连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素分析.doc

连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素分析连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素分析 刘跃华 李国平 （同济大学桥梁工程系，200092） 摘要大跨径多跨连续梁桥悬臂浇筑施工时，挠度控制的好坏直接影响到连续梁桥成桥后正常使用状态下的线形。本文结合广东某在建ZQ桥悬臂浇筑的施工状况，重点阐述了采用挂篮平衡悬臂浇筑施工中结构预拱度设置的方法、影响挠度控制的一些主要因素，从而确保结构合拢精度和成桥后的线形。 关键词连续梁桥 悬臂浇筑 挠度控制 因素分析 序言 大跨径多跨连续梁桥悬臂浇筑施工最重要的任务之一就是挠度的计算与控制。为确保结构合拢精度和成桥运营状况下的线形，结构状态参数的选取及悬臂浇筑过程中预拱度的设置显得至关的重要。本文结合笔者驻施工现场半年的体会和正在施工的ZQ桥的现状阐述挂篮悬臂浇筑混凝土挠度控制的方法。 工程概述 ZQ桥主桥为（86+4x136+86）m六孔预应力混凝土连续箱梁桥（见图1），混凝土标号为60#。主桥上部结构为宽翼薄壁单箱单室箱梁，顶板宽22.0m,底板宽10.0m，两侧悬臂各6m，梁高8.0m-3.0m，底板厚1.0m-0.3m（见图2）。采用纵向、竖向及横向三向预应力体系，按挂篮悬臂浇筑法施工（见图3）。 图1.半主桥连续箱梁纵向立面图 中支承断面梁高8m，跨中及边跨支架现浇段梁高3m，桥面横坡通过箱梁顶板调整，为1.5%，底板横向水平，箱梁底缘按二次抛物线变化。腹板厚度采用75cm、65cm、50cm三种，底板厚度从根部支点100cm变化到30cm，顶板厚度悬臂端沿横向由20cm变化到90cm，箱内沿横向由90cm变化到25cm。 箱梁0#块纵向长度400cm，1#-6#块为300cm，7#-13#块为350cm，14#-18#块为450cm，合拢段均为200cm，边跨现浇段为1686cm。 图2.根部和跨中截面（单位为cm） 图3.ZQ桥挂篮悬臂施工掠影 挂篮的施工控制 在悬臂浇筑混凝土的过程中，挂篮体系的变形是不可忽视的。挂篮体系的变形一 般是由挂篮体系在混凝土重量作用下的弹性变形及挂篮系统各连接杆件因松动而引起的几何变形组成的。一般而言，挂篮体系的弹性变形是可以做到心中有数的，而几何变形通常因为其影响因素较多，从而增加了对其预测的难度。但是，尽管如此，挂篮体系的变形仍然是可以控制的。对于挂篮体系的弹性变形，一般可以通过空间有限元杆系程序近似地计算悬臂浇筑各节段作用下的挂篮变形，然后可以绘制挂篮弹性变形与节段重量的关系曲线。对于挂篮体系的几何变形，可以通过挂篮预压试验消除其影响，同时拧紧连接螺栓。另外，从挂篮预压资料中可以了解挂篮在模拟荷载作用从加载到卸载的过程挂篮体系的弹性变形和几何变形，这对于悬臂浇筑过程中挂篮变形的预抛高有一定的参考意义。从ZQ桥施工现状笔者体会到挂篮体系的变形起着举足轻重的作用。为避免挂篮体系的几何变形难以预测，一般要求施工单位在挂篮定位时紧固挂蓝，这比挂篮变形理论计算值更为重要。 四、悬臂浇筑施工的挠度控制 结构预拱度的设置 连续梁桥悬臂浇筑施工时的挠度组成有：各主墩分段悬臂浇筑时T构体系的挠度；体系转换后各阶段连续体系的挠度和成桥后由恒载、活载及体系后期收缩徐变引起的挠度；挂篮体系受载后的挠度。由于挠度的计算涉及到计算图式、临时荷载模拟、混凝土浇注过程的模拟、预加力位置和张拉的模拟、后期恒载、活载的影响以及长时间的徐变的影响等等，所以挠度的精确计算实际上极其复杂，因而，在施工控制之前应反复的较核计算数据并与设计数据比较从而发现问题。而在施工控制过程中，也应根据实测的标高数据修正结构分析参数。 综上所述，结构预拱度的设置包括：结构施工过程中的预变位，可由成桥后恒载、活载及体系后期徐变引起的挠度确定；成桥后活载引起的预变位；挂篮体系变形的预抛高。 2.结构变形的测量 为正确反映桥梁施工的变位，把梁底标高作为施工控制的目标。每节段变位监测点从梁底测点经腹板引到桥面。挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位，浇完混凝土后，通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高，建立梁底与梁顶测点的标高关系，这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值反馈出来。 3.结构的挠度控制 悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括三个关键工况：挂篮前移定位标高；混凝土浇筑后标高；预应力张拉后标高。 挂篮前移定位标高 挂篮前移定位标高由四项内容组成。其一是结构成型的设计标高；其二是结构施 工期的预变位，可根据结构成型线形反馈计算求得；其三是活载引起的预抛高；其四是挂篮体系在节段混凝土浇筑过程中的变形预抛高。定位标高是控制结构线形的关键内容，故在挂蓝前移的过程中，应保证前吊带的均匀受力、后吊带与后锚收紧、控制点定位标高的正确。 混凝土浇筑后控制标高 混凝土浇筑后各控制点的标高，主要用于已建结构状态的校核，以便修正已建结 构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数、调整与优化成桥线形，得到待浇节段的施工标高。 预应力张拉后标高 预应力张拉后结构控制标高的测量，目的在于获得与利用实测结构参数反馈计算 值的差异，从而了解预加力值是否发生偏差、预应力的线形模拟是否恰当、预应力损失是否估计得正确以及决定是否修改预加力的理论值。 五、影响挠度控制的因素 影响连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素很多，以下就八个主要的因素做一些分析。 挂篮变形 如前所述，挂篮体系的变形对于连续梁桥悬臂浇筑施工结构挠度的控制起着重要的作用。挂篮体系的变形一般可以参考其预压试验的资料，而具体的预测应根据已建梁体施工时挂篮变形加以分析，从而可以推测待建梁体挂篮的预抛高。挂篮变形预测的误差将直接导致节段标高的绝对误差和相对误差。 混凝土弹性模量Eh JTJ023-85规范规定短期荷载作用下受弯构件的刚度对于全预应力混凝土构件采用0.85EhI,其中Eh为混凝土的割线弹性模量，I为构件换算截面惯性矩。此规定的实质即对于全预应力混凝土构件在短期荷载作用下受弯构件混凝土的弹性模量采用0.85Eh。由于混凝土弹性模量的取值大小对于结构的计算分析有非常重要的作用，而施工现场混凝土弹性模量试验要做到试块的受力与真实构件的受力相一致，这实质上有很大的困难，从而一般导致试验得到的混凝土弹性模量数值偏大。因而建议一般按规范取值。 构件尺寸 构件实际尺寸与其设计理论值可能因模板放样误差、混凝土浇筑引起的模板走样而产生一定的偏差，而这种偏差将导致结构截面的几何特征、恒载与理论计算值存在偏差。因而，一般要求在节段施工完成后进行截面尺寸较核以便修正结构截面几何特征。 结构超重 结构节段实际的混凝土用量可能因混凝土浇筑引起的模板走样而与理论设计用量产生一定的偏差，而这种偏差将导致结构节段混凝土超重、恒载与理论计算值存在偏差，这种偏差可以据结构节段施工的实测反馈数据加以估计。同时也可根据截面的含筋量、混凝土用量来估计结构的超重。 预应力管道定位 由于悬臂浇筑的施工方法决定设计所用的预应力束的重心与悬臂梁截面的重心比较接近，从而使得预应力管道定位正确与否对预应力张拉引起悬臂梁挠度的变化非常敏感，预应力管道定位误差1cm将可能导致预应力张拉引起的梁体变位误差数倍于管道定位误差。所以，预应力管道的定位应该力求正确。 预应力张拉影响 对于连续梁桥纵向预应力的张拉一般均采用两端同时张拉程序。由于实际的操作过程要做到两端同步张拉是极其困难的，所以，实测的预应力钢束引伸量或悬臂端预应力引起的结构变位通常与设计理论值有较大的出入。因而，要确保预应力张拉的同步到位，应该改进预应力的张拉工艺。 预应力管道摩阻系数 预应力管道的摩阻系数直接影响预应力损失，但据计算分析表明，管道摩阻系数的大小对预应力张拉引起梁体的标高变化影响很小，摩阻系数增大一倍，其引起的悬臂最大的节段在预应力张拉后标高降低不足1cm。 混凝土收缩徐变 混凝土收缩徐变的影响因素较多，故在建立结构模型时应把一些确定性的因素估计正确，如加载时间、临时荷载、永久荷载等。然后可以根据节段混凝土浇筑后养护期控制点标高变化获得其实际的影响。特别值得一提的是，由于该桥五个主墩施工进度存在很大差别，在时间上相差四个月。如此长的时间差异将明显引起主墩之间的徐变差异，因而，对ZQ桥而言，时间的估计正确与否对于结构挠度控制有很大的影响。 六、结束语 本文结合ZQ桥悬臂浇筑施工的挠度控制，就影响结构挠度控制的诸多