婁鋒

摘 要：本文背景橋梁為40+60+40m的三跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，其施工方案為掛籃懸臂澆筑。本文主要研究橋梁的施工監(jiān)控全過程。同時由于本橋?qū)捒绫容^大，剪力滯效應明顯，本文將通過對比，研究剪力滯效應對本橋的影響。

關鍵詞：預應力混凝土連續(xù)梁；掛籃懸臂澆筑；施工監(jiān)控；剪力滯效應

1 基本概況

背景橋梁為左幅為40+60+40m的三跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，上部結(jié)構(gòu)為全預應力構(gòu)件，采用單箱五室變截面，頂板寬33m，墩頂梁高3.8米，跨中梁高2.0m，按照1.6次拋物線變化。邊跨10m范圍內(nèi)為等截面，梁高2.0m。施工方案為掛籃懸臂澆筑。其橋型布置圖、箱梁截面及施工階段劃分見下圖：

2 計算模型

本文采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型，模擬橋梁的整個施工過程。模型共有46個主梁單元，20個橋墩單元，共計66個單元。結(jié)構(gòu)計算模型參見下圖：

2.1 主梁結(jié)構(gòu)受力分析

分別對主梁結(jié)構(gòu)施工階段抗彎承載能力、運營階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應力及撓度進行驗算，結(jié)果表明，上述各項均滿足規(guī)范要求，說明主梁結(jié)構(gòu)設計合理，能夠滿足設計荷載即公路-Ⅰ級正常運營。

2.2 橋梁施工監(jiān)控

施工監(jiān)控的主要內(nèi)容包括變形及線形監(jiān)控、應力監(jiān)控。

2.2.1變形監(jiān)控

變形測點布置于各節(jié)段端部0.5m處，每斷面布置2個測點（左、右兩側(cè)），橫斷面測點布置圖如下：

成橋后，在每個節(jié)段的中央分隔帶邊緣和防撞護欄邊緣各設置一個標高測點，每個截面共4個測點，測點布置如下圖所示。

由于背景橋梁為40m+60m+40m的預應力混凝土連續(xù)梁橋，其幾何非線性表現(xiàn)不明顯，故而在確定正裝分析法初始線形狀態(tài)時，無需迭代，直接可由倒裝分析法確定。

本橋的理想設計狀態(tài)為成橋10年后橋梁可維持半個活荷載撓度的上拱度，以確保橋梁的正常使用，同時保持優(yōu)美線形。由此可推知成橋階段橋梁的理想線形，詳見下圖。圖中，Y1（x）表示1/2活荷載長期撓度的上拱度；Y2（x）表示成橋10年內(nèi)恒荷載作用的長期撓度的上拱度，令Y0（x）=Y1（x）+ Y2（x），通常稱為預拱度，此曲線計算后須擬合為順滑曲線。

以上述成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)作為倒裝分析的初始狀態(tài)進行倒拆，可推出正裝分析的初始狀態(tài)，即為橋梁施工時各節(jié)段的澆筑后標高。

各節(jié)段在施工過程中將產(chǎn)生以下變形：

（1）節(jié)段澆筑時掛籃受混凝土濕重作用產(chǎn)生的彈性變形Y3（x）；

（2）模板在混凝土濕重作用產(chǎn)生的彈性變形Y4（x）；

（3）當前節(jié)段在后續(xù)施工過程中預應力、臨時施工荷載以及其它恒荷載等作用下產(chǎn)生的變形Y5（x）；

為此，采用疊加原理，可知橋梁施工過程中各節(jié)段的立模標高由下式計算：

各節(jié)段立模標高=設計標高+ 預抬值+修正值；

預抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y3（x）-Y4（x）-Y5（x）。

本文施工監(jiān)控采用預測控制法和自適應控制法相結(jié)合的方法，在施工過程中，通過上式對后續(xù)節(jié)段立模標高進行預測，同時對當前施工節(jié)段變形進行跟蹤觀測，如有誤差超限，則通過對后續(xù)施工節(jié)段實時修正來予以消除。

另外，由于本橋邊跨9m范圍采用布設支架整體現(xiàn)澆，其預抬值計算用下式計算：

預抬值=Y1（x）+ Y2（x）-Y5（x）+ Y6（x）；

其中Y6（x）為支架變形，其值由支架預壓試驗確定。

據(jù)此，計算得各節(jié)段施工預抬值Y0（x）線形及成橋理論線形如下圖所示：

根據(jù)上述方法，各施工階段結(jié)束后及成橋階段實測標高與上述理論標高比較吻合，最大相對誤差控制在2cm以內(nèi)，說明立模精度得到很好的控制。

2.2.2應力監(jiān)控

截面頂（底）板實測應力為截面頂（底）板上各測點應力的平均值，理論應力為按照有限元程序MIDAS/CIVIL建立桿系單元模型計算的截面頂（底）板應力值。

本橋共設12個截面對施工過程中主梁應力發(fā)展進行跟蹤觀測，并實時與理論設計值進行對比，對比發(fā)現(xiàn)：主梁應力監(jiān)測截面的實測應力值及其變化趨勢與理論計算結(jié)果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

受篇幅所限，本文僅列出主梁在1#墩中跨側(cè)懸臂根部截面（即截面4）的施工各階段應力數(shù)據(jù)：

2.2.3剪力滯效應研究

為計算考慮剪力滯效應的理論應力值，本文采用梁格法建立MIDAS/CIVIL空間桿系單元模型，將其計算結(jié)果與前文中按照初等梁理論建立的二維桿系模型進行對比，以計算其剪力滯效應。梁格法建立的空間桿系單元模型見下圖：

結(jié)合背景橋梁的實際情況，擬選取最大懸臂施工階段中跨0#塊截面、L/4截面（即截面4、5、6）及成橋后跨中截面共3個截面作為研究剪力滯效應的觀測截面。

由圖 25可知，最大懸臂階段，0#塊截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負剪力滯同時出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.21，最小負剪力滯系數(shù)0.80：

由圖 26可知，最大懸臂狀態(tài)L/4截面剪力滯效應分析結(jié)果，最大懸臂階段，L/4截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負剪力滯同時出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.31，最小負剪力滯系數(shù)0.90：

由圖27可知成橋階段跨中截面剪力滯效應分析結(jié)果，成橋階段，跨中截面剪力滯效應明顯，在橫向上不同腹板處剪力滯系數(shù)不等，正負剪力滯同時出現(xiàn)，最大正剪力滯系數(shù)1.15，最小負剪力滯系數(shù)0.72：

3 結(jié)語

本文以一座預應力混凝土連續(xù)箱梁橋為背景，進行其施工階段的分析控制研究。并結(jié)合其寬橋特征，對其剪力滯效應的影響進行了初步分析。本文主要結(jié)論如下：

主梁結(jié)構(gòu)施工階段抗彎承載能力、運營階段抗彎承載能力、抗剪承載能力、抗裂性、正截面壓應力及撓度驗算，均滿足規(guī)范要求；各施工階段結(jié)束后及成橋階段實測標高與上述理論標高比較吻合，最大相對誤差控制在2cm以內(nèi)，說明立模精度得到很好的控制；主梁應力監(jiān)測截面的實測應力值及其變化趨勢與理論計算結(jié)果比較吻合，但二者也存在一定的偏差。

參考文獻：

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