大跨度悬灌连续梁线型控制施工技术

摘要：本文主要针对国内广京港客运专线铁路连续梁线型监控情况，对Midas civil 在线型控制中的应用情况进行了总结性概述

关键词：有限元；分析；连续梁；线型控制

中图分类号： U448.21+5 文献标识码： A

引言

京港客运专线一桥梁采用了一联三孔的( 32+ 48 + 32) m 预应力混凝土双线连续箱梁，主梁为单箱单室、变高度、变截面结构。全长113. 3 m，全梁采用悬臂浇筑法施工，边跨梁长32. 64 m，分为8个梁段; 中跨梁长47. 99 m，分为15 个梁段，两个主墩顶各设一节0#梁段，全梁共31 个梁段。在线型控制中，采用Midas civil 有限元分析软件建模，并根据模拟检算的数据，结合现场各个节段的标高变化情况进行监控，成桥后的线型取得了预期的效果。

一、模型建立

1、连续梁模型

主要用于分析恒载、预应力、收缩徐变、施工荷载和体系转换作用引起的抛高，以及1 /2ZK 活载作用下引起的抛高。建模时应按照连续梁设计图纸，确定材料、截面和荷载建立模型，其中，材料的弹性模量及强度应采用0#段的混凝土试验数据进行修正，喇叭口及管道摩阻系数需要根据摩阻试验数据进行修正，以确保各项参数更加符合施工实际情况。见图1。

图132 + 48 + 32 m 连续梁模型

2、挂篮空间模型

按照挂篮的形式、各部件的材料、以及混凝土标准梁段湿重荷载建立挂篮的空间模型，主要用于计算挂篮在浇筑混凝土时的挠度及应力情况，分析弹性变形量。见图2。

图2 挂篮空间模型

3、挂篮平面模型

按照挂篮的形式、以及桁架的主要结构进行建模，用于模拟挂篮的预压试验，并与试验数据进行比对分析挂篮的弹性变形情况和塑性变形量。见图3。

图3挂篮平面模型

二、挂篮预压试验及数据分析

挂篮使用前，必须进行预压试验，以检验挂篮各构件的受力情况、挂篮的抗倾覆性及挂篮的刚度，消除挂篮的非弹性变形和测定弹性变形量，为挂篮的使用和梁体的线形控制提供基础数据。

1、挂篮预压试验

比较简单易行的试验方法是选择一块平整场地，将一套挂蓝的2 片主桁架水平放置，用水准仪抄平，后端用φ32 精轧螺纹钢锁定，前端用千斤顶对拉。按50%、30%、20%、20%、10% 逐级加载至最大荷载的1.3倍，检查各部件焊缝有无开裂，同时记录张拉力与位移数据，根据试验测出主桁架和前吊杆钢筋的位移和伸长量，绘制力与位移关系曲线，实测力与位移结果于结构分析结构一致，说明挂蓝设计与加工达到了预期的目的。

2、数据分析

根据初始标高和加载及减载过程的观测值，绘制挂篮的载重—变形量曲线，以备梁体线形控制计算使用。为便于分析，需要为每条变形量曲线添加渐近线及相关系数的R 平方值，其中，R2 越接近于1，则表明趋势线越可靠，试验数据可用性就越高。

三、摩阻试验及数据分析

由于预应力筋过长或弯曲过多都会加大预应力筋的孔道摩阻损失，特别是弯曲多、弯曲半径小、弯曲角度较大的预应力筋，两端张拉时，中间段的有效预应力损失较大；另外，在施工过程中，预应力孔道埋设与设计存在误差时，预应力损失也是不同的。根据实测资料表明，尽管孔道材质、力筋束种类以及张拉控制力相同，但孔道摩阻系数却大不相同，其次，各个厂家生产的预应力筋用夹片式锚具及锚垫板也是不相同的，预应力筋在锚具及锚垫板处发生的摩擦损失也不相同，需要对锚具和锚垫板处产生的预应力损失进行现场测定。因此，必须进行管道摩阻及锚口、喇叭口摩阻试验，以修正张拉参数及模型参数。

1、管道摩阻试验

管道摩阻测试在实体梁上进行，测试时采用的张拉设备与实际施工时的设备相同，测力传感器为4000 kN 穿心式压力传感器(精度0. 5%) ，钢束伸长量通过钢板尺测量张拉端油缸长度并减掉夹片回缩量来获得。

管道摩阻测试采用一端张拉，从10%的张拉控制拉力开始，分8级张拉至80% 的设计张拉力，每个管道张拉两次。测读内容包括: 张拉端与被动端测力传感器读数、张拉端油缸伸长量、被动端油缸外露量、张拉端与被动端夹片回缩量。

2、试验选择预应力束

原则如下:

(1)预应力束的长度不能太小，否则，摩阻损失较小，而影响因素较多，试验精度难保证。

(2)预应力束的长度不能过大，因为试验时预应力束为单端张拉，预应力束的伸长量较大，若预应力束长度过大则会增加试验的难度。根据以上原则，本桥在试验中选择2 束腹板束和1 束顶板束进行孔道摩阻试验。

3、遵循规范

应根据《TB 10203—2002 铁路桥涵施工规范》附录所建议的仪器布置测试孔道摩阻损失，仪器布置如图4 所示。

图4管道摩阻试验设备安放及下料长度示意图

4、锚口、喇叭口摩阻试验

由于锚口和喇叭口损失在张拉力中所占比重较小，故将锚口和喇叭口损失合在一起进行测试。锚口、喇叭口摩阻测试都在现场预制的5.0 m 长试件上进行，采用一端张拉，试验张拉控制力为预应力钢绞线的0. 8 f ptk A p ( Ap为14根钢绞线的面积) ，测读内容主要为摩阻损失前、后测力传感器的读数需要做一试验梁( 梁长5 m，截面为0. 5 m×0. 5m，配置一定的普通钢筋及锚下螺旋筋) 。

5、试验数据处理

(1) 管道摩阻试验数据处理分析

箱梁管道摩阻力由管道曲率效应和偏差效应两部分组成，管道摩阻可按下式计算: FB = FZe－(μθ+kl) 。式中: FB、FZ—分别为张拉端和被动端管道口的钢束拉力；θ、l—分别为管道总弯起角( rad) 和管道总长度( m) ;μ、k—分别为钢束与管道壁之间的摩擦系数和管道的偏差系数；FB、FZ可由测力传感器测出，θ、l 按设计值取用，按二元线性回归即可求得μ、k。

(2) 锚口、喇叭口摩阻试验数据分析处理

按照图5所示布置，忽略试验梁段内很短的直线孔道摩阻损失，两端压力传感器的压力差即为锚口、喇叭口的应力损失之和。锚口、喇叭口摩阻损失比例为试验最大张拉力下主动端与被动端测力传感器读数差值占主动端张拉力的百分比。本桥中试验数据处理情况。

图5 锚口、喇叭口摩阻试验混凝土试件示意图

实测的锚口摩阻和喇叭口摩阻两项损失合计为10.9%，实测值比设计值( 6. 0%) 偏大4. 9%。综合考虑管道、锚口和喇叭口摩阻，须考虑提高预应力束的原设计张拉控制应力。

四、线型监控及测量数据分析

线型控制的实施性工作主要分为现场监控和测量数据分析，两者均是线型控制的重要工序。

1、现场监控

(1) 及时提供0 #段的混凝土试块弹性模量及28d 混凝土强度，并以此数据修正Midas civil 模型中的参数，使模型更加接近施工实际;

(2) 挂篮和模板系统就位后，应严格按照提供的理论立模标高进行立模，误差应控制在1 cm 以内，根据梁截面高度，推算梁顶( 或梁底) 的立模标高，并做好记录;

(3) 在各悬臂段浇筑的同时，严格按照要求，埋设梁顶水准点( 梁底水准点不用埋设钢筋头) ，钢筋头底端应与梁段结构钢筋绑扎牢固，避免浇筑混凝土时钢筋头松动下沉，并记录钢筋头的外露长度，与混凝土拆模后进行比较，检验钢筋头是否松动，造成较大的施工误差。

(4) 每个梁段在浇筑前、浇筑后、张拉前、张拉后及结构体系转换前后监测各梁顶水准点的标高，并去除误差较大的测点，剩余各点做算术平均处理后作为该梁段在该阶段的实际标高，并及时反馈;

2、数据分析

测量数据分析是在现场监控数据的基础上，结合Midas civil 有限元分析的预拱度、挂篮的弹塑性变形等理论数据，对比实际变形情况，分析施工误差、理论计算误差等，对下一节段的抛高进行预测，从而确定下一节段的立模标高。结合本桥控制情况，当超过10 mm 时，则说明误差较大，应引起较高的重视。

结束语

线型控制是连续梁施工的关键工序之一，受各种影响因素制约，除建立准确的模型外，更为重要的是在施工中控制多种因素，避免施工误差和偶然误差等，在一定程度上保证了线型控制的施工。

参考文献：

[1]周大勇.大跨度连续梁施工线形控制技术探讨[J].绿色科技,2011(12)

[2]邓凤学.大跨度连续梁桥悬臂浇筑施工的挠度控制分析[J].铁道建筑,2008(3)