宮大輝

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222）

1 引言

我國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)不斷發(fā)展，建設(shè)高度以及跨度不斷打破記錄。其中，連續(xù)剛構(gòu)橋梁在連續(xù)梁橋的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步發(fā)展，其T 形剛構(gòu)體系除具備較為平緩的曲線之外，還確保了橋梁的整體性以及更大的結(jié)構(gòu)剛度。在橋梁不斷朝向高墩大跨的方向發(fā)展時(shí)，薄壁高墩的結(jié)構(gòu)備受青睞，相比于實(shí)心墩而言，薄壁高墩具有更大的柔度，受環(huán)境變化以及動(dòng)荷載的影響較小，但其有較高的施工精度要求，因此其施工控制成為施工關(guān)鍵。

2 工程概況

龍?zhí)峨p線大橋橋址于 D1K463+626.900 ～D1K464+186.390，采用 2*72mT 構(gòu)跨越 S305 省道及魚泉河，墩位為 0#、1#、2#，公路與鐵路線路小里程夾角為52 度。公路與連續(xù)梁底部高差35.5米，公路限高 5.5米，正寬 7米。

梁體截面為單箱單室、變高度、變截面箱梁，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，腹板按線性變化，底板按二次拋物線變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)處設(shè)置橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過(guò)。

橋面寬度：防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m，橋梁寬12.6m，橋梁建筑總寬 12.9m。梁全長(zhǎng) 145.5m，計(jì)算跨度為72+72m，中支點(diǎn)截面中心線處梁高8.035m，邊跨9.75m 直線段截面中心線處梁高4.235m；梁底下緣按二次拋物線變化。箱底寬6.7m，頂板厚 40cm，底板厚 42～90cm，腹板厚45-90cm，腹板按線性變化，底板厚度按二次拋物線變化。邊支座中心線至梁端0.75m，端支座橫向中心距為5.6m。

3 施工控制

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

為便于后續(xù)的施工控制，選取如圖1 所示斷面作為縱向應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面，監(jiān)測(cè)圖中所示截面上下緣應(yīng)力。現(xiàn)場(chǎng)施工所受影響較大，包括有橋梁自身橫載以及施工活載等，因此實(shí)際施工時(shí)還需根據(jù)具體情況調(diào)整截面。采用振弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)量橋梁應(yīng)變。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面測(cè)點(diǎn)布置

3.2 施工階段劃分

該橋梁所采用的施工方法為懸臂澆筑法，橋梁施工工序?yàn)椋?/p>

（1）橋梁下部結(jié)構(gòu)的澆筑，包括有樁基礎(chǔ)承臺(tái)和墩身；

（2）澆筑 0# 塊和 1# 塊，并完成掛籃的安裝以及預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉；

（3）兩邊同時(shí)對(duì)稱懸臂澆筑，并完成相應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉；

（4）平衡合攏段的配重，并完成合攏段的剛性連接，澆筑合攏段混凝土，同時(shí)拆除平衡重；

（5）待混凝土強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)行中跨底板預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉；

（6）施工橋梁附屬設(shè)施。

3.3 有限元分析

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL 對(duì)該橋梁進(jìn)行建模處理，在本次仿真計(jì)算中，將計(jì)算過(guò)程劃分為施工及使用兩個(gè)階段，橋梁施工階段共分為三個(gè)階段：橋墩，主梁以及二期恒載的施工。本文在進(jìn)行施工控制時(shí)所建立的模型為灰色預(yù)測(cè)模型，模型建立時(shí)采用的是灰色系統(tǒng)理論，其預(yù)測(cè)過(guò)程如圖2 所示。

圖2 模型預(yù)測(cè)流程圖

鑒于篇幅所限，本文將直接給出結(jié)果。將橋梁施工時(shí)從預(yù)測(cè)模型所得到的預(yù)拱度值繪制如表1 所示。

表1 橋梁預(yù)拱度

從表1 中可知，橋梁在施工時(shí)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值在10# 時(shí)有大于6mm 的誤差，其余梁塊均小于5mm。在施工完橋梁的最大懸臂階段后，其兩端的高差約為4mm，符合規(guī)范要求，施工控制的目的達(dá)到。

4 溫度場(chǎng)效應(yīng)的影響

當(dāng)前高墩大跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋在建設(shè)時(shí)，多遇到因溫度效應(yīng)所導(dǎo)致的裂縫，隨著裂縫的不斷疊加，會(huì)不斷的加劇橋梁的變形，對(duì)其適用性造成影響。

4.1 主梁溫度敏感性分析

箱梁結(jié)構(gòu)在不均勻光照下會(huì)產(chǎn)生不同的溫度分布情況，其中構(gòu)件的內(nèi)部不同溫度會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)內(nèi)部約束應(yīng)力，表現(xiàn)出受壓和受拉同時(shí)出現(xiàn)；應(yīng)溫度不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的變形，但因外部限制從而產(chǎn)生外部約束應(yīng)力。

橋梁在合攏之前所處的狀態(tài)為懸臂狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)的照射下會(huì)產(chǎn)生非線性的溫度分布，因橋梁此時(shí)屬于靜定結(jié)構(gòu)，尚不會(huì)產(chǎn)生外部約束內(nèi)力，在其合攏之后結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換為多次超靜定結(jié)構(gòu)，此時(shí)非線性的溫度應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)內(nèi)外約束應(yīng)力。

本文將對(duì)橋梁T 構(gòu)在最大懸臂階段時(shí)各控制截面在溫度荷載作用下的應(yīng)力及應(yīng)變進(jìn)行分析。

（1）對(duì)線形控制的影響

圖3 橋梁升溫變形示意圖

如圖3 所示，溫差作用下，最大懸臂階段下橋梁順橋向的變形僅具有較小的變化幅度，此時(shí)若不考慮溫差作用，橋梁橫橋向不會(huì)有變形出現(xiàn)，在考慮溫差作用后，會(huì)有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)在橋梁的橫橋向，其值隨著不斷接近跨中而表現(xiàn)出較大的變化，對(duì)軸線控制的影響較大；主梁豎向撓度存在較大變化，此時(shí)箱梁底板溫度較低，使橋梁梁體出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，其下?lián)铣淘趹冶鄱瞬窟_(dá)到最大值。因此為避免監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)受到溫差作用的影響，應(yīng)盡量避免在高溫時(shí)間段進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控時(shí)間應(yīng)選取在日出前。

（2）對(duì)應(yīng)力控制的影響

圖4 箱梁頂板沿厚度方向測(cè)點(diǎn)溫度變化示意圖

如圖4 所示，橋梁結(jié)構(gòu)整體在懸臂澆筑施工時(shí)處于靜定結(jié)構(gòu)，此時(shí)的溫差作用僅會(huì)產(chǎn)生自應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的變形，但不影響到結(jié)構(gòu)應(yīng)力。在0#塊處存在有局部超靜定，因此該處局部范圍內(nèi)有會(huì)應(yīng)力變化，該處存在有0.3mpa 的最大應(yīng)力變化，對(duì)主梁應(yīng)力所造成的影響較小。但預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部容易因年溫差的影響而有次內(nèi)力產(chǎn)生，在較大溫度條件下進(jìn)行合攏時(shí)會(huì)導(dǎo)致其在降溫時(shí)出現(xiàn)較大的次內(nèi)力，而其與混凝土收縮相互疊加之后會(huì)導(dǎo)致次內(nèi)力變得更大。因此施工應(yīng)避免在較大溫度變化的時(shí)期以及溫度較高的時(shí)期進(jìn)行合攏。

4.2 高墩溫度敏感性分析

圖5 箱梁各測(cè)點(diǎn)平均溫度變化

（1）在陽(yáng)光照射下，因混凝土結(jié)構(gòu)不具有較好的導(dǎo)熱性會(huì)使得高墩結(jié)構(gòu)出現(xiàn)內(nèi)外側(cè)溫度有所不同的情況，從而使其溫度在壁厚方向的分布存在差異，該種差異將會(huì)使其出現(xiàn)溫度應(yīng)力。在該橋梁施工時(shí)，高墩向陽(yáng)位置有1.5mpa 的最大拉應(yīng)力，對(duì)高墩結(jié)構(gòu)安全較不利；

（2）當(dāng)墩壁向陽(yáng)或背陽(yáng)面出現(xiàn)溫差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其有溫度應(yīng)力及不均勻應(yīng)變出現(xiàn)。對(duì)于高墩結(jié)構(gòu)而言，其容易因該種應(yīng)力及應(yīng)變的不斷積累而導(dǎo)致在墩頂位置有位移出現(xiàn)，對(duì)高墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響，此外，應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)使得高墩結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。

從圖5 可知，因太陽(yáng)直射時(shí)間在夏季時(shí)較長(zhǎng)，溫度變化較大，因此墩結(jié)構(gòu)具有較高的內(nèi)部平均溫度。而其背部因無(wú)太陽(yáng)的照射而導(dǎo)致該位置的溫度較向陽(yáng)處要小。墩外側(cè)的溫度容易受到環(huán)境影響，而其內(nèi)側(cè)溫度所受影響較小，因此在外界溫度較小時(shí)，橋墩出現(xiàn)內(nèi)部溫度較高而外部溫度較低的溫度表現(xiàn)。

溫差荷載的影響因素在主梁以及橋墩處均相同。在對(duì)溫差荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可采用力的分解，在陽(yáng)光以傾斜的角度進(jìn)行照射時(shí)，可將其按照兩個(gè)方向直射的方式進(jìn)行計(jì)算再進(jìn)行相加。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)所獲取的溫差數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁溫差沿截面高度方向的分布進(jìn)行分析。橋墩墩身在其墩厚方向會(huì)因變形以及內(nèi)力作用而出現(xiàn)彎曲，導(dǎo)致截面出現(xiàn)非線性溫度應(yīng)變。

5 結(jié)語(yǔ)

高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁在日照作用下，容易因溫度荷載作用而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)內(nèi)外應(yīng)力。以該橋梁為例，在主梁以及高墩溫度荷載的疊加下，對(duì)于橋梁整體而言，其在合攏前后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力受溫度高低的影響較大，因此在實(shí)際觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能選取相同時(shí)間點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。據(jù)分析可知，橋梁在越高的溫度條件下進(jìn)行合攏時(shí)，其內(nèi)力以及外部約束會(huì)引起較大的引力，嚴(yán)重可導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。因此無(wú)論是在施工或使用階段，為確保橋梁線形以及內(nèi)力均滿足要求，因盡可能在一天中溫度較低時(shí)進(jìn)行合攏。