大跨弯坡高刚架桥施工控制分析

标准规范下载简介和部分内容预览：

石山Ⅱ号高架桥是漳龙高速公路上连接石山工号高架桥和建安关高架桥的一座特大 桥梁其右线主桥为65+115+155+3×115+65m七孔一联变截面预应力砼箱梁连续一刚构 组合体系全桥长749m，位于半径为762.115m的平曲线上（α=27°41'58.4”L=350m）,由漳 州向龙岩为4%升坡超高横坡变化在2%～3%之间桥面宽度为13.75m采用单箱单室大悬 臂断面跨中梁高3m支点最大梁高8.5m桥梁荷载等级为：汽超一20挂一120箱梁采用纵、 竖双向预应力体系其最大墩高为80.415m。该桥具有高墩、陡坡、大跨度曲线箱梁的结构特 殊性。最大跨径155m采用挂篮悬臂浇筑施工方法规模为国内同类桥梁之最。由于跨径不 等第2、3、4、6号墩均有部分节段需采用不对称悬浇施工另外第5、6号墩合拢后尚需体系转 换后再进行全桥合拢这些都给施工及控制带来了相当的难度

范伟等：大跨弯坡高刚架桥施工控制分析

该桥采用自适应施工控制方法。众所周知在施工过程中钢筋混凝土弹性模量、挂篮变 形、预应力摩擦系数等与初期理论计算的取值都会有一等程度的差异这种差异导致理论模型 与工程实际不相符合影响施工预拱度值的设置给挠度控制带来困难。自适应施工控制方法 较好地解决了这个问题。图1为自适应施工控制原理图。

冬1 自适应施工控制基本原理

该控制方法先对理想状态下的结构进行计算给出结构初始施工节段的施工控制值以指 导施工然后对结构已完成节段进行测量，当得到的受力状态与模型计算结果不相符时将误 差输入到参数辩识算法中去修正计算模型的参数得到经过修正的参数后再重新计算各施工 阶段的理想状态经过几个工况的反复辨识计算模型就基本上与实际结构相一致从而可以 对施工状态进行更好的控制。 从原理图中我们也可看出已完成梁段的误差无法调整而未完成梁段的施工标高只与正 确模拟计算有关与已完成梁段的误差基本无关这是悬臂浇筑施工中挠度控制的特点。因 此在图1自适应施工控制原理图中的下半环，即控制量反馈计算，在施工控制中一般不起作 用。同时，上半环即参数估计及对计算模型的修正就显得尤为重要，只有与实际施工过程相 吻合的计算模型计算出的施工标高才是可实现的。据此得出如图2所示施工控制框图。 实际控制过程主要是通过计算施工挠度最终给出施工标高而实现的。 （1）曲线桥悬臂端施工挠度： f=fa+力b+fe (1) 式中f。为已完成结构的累计变形涉及混凝土收缩、徐变以及预应力等效应）f、为施工节段 和挂篮自重作用在已完成节段上引起的结构变形及本节段预应力变形f为施工节段自重及

式中f。为已完成结构的累计变形涉及混凝土收缩、徐变以及预应力等效应）f、为施工节段 和挂篮自重作用在已完成节段上引起的结构变形及本节段预应力变形f。为施工节段自重及 挂篮自重引起的挂篮变形。 （2）施工标高设置 施工标高设置指针/对节段悬臂施工挠度设置预拱度，即提供挂篮定位标高，使得阶段施 工完毕、挠度产生后结构变形到预定位置从而使桥梁工时线形与设计相一致。 挂篮定位标高：

其中：h为标高设计值h，为结构变位预拱度h为挂篮变形预拱度

山东建筑工程学院学报

图21 施工控制框图 h=h+h+h

在石山Ⅱ号右线高架桥挠度控制中采用同济大学空间杆系分析程序桥梁博士"系统 进行模拟计算在混凝土每一施工节段上设立梁底标高控制点并引测到顶板设立梁顶标高控 制点这样浇筑后续节段时就可以由梁顶控制点的标高推算相应的梁底标高从而对梁底线形 进行有效控制。施工控制过程见图3。悬臂浇筑每节段施工的挠度控制包括三个关键工况的 标高控制挂篮定位标高控制混凝土浇筑后标高测量预应力张拉后标高测量。 （1）挂篮定位标高控制 挂篮前移定位标高由结构成型的设计标高和预拱度组成。定位标高是控制结构线形的关 键内容故在挂蓝定位过程中应紧固挂篮确保定位标高的准确。 （2）混凝土浇筑后标高测量 混凝土浇筑后对已建立控制点标高进行测量校核已建结构状态，修正计算参数，调整已 建结构标高的理论计算值调整、优化成桥线形，得到待浇梁段的施工标高。 （3）预应力张拉后标高 对预应力张拉后结构测点标高进行测量对比实测值与理论计算值的差异，确定预应力模 拟是否恰当，调整预应力模拟参数，使理论计算与工程实际相符合。 除高墩大跨曲线梁悬浇这一难点外石山Ⅱ号右线高架桥施工的另一难点是不对称浇 筑混凝土如图3中所示。对称浇筑时T构悬臂端位移主要由悬臂自身结构变形及施工荷载 产生的位移组成桥墩主要发生竖向压缩变形及少许横向变形曲线桥）顺桥向尚能保持竖

直。不对称浇筑时由于墩身较高较柔， 势必引起T构墩身顺桥向侧倾，这种墩 身变形产生转角引起的悬臂端位移与悬 臂长成正比较大的悬臂端位移给施工 及控制带来极大不便。虽然设计采用加 平衡重的方法以减少不对称浇筑影响右 2、3号墩第19号块浇筑后产生的变形仍 有23.6cm（不含挂篮变形），而右线第六 跨解除约束转换体系后在第6号墩浇筑 第14号块时实测变形达到了29.6cm这 在视觉上是很惊人的而且对梁体的受力 也不利。变形主要是由不对称浇筑引起 的另外平衡重的数量及作用位置偏差也 是部分原因。实际施工控制中采取平衡 重分级加载、等弯矩补充数量等方法来调

整标高减少其不利影响确保结构受力安全获得良好效果。

（1）预拱度 在桥梁挠度施工控制中预拱度的设置起着重要作用。现对 于直线桥而言由于弯扭耦合效应，曲线梁桥悬臂施工时箱梁截 面产生扭转，当扭转角过大，即箱梁截面左右挠度差值不能忽略 时须设置扭转预拱度。空间受力分析过程中，采用有限元空间 分析程序ALCOR对该桥进行模拟分析取右线3号墩T构箱梁 结构采用板单元模拟桥墩结构使用梁单元模拟模型见图4。分 析结果显示影响预拱度的因素有以下几点： a曲率 恒载作用下，箱梁梁体向内扭转。计入墩高作用时（即全T 构的悬臂端最大扭转角为0.078°，内外弧高差1.86cmT构中最 大扭转角出现在1/4跨处，为0.086°。不计墩高作用时（指将悬臂

范伟等：大跨弯坡高刚架桥施工控制分析

时须设置扭转预拱度。空间受力分析过程中，采用有限元空间 分析程序ALCOR对该桥进行模拟分析取右线3号墩T构，箱梁 结构采用板单元模拟桥墩结构使用梁单元模拟模型见图4。分 析结果显示影响预拱度的因素有以下几点： a曲率 恒载作用下，箱梁梁体向内扭转。计入墩高作用时（即全T 构的悬臂端最大扭转角为0.078°，内外弧高差1.86cmT构中最 2 图4最大悬臂模型图 大扭转角出现在1/4跨处，为0.086。不计墩高作用时（指将悬臂 根部梁底截面直接固接的悬臂端最大扭转角仅有0.018°，内外弧高差0.4cmT构中最大扭车 角也出现在1/4跨处为0.026（图5）扭转角除桥墩处较小外沿桥纵向基本保持稳定其起 势可从图6曲线中看出。恒载扭转效应如此之小跟该桥最小半径762.115m相对较大圆心角 Φ=11.653<30°即曲率小有关。 b墩高 根据空间分析结果图5、7、8来看墩高对曲线箱梁扭转偏角影响很大梁截面扭转角计 桥墩影响时的值比不计入桥墩作用的值大0.06°左右，内、外弧挠度差的差值也只有1.46cm 简而言之由于桥墩墩身变形高墩曲线梁桥抗扭桥墩引起的曲线箱梁扭转效应较之单纯曲率

根部梁底截面直接固接的悬臂端最大扭转角仅有0.018°，内外弧高差0.4cmT构中最大扭转 角也出现在1/4跨处为0.026（图5）扭转角除桥墩处较小外沿桥纵向基本保持稳定其趋 势可从图6曲线中看出。恒载扭转效应如此之小跟该桥最小半径762.115m相对较大圆心角 Φ=11.653<30°即曲率小有关。 b墩高 根据空间分析结果图5、7、8来看墩高对曲线箱梁扭转偏角影响很大梁截面扭转角计入 桥墩影响时的值比不计入桥墩作用的值大0.06°左右，内、外弧挠度差的差值也只有1.46cm。 简而言之由于桥墩墩身变形高墩曲线梁桥抗扭桥墩引起的曲线箱梁扭转效应较之单纯曲率

引起的扭转效应要大得多，桥墩变形所 产生的扭转变形是扭转变形中的主要部 分这在横桥向墩顶位移中亦有体现其 值为向内4.3cm远比不计桥墩作用时 的0.41cm来得大。其绝对值若从工程 角度来说并不大，但随看曲率的增大其 作用应引起设计及施工的注意，并在施 工中通过墩顶位移的测量来考虑其部分 影响。 C预应力 预应力产生的扭转效应由于涉及到 多种因素，虽然目前已有许多理论上的 推导，但仍有许多问题有待解决。从施 工情况看预应力整体效应比理论值小 其扭转效应甚微。 （2）挂篮变形 施工预拱度中的初始挂篮变形一般 是由施工单位预压试验得到，随着施工 进程以已完成节段的实测数据为基础进 行调整。由于挂篮多为螺栓连接的钢结 构连接较松或较紧造成挂篮变形的差 距很大其紧固程度直接影响到挠度控 制。同其它因素相比，挂篮变形对现场 挠度施工控制的影响比较大，故施工中 挂篮紧固程度应确保一致。 （3）温度 当T构悬臂较长的时候，混凝土随 温度变化相应伸缩造成悬臂端的挠度 变化对挠度控制的影响非常明显，直接 影响到桥梁的合拢精度。从施工现场的

山东建筑工程学院学报

图5不计桥墩作用时箱梁悬臂恒载变形对照图 （图中虚线为结构设计图）

图7计入桥墩作用时箱梁悬臂恒载变形对照图 （图中虚线为结构设计图）

0113.玛多县2017年优势特色主导产业发展项目(包四)范伟等：大跨弯坡高刚架桥施工控制分析

温度统计数据表1来看其左线1号墩最大悬臂（40m状态时，一天中的温差对悬臂端的挠度 影响最大达到了2.6cm对于悬臂更长的右线桥来说其效应显然会更大。为尽量减少温度效 应控制过程中要求施工单位混凝土浇筑后和预应力张拉后的测量工作均在清晨温度较低时 进行而挂篮定位采用相对标高定位从而避免了温差效应。 另外影响挠度控制的因素还有混凝土弹性模量、收缩徐变、预应力管道局部偏差及摩擦 系数、模板变形、节段混凝土重量偏差、平衡压载重心及数量偏差、标高测量误差等等，前人论 述较多在此不再赘述。

（1）正确建立理论计算模型综合考虑影响扭转预拱度的各种因素，合理设置预拱度是 大跨弯坡刚构桥挠度控制的基础。 （2）确保挂篮变形的稳定是现场施工挠度控制的关键。 （3）除曲率外墩高是影响曲线梁桥扭转变形的另一主要因素。对于高墩，设计中应酌 情考虑其影响。 （4）尽量避免不对称施工以使墩身竖直确保结构受力安全，减少施工困难提高控制 精度。