客专多跨预应力混凝土连续梁悬臂施工控制.pdf

2 0 1 3年第 3期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n ee r i n g 2 9 文章编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 2 9 0 3 客专多跨预应力混凝土连续梁悬臂施工控制 高永贵 ( 中铁二十一局集 团 第 四工程有 限公 司 ， 青海 西 宁8 1 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 介 绍 了客运 专 线预 应力 混凝 土连 续 梁挂篮 悬臂 浇 筑法施 工监 控 工作 。利 用数值 模拟 的方 法 ， 计 算 出本桥在 恒 载作 用 下的 累积位 移 、 活载 位移 、 预拱 度及 各 阶段 的 梁体应 力 ， 通 过误 差 分析 和施 工状 态预 测对计算模型进行修正 ， 以此来保证成桥后桥 面线形、 合龙段 两侧 悬臂 端高程的相对偏差不大于规定 值。确保施工过程中结构的可靠度和安全性 ， 保证桥梁成桥线形及受力状态符合设计要求。 关键词 ： 悬臂施工施 工控制 线形监控应力监控 中 图分 类号 ： U 4 4 5 4 6 6文献标 识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 3 0 9 1 工 程 概 况 兰州至乌鲁木齐第二双线 D K 1 6 8+ 4 2 7曹家堡湟 水河特大桥主桥为 ( 4 0+46 4+4 0) In的连续梁桥 ， 采用悬臂施工。边支座 中心线至梁端 0 7 5 m， 梁全长 3 3 7 5 m。梁体为单箱单室， 变高度 、 变截面箱形结构 ， 箱梁底板下缘按 1 8次抛物线变化 ， 中支点梁高 6 0 5 m， 边支 点及 跨 中梁 高 3 0 5 I n ， 中跨 跨 中直线 段 长 2 0 0 m， 边跨直线段长 9 7 5 I n 。顶板厚度除梁端附近 外均为 4 0 c m； 腹板厚 4 88 5 c m， 按直线线性变化 ； 底 板 厚 度 从 跨 中 到 主 墩 墩 顶 根 部 由 4 0 c m 加 厚 至 1 2 0 c m。顶板宽 1 2 2 0 m， 底板宽度 6 7 0 i n 。箱梁两侧腹 板与顶底板相交处 均采用 圆弧倒角 过渡。梁体采 用 C 5 0混凝土 ， 封端采用 C 5 0无收缩混凝 土。该桥合龙 顺序为 ： 先合第 3 、 第 4中跨 ， 张拉 中跨顶板和底板 预 应力束 ； 合龙第 1 、 第 6边跨 ， 张拉两边跨预应力束 ； 最 后合龙第 2 、 第 5中跨 ， 张拉所有剩余预应力钢束。 2 连续 梁悬臂施工控制 2 1 施 工控 制 的 目的与 内容 对于分段悬臂浇筑 的预应力混凝 土连续梁桥 ， 施 工控制的 目的就是根据施工监测所得的结构参数真实 值进行施工阶段计算 ， 确定每个悬浇节段的立模高程 ， 并在施工过程 中根据施工监测 的成果对 误差进行分 析、 预测和对下一立模高程进行调节 ， 以此来保证成桥 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 7 0 3； 修回 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 2 3 作者 简介： 高永 贵( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 青 海湟中县人 ， 高级工程师 。 后桥面线形、 合龙段两侧悬臂端高程 的相对偏差不大 于规定值。确保施工过程中结构 的可靠度 和安全性 ， 保证桥梁成桥线形及受力状态符合设计要求。 连续 梁桥 施工 控制 的 主要 内容 包括 结 构 分 析 、 施 工监测( 包括线形监测和应力监测等 ) 、 施工误差分析 以及 后续施 工 状态 预测 等几个 方 面 。 2 2施工 监控 的原则 和 方法 桥梁的悬臂现浇施工 ， 因其施工工序和施工 阶段 较多 ， 各阶段相互影 响， 而且这种相互影 响又存在差 异 ， 这就造成各阶段 的位移随着混凝土浇筑过程而偏 离设计值 ， 甚至可能会 出现超过设计允许 的位移。若 不 通过 有效 的施 工控 制及 时发 现 、 及 时调 整 ， 势 必 出现 成桥状态的线形不符合设计要求的情况。 悬臂施工属于典 型的 自架设施 工方法 ， 由于预应 力混凝土连续梁桥在施工过程中已成结构 的( 悬臂阶 段) 状态是无法事后调整的， 所 以， 针对该 ( 4 0+4 6 4 + 4 0 ) I n预应力混凝土连续梁桥 的结构 和施工 特点 ， 该桥的施工监控主要采用预测控制法。 预 测控 制法 是指 在全 面考 虑影 响桥梁 结构 状态 的 各种因素和施工所要达到的 目标后 ， 对结构 的每一个 施工阶段形成前后的状态进行分析预测 ， 使施工沿着 预定的状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差 存在， 某种误差对施工 目标 的影响则在后续施工状态 的预测中予以考虑。以此循 环， 直到施工完成并获得 和设计相符合 的结构状态。 2 3施工控制的计算方法 桥梁结构从悬臂浇筑施工到最终成桥， 需经历一 个复杂施工过程以及结构体系的转化过程。对施工过 程 中每个阶段的变形计算 和受力分析 ， 是桥梁结构施 工控制中最基本的内容。为达到施工控制 的 目的， 就 铁道建筑 需 要 对桥 梁施 工 过程 中每 个 阶段 的变形 情况 进 行预 测 和监控 ， 采用合理的理论分析 和计算方法来确定桥梁 结构施工过程 中每个 阶段 的结构行为。针对该( 4 0+ 4 6 4+ 4 0 ) m 预应 力 混 凝 土 连续 梁 桥 的实 际 情 况 ， 采 用正 装 分析 法进 行施 工 控 制 结 构 分 析 ， 并 用 倒 退 分 析 计算各阶段梁体 的理论状态。 2 4 施 工控 制 分析 的步 骤 1 ) 施工 监 控 首 先 要 根 据 施 工 图纸 进 行 初 步 的计 算。在正常的施 工过程 中会存在许 多难 以预料 的因 素 ， 会出现施工进度安排等与初始计算不符的情况 ， 若 出现此情况应根据施工单位实际提供的施工步骤进行 重 新计 算 分析 。 2 ) 分 别考 虑梁 段 的 自重 、 施加 的预 应 力 和 混 凝 土 收缩 、 徐变以及温度 的变化等因素对结构 的影 响。对 于混凝 土 的收缩 、 徐变 等在 各施 工 阶段 中逐 步计 入 。 3 ) 每一阶段 的结构分 析必须 以前一 阶段 的计算 结果为基础。之前各施工阶段受力状态是本阶段确定 结构轴线的基础 ， 之前各施工阶段结构受力状态是本 阶段时效的计算基础 。 4 ) 计算 出各阶段 的位移之后 ， 根据后续施工 阶段 对 本 阶段 的影 响 ， 进 行 倒 退 分 析 即可 得 到各 阶段 桥 梁 结构的合理状态和立模高程 。 3 计算模型 与理论值 3 1计算 模 型 本文采用有限元方法计算结构在 自重 、 预应力 、 施 工荷载等作用下每一施工 阶段 中结构的位移 ， 给 出理 论立模高程以指导实际施工。首先建立连续梁桥的有 限元计算模型 ， 由于连续梁悬臂浇筑施工的阶段性 ， 按 照每一个施工梁段划分单元 ， 模 型里的每一个单元 和 实际施工中的浇筑号段严格对应 。根据设计图纸反映 的内容 ， 对全桥总体结构建立能反映施工荷 载的有 限 元模 型 ， 对 该桥 进行 了正装分 析 ， 得 到各 阶段 主梁 变形 状态。计算模型中根据悬臂施工梁段的划分和支点 、 跨 中、 截面变化点等控制截面将全桥划分为 1 2 5个节 点和 1 2 4个单元 。采用桥梁博士软件进行施工模拟分 析 。考虑混凝土收缩徐变 的时间依存 性参数 ， 按照实 际的施工顺序 ， 模拟结构的形成 、 荷载的施加 、 边界条 件的变化及结构体系的转变等对结构变形的影响。计 算结果输 出每一个施工 阶段 中结构 的位移和 内力 ， 在 实际施工控制中作为理论值与实测值进行 比对 ， 发现 误差较大及时进行调整 ， 使施工过程得 以有效的控制。 3 2成桥 阶段 累计 位移 湟水河特大桥成 桥阶段 累计位移如 图 1所示 ， 图 中示 出 了 成 桥 阶 段 即 二 期 恒 载 铺 装 后 和 收 缩 徐 变 1 5 0 0 d后的累计位移 。Z K活载( 双线) 作用下箱梁向 下 的位移 如 图 2所 示 。 1 5 1 O 薹s 蠢。 一5 1 0 凡人 八 - -f - 2 位 。 + 收缩徐变后位移 l 图 1 ( 4 0+ 4 6 4+4 0 ) i n预应力混凝土连续 梁桥 累计位移 O 一 ) 一 1 0 柩 一I 5 烬 甍一 2 0 -2 5 距 粱端距离， m 1 O O 2 0 0 3 0 0 图 2 Z K活载作用下箱梁 最大竖向位移 3 3立模 高程计 算 在主梁的悬臂浇筑过程 中， 梁段立模高程 的合理 确定 ， 是关系到主梁线形是否平顺 ， 是否符合设计的一 个重要 问题。如果在确定立模高程时考虑的因素 比较 符合实际， 而且加以正确的控制 ， 则最终桥面线形较为 良好 。施工中的关键技术是设 计参数 的识别 、 调整并 准确确定各阶段的立模高程 ， 立模高程并不等于设计 桥梁 建成 后 的高 程 ， 一 般要 设 置一定 的预拱度 ， 以抵 消 施工中产生的各种变形( 竖向挠度) 。 立模 高 程计 算公 式如 下 Hf m l =H + f + + + 十 + f 式 中， 日 为 i 阶段立模高程 ； H 为 i 阶段设计 高程 ； 为 由本 阶段及 后 续施 工 阶段 梁段 自重 在 i 阶段 产 生的挠度总和 ； 厂 2 为由张拉本 阶段及后续施工 阶段 预应力在 i 阶段 引起 的挠度 ； 为混凝土收缩 、 徐变在 i 阶段引起的挠度 ； ， 4 为施工临时荷载在 阶段引起 的 挠度 ； 为使用荷载在 i 阶段引起的挠度的 5 0 ； 为 挂篮变形值。 其中挂篮变形值 根据挂 篮加 载试验确 定 ， ， 在 前进 分析 和倒 退分 析计 算 中 已经加 以考 虑 。 根据上述计算式和监控分析 ， 可以计算 出各梁段 的预 拱度( 相对于设计高程) ， 如图 3所示。 2 0 1 3年第 3期 高永贵 ： 客专 多跨 预应力 混凝土连续梁悬臂施工控制 暑 皇 轼 蘑 人 V 粱 图 3 梁体 预拱度 4施工监控 的实施 4 1 监控 方 案的确 定 以施工方案及设计 图纸为依 据 ， 按照客运专线相 关规范的要求 ， 通过结构分析和监控计算参数的确定 ， 制定线形监控方案 。确定计算模型并做出施工控制计 算 ( 包括各施工 阶段 累计位 移、 成桥 阶段累计位移及 立模高程计算及各阶段累计应力 ) ， 制定应力监控方 案、 测量监控方案等， 确定施工监控方案。 4 2线形 监控 桥梁的线形监控是预应力混凝土连续梁施工监控 中的一项非常重要的内容。线形控制就是严格控制每 一 阶段箱梁的竖向挠度 ， 若有偏差且偏差较大时 ， 就必 须立即进行误差分析并确定调整方法 ， 为下一 阶段更 为精确的施工做好准备工作 ， 以保证桥梁的线形满足 设计要求。 对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁 桥 ， 施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实 值进行施工阶段计算 ， 确定 出每个悬浇阶段 的立模高 程 。并 在施 工 过程 中根 据施 工监 测 的成果 对误 差 进行 分析 ， 通过计算对下一阶段立模高程进行调整 ， 以此来 保证成桥后桥面线形和合龙段悬臂高程的相对偏差不 大 于规 定值 。 挠度观测资料是控制成桥线形最主要 的依据。在 整个施工过程中主要观测 内容如下 ： 混凝土浇筑前 的高程测量； 混凝土浇筑后 、 预应力张拉前的高程测 量 ； 预应力张拉后 、 挂篮行走前 的高程测量； 挂篮 行走后的高程测量 ； 拆除挂篮后边 ( 中) 跨合龙前 的 高程测量 ； 最终成桥后的高程测试。 4 3应 力监 控 应力监控是施工监控的主要 内容之一 ， 它是施工 过程的安全预警系统。结构应力 同结构几何 位置一 样 ， 随着施工的推进 ， 其值是不断变化 的。某一时刻的 应力值是否与分析 ( 结构分析预测 ) 值一样 ， 是否超 出 安全范围是施工控制关心的问题 。若监测发现应力异 常情况 ， 应立 即暂停施工 ， 查找原因并及时进行处理 。 应力监控应针对每个主要施工阶段进行。在每个 施 工 阶段 都 进行监 测 ， 各 阶段根 据施 工进 度进 行测试 ， 各阶段应力监测主要包括 ： 施工阶段混凝土浇筑前 的应力测试 ； 施工阶段混凝土浇筑后、 张拉前的应力 测试 ； 预应力张拉后的应力测试 ； 在每一阶段测试 完毕后应对测试结果进行分析和 比较 ， 若存在较大误 差则应分析原因并采取相应措施 。 5 结束 语 悬臂施工法是 预应力混凝 土连续梁桥、 连续刚构 的 主要施 工方 法 。对 于 预 应力 混凝 土 连 续 梁 桥 、 连 续 刚构来说 ， 采用悬臂施工方法虽有许多优点， 但是这类 桥梁的形成要经过一个复杂 的过程 ， 当跨数增多、 跨径 较大时 ， 通过施工监控可保证合龙前两悬臂端竖 向挠 度的偏差不超过容许范围和成桥后线形的合理 。 参 考 文 献 1 向 中富 桥梁 施 工控 制技 术 M 北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 20 01 2 顾安邦 ， 张永水 桥梁施工监测与控制 M 北 京 ： 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 5 3 范立础 预应 力混凝 土连续 梁桥 M 北京 ： 人 民交通 出版 社 ， 1 9 8 7 4 中华人 民共 和 国铁 道 部 铁建 设 2 0 0 7 4 7号 新 建 时速 3 0 0 3 5 0公里客运 专线 铁路设 计 暂行规 定 s 北 京 ： 中国铁 道 出版社 ， 2 0 0 7 5 中华人 民共 和 国铁道 部 T B 1 0 0 0 2 3 2 o 0 5 铁 路桥 涵钢 筋混 凝土和预应力混凝土结构设计规范 s 北京 ： 中国铁 道出 版社 ， 2 0 0 5 6 过 镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 北京 ： 清华大 学出版社 ， 2 0 0 6 7 赵龙江 ， 王海彦 ， 曹 书生 大跨度 预应力混 凝土连 续梁桥 的 施工控制 J 铁道 建筑 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 2 4 2 6 8 朱伯芳 有限单元法原理与应用 M 北京： 水利电力出版 社 。 1 9 7 8 ( 责任审编赵其文) 如 5 0 ：竿