制，在每一个施工的节段都有一个预拱度值。这个预拱度值来源于３个方面：（１）桥梁理想线形的预拱度值；（２）按照设计标高成桥线形的计算标高偏差值；（３）挂篮变形值。根据计算结果，实际设置预拱度是各阶段累计变形值、挂篮实测最大变形值在各节段荷载下的变形计算值、理想线形预抛高值之和，见表５。表５跨朝赤高速大桥挂篮立模计算预拱度ｍｍ节段编号６ｂ５ｂ４ｂ３ｂ２ｂｌｂＯｂ计算预一２．４—８．１—７—５．５—４．２—２．８—１．４拱度挂篮变１１．７１１．９１２．８１２．７１４１５形值理想预１０．８ｌＯ．９ｌＯ．５９．４８６．１３．７拱度立模预２０１５１６１７１８１８２拱度节段编号Ｏａｌａ２ａ３ａ４ａ５ａ６ａ计算预１．２１．８２．３２．８３．３３．９１０．９拱度挂篮变１５１４１２．７１２．８１１．９１１．７形值理想预６１０１３．３１５．９１８．２１９．７２０．３拱度实设预７２７３０３２３４３５４３拱度注：（１）６ｂ表示边跨６号节段端头，ｌａ表示中跨１号节段端部；（２）位移向上为负值，向下值为正值。４．４线形控制连续箱梁线形控制是施工＿量测＿识别一修正＿预告＿÷施工的循环过程。施工控制的核心任务就是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状态作出预测。施工时，由于每段梁体混凝土的重量、龄期、弹性模量、结构特性、预加应力、施工荷载、挂篮变形等都在不断变化，并受到温度、材料、徐变次内力影响，使梁体各个截面的内力和位移都不断变化。施工中，为确保梁体达到合龙精度和设计线形，利用ＭｉｄａｓＣｉｖｉｌ２０１ｌ有限元计算软件，结合现场实际，对主梁施工的每个阶段进行挠度的动态监控。将施工过程中对影响应力和变形的数据输入程序，对结构变形进行时效分析，对结构从开始到合龙到成桥后若干时间的整个过程中任一阶段的结构变形进行计算，从而实现对结构施工过程的跟踪分析。并在施工过程中根据实际监测结果及时修正计算参数，重新计算施工中各节段的理想状态，对下一施工段作出更准确的预测，确保结构物高程和中线的偏差在允许范围内，使大桥顺利合龙，使成桥后的线形符合设计。在施工过程中，钢筋绑扎完毕后在顶板跨中、腹板以及翼缘板外缘分别设置标高控制点，用以实测每个节段浇筑与张拉过程中的实测变形值，经过对比，各节段实测变形值与理论变形值基本一致，成桥以后的桥梁变形与理想线形误差较小。在实际的施工过程中，可能造成偏差方面的原因如下：（１）模型建立未考虑悬臂浇筑节段中的钢绞线张拉齿块的重量。（２）实际浇筑过程中的两侧混凝土浇筑方量不均衡，与理论方量有偏差。（３）钢绞线张拉的应力有偏差，波纹管与钢绞线之间的摩擦与理论参数不一致。（４）测量的操作误差，在已经浇筑的悬臂浇筑节段上堆放材料或者挂篮重量计算不准确等。（５）随着时间变化，混凝土强度、弹性模量不断增长大于理论值，后期阶段测的变形值略小于理论铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３（７）８５万方数据・桥涵工程・计算值。因为现场的施工因素与理论模型存在一定的偏差，监控量测要根据现场的每一节段浇筑以及张拉对已经浇筑的节段挠度进行监控，ｎ＋１节段混凝土浇筑以及钢绞线的张拉对１～ｎ节段的变形都有影响。一般情况下，设计都能够达到ｎ＋１节段预应力的张拉上挠能够抵消ｎ＋１节段浇筑的下挠变形，这主要取决于设计钢绞线的布设情况。在实际的监控量测中，要不断的修正模型以便准确的预测以后每个节段施工引起的变形，并预先作出线形调整值。５结束语通过宜万铁路叶溪河大桥、成都第二绕城高速跨成绵乐高铁大桥、锦赤铁路跨２０５省道特大桥的施工阶段变形计算以及现场监控量测的结果，在每个节段的施工变形与计算基本一致。线形控制主要由桥梁的跨度、截面尺寸、钢绞线的布置、施工方法以及营运荷载情况等因素决定。参考文献［１］中铁三局集团有限公司．ＴＺ—３２４２０１０铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南［Ｓ］．北—京：中国铁道出版社，２０１０：３５３８．（上接第８ｌ页）所有指标全部满足设计规定。４．１２托换桥梁核查Ｄ沣士．富在桥梁桩基托换完成后，按照桥梁托换施工前ｕ缅术踊调查结果及设计文件规定的监测项目，对既有桥状根据本托换工程施工经验，针对同类工程施况再次对照进行核查，核查由业主、设计、监理参与工有几点建议：一是要做好托换桩沉降控制，托换共同见证实施，核查结果按照规定备案。桩施工时应严格控制孔底沉碴厚度，避免预顶时５监测与信息化施工翥轰喜翥萎紊凳囊葚茬譬霎蓍呈篓篡羹警；萋桩基托换施工工序复杂而繁多，施工的每一步础），避免因托换新桩施工或托换梁开挖，对托换疏忽都有可能造成不可挽回的损失，所以整个托换墩（基础）周边土体产生扰动而导致托换墩（基过程必须实现全面信息化施工。桩基托换信息化础）发生过大沉降；三是控制隧道开挖时土体侧施工有如下３个步骤：向变形，防止土体侧压力对托换桥梁产生影响，第１步，掌握桩基托换施工的控制要点、核心技建议桥梁下部隧道首层支撑全部施工砼支撑；四术，优化和细化每一施工工序的施工工艺设计，建是顶升如何分级加载尤为关键，往往设计方计算立信息化施工的软件环境；第２步，配备并利用先进提供顶升力只能是参考值，与现场实施差距较大，的传感器技术、数据采集技术和分析技术，建立一只能通过合理的加载分级，千斤顶微调，做好加载套完善、先进、可靠的监控系统；第３步，采用信息化数据分析及细部调节，才能达到预控范围，成功的施工技术，以信息指导施工，托换过程中对每个环完成体系转换过程；五是做好施工过程中各项应节的监测数据进行采集、分析，发现问题及时提出，急预案，一旦发生突发事件，能够得到及时有效的并对有关托换分级加载参数进行修正。处理。通过科学的组织施工及信息化施工的实现，７随着城市快速交通工程的建设，快速交通工程处桥梁托换完成后检测控制指标全部满足设计要的线位与既有建筑物的相互影响日益突出，桩基托求。桥梁托换墩沉降最大值一３．６ｍｍ（设计允许换技术将广泛应用，机场路隧道既有桥梁桩基托换值：±１０ｍｍ），托换墩与托换梁未产生节点滑移，托的成功实施，为既有桥梁桩基托换施工积累了宝贵换梁未发现裂纹，桥梁托换完成后通过现状调查，经验。８６铁道建笥技术只Ａ『ＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ７）万方数据