大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术

【摘要】文章通过阐述线形控制技术的程序框图及基本原理，详细的阐述了大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术。

【关键词】大跨度；悬臂箱梁；线形控制

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

科技的不断进步，使得我国线形控制技术飞速的进步。我国在大跨度变截面悬臂箱梁施工上也取得了一定的成绩。线形控制技术是大跨度变截面悬臂箱梁施工的核心。因此，有必要对大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术进行详细的分析。

二、必要性

随着国内桥梁施工水平的不断提高，对连续梁在外观线形方面的要求也随之提高。施工中因设计参数误差(如材料特性、徐变系数等)、施工误差(如梁段重量、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等的存在，势必导致施工过程中桥梁的实际状态(线形)与理想目标存在一定的偏差；这种偏差如不及时加以识别和调整控制，累积到一定程度在影响梁体线形的同时将对施工过程中结构的安全带来严重影响。为此，对施工过程进行线形监控，及时识别施工偏差，根据监控数据计算修正，确定每个悬浇节段的立模高程，就显得非常有必要。

三、线形控制技术程序

大跨度桥梁的线形控制是施工量测识别修正预告施工的循环过程,即首先根据结构分析计算,确定箱梁理论立模高程并实施,然后监测已完成梁段的高程和平面位置,将已完梁段的实际高程和预计高程相比较,在对偏差的结果的综合分析的基础上,对待浇梁段的立模高程和平面位置加以调整。

线性控制实施的程序框图见图1。

四、线形控制基本原理

线形控制即在预应力混凝土刚构悬臂法施工阶段,对桥跨结构所发生的几何变形运用控制软件,进行矫正,使其达到设计的理想状态。线形控制的基本原理就是模拟施工现场的实际情况,将各影响因素导致的挠度叠加并反向加入施工控制过程中,使完成后的梁部线形符合设计要求。悬臂梁施工线形控制的关键是要分析每一施工阶段、每一施工步骤的结构挠度变化状态,确定逐步完成的挠度曲线。根据计算提供梁体各截面的最终挠度变化值(即竖向变形),设置施工预拱度,据此调整每块梁段模板安装时的前缘标高。用公式表示如下：Hi=H0+f

式中:Hi为第i梁段的实际立模标高;H0为第i梁段的设计标高;f为综合考虑各种因素的影响而增设的施工预拱度(设计已给,向上为正,向下为负)。

五、实例分析

1工程概况

普安特大桥全长913m，主跨为85m+160m+85m预应力混凝土连续刚构，位于半径7035m的圆曲线上和35000m半径的竖曲线上。刚构设计为变截面箱梁，梁高2.00～9.75m，梁宽7m，桥面宽12.5m，梁底按二次抛物线设置。全梁共79节段，桥梁上部主体结构均采用悬臂现浇法施工。由于梁体跨度大，节段多，对梁体线形控制有着较高的要求，如控制不好，不仅影响梁体的外观质量，更重要的会影响梁体的运营。为此，在梁体施工过程中，针对大跨度混凝土连续刚构线形控制进行了专题研究。

2、影响梁体线形主要因素分析及计算

（1）主要影响因素

施工过程的挠度计算不仅与力学计算模型的选取有关，而且更重要的是与许多影响挠度的因素相关，这些主要因素包括:

1)施工阶段的一期恒载(梁自身静载)和预加应力;

2)施工临时荷载，即悬浇的挂篮、施工荷载等;

3)其他因素，即温度变化、混凝土收缩徐变等。

除此以外，还有许多随机变化的待定因素，如混凝土自身的弹塑性性能，各节段施工周期随季节变化的不定性，预应力损失的随机性，日照使结构混凝土内外温度变化的不均衡性等。

（2）主要影响因素的计算方法

1)施工静载引起的挠度(如图2所示)

施工静载包括一期恒载和施工临时荷载，各节段的混凝土自重属一期恒载，挂篮设备以及机具人员等属于施工临时荷载。混凝土自重产生的挠度通过悬臂梁的自重挠度公式进行计算，在此不赘述，仅说明各节段对各点挠度的叠加公式。

由于各个节段对其前面的节段均会产生挠度，故而计算各节段的自重挠度值时必须进行叠加计算，具体计算公式为

式中δij――j节段自重及预应力束在i节段端头产生的挠度;

δi――由各梁段自重在i节段产生的挠度总和;

Σδij――由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和;

由于挂篮设备的重心距悬臂梁的根部力臂较大，造成已完成梁段的变形，从而使待浇筑梁段模板下垂;这种变形属于弹性变形，将随着挂篮的拆除而消失，因此在设置预拱度时，要预先考虑施工临时荷载δ4i的影响。即施工临时荷载属于在施工中移动的临时静载，是静载计算的一个特例，且该施工静载随着节段的前移使挠度不断增大，但随着节段的完成最后在合龙时拆除而归于0，故在高程计算过程中要予以扣除。

挂篮自重及临时荷载引起的挠度计算，实际就是n节段重量等于挂篮及临时荷载重量引起的挠度δin的计算。且该挠度按照负值计算(在合龙后挠度消失，梁体在最后统一产生负挠度，故在前期计算按照负挠度叠加)。

2)预应力引起的挠度

由于悬臂结构施工时的预应力束均在梁体的上部，所以各节段预应力引起的挠度一般为负值。根据预应力引起的挠度计算公式计算叠加而得出各节段的预应力挠度值δj，具体叠加办法同梁体自重产生的挠度叠加办法相同。

3)挂篮变形引起的挠度

由于悬臂结构各节段的自重达到1000kN以上(项目的悬臂结构最重的节段已达到2500kN)，所以挂篮的变形值也必须予以考虑。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验(挂篮加载试验是在挂篮安装完毕后，按照悬臂浇筑最重节段的120%进行加载通过测量得来)的各项综合测试结果，绘出挂篮荷载--挠度曲线，然后进行内插而得挂篮变形挠度值δig。

4)混凝土收缩徐变的影响

当施工阶段变形的理论计算值与实测值符合较好的情况下，可以通过累计变形分析来调整混凝土的收缩徐变系数。即在理论模型中首先将混凝土重度、梁体尺寸、钢绞线张拉应力、钢绞线摩擦系数等参数调整准确，保证理论模型与实际结构的“初步”吻合，进而由累计变形理论计算值与实测值的差异来调整理论模型中混凝土收缩徐变系数，使累积变形的理论模型与实际结构的变形相吻合。

（3）竖向线形指标计算

在计算出以上各个技术参数的基础上，对各个节段的立模高程进行预测计算。在各节段施工前就要预先确定该段的立模高程，每节段立模高程的计算采用下面的立模高程计算公式

式中Hlmi--i节段立模高程;Hsji--i节段设计高程;

通过以上的计算，就可以准确地预先计算出各个节段的施工立模高程，再根据提供的立模高程进行施工前后的监测分析，以确定后续高程的计算。

3、线形监控实施

在悬臂箱梁开始施工前，为了测量工作的方便，通过设计单位提供的施工区平面导线点，在0号块现浇梁墩顶选择可靠点进行控制点加密，并以多边形导线网的技术要求和精度指标进行联测复核。

在施工过程中，每个节段均需进行数次观测(即浇筑混凝土前、浇筑混凝土后张拉前、张拉完成后、挂篮移出后均须进行高程观测)，观察各控制测点的挠度、主梁合龙精度及桥面的线形。鉴于日照温差的复杂性，为了提高测量精度，观测的时间宜安排在早晨太阳出来之前进行。根据测定的数据进行分析，判定是否需要进行调整或参数修正。

首先通过选取2个节段的监控对比和施工影响系数调整，并据此预设反拱数值满足线形监控的需要然后根据该组参数对后续节段继续进行理想高程的调整，以达到最终的理想线形。在后续的施工监测中，因该参数一直得到应用，故满足了施工监控的要求。通过有效的自适应控制分析和线形控制，刚构桥梁的线形得到了有效的控制，完全满足了设计要求。

4、结果分析

对普安特大桥主桥85m+160m+85m连续刚构，在梁体施工过程中，采用上述方法进行了线形控制和监测调整，最终使梁体得到良好的线形。

六、结束语

综上所述，线形控制技术对大跨度变截面悬臂箱梁施工质量起着重要的作用。所以我们要加强对大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术的研究。

参考文献

[1]张继尧.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[J].人民交通出版社,2012（5）：46-49.

[2]姜伟.大跨度连续梁施工和线型控制技术[J].铁道建筑，2010(1):92-94．