大跨徑預應力連續剛構施工控制

薛家偉

(湖北省交通規劃設計院，湖北武漢430051)

    大跨徑預應力連續剛構憑借獨有的大跨、高墩能力，施工中省料、省工、省時的優勢，在大跨徑橋梁中逐步占據了一席之地。在進行實際施工過程中，雖然可采用各種施工計算方法算出各施工階段的預拋高值、位移值、撓度，但若按照這些理論值實施，則結構的真實線形未必能夠達到理想目標。造成上述現象的主要原因可以歸結如下：①設計時所采用的諸如材料的彈性模量、構件自重、混凝土的收縮徐變系數等設計參數，與實際工程中所表現出來的參數不完全一致；②施工中存在立模誤差、測量誤差、觀測誤差、懸拼梁段的預制誤差等；③計算力學模型不能完全反映實際橋梁結構的性能。隨著連續剛構橋懸臂長度的不斷增加，以上因素的累計效應也將隨之增加，若不能進行有效地控制和調整，主梁標高必將較大地偏離理想目標，造成合龍困難，影響成橋后的內力和線形，直接威脅橋梁結構安全與使用性能。本文將針對實際施工控制流程，討論如何減小或者消除不利影響使得內力和線形接近或達到理想目標。

1.材料參數確定

    如前所述，設計采用的材料參數與實際結構有著較大差異。例如在實際施工過程中，為保證混凝土強度，通常會采用提高混凝土等級的方法。隨著混凝土強度的提高，彈性模量、密度等相關材料參數也將發生改變。一般的施工說明只是明確了混凝土達到一定強度后就可以進行預應力鋼束的張拉，對混凝土彈性模量尚未作出明確規定要求。力學分析表明EL是影響結構變形最為重要的因素，而截面慣性矩，一般又接近常數，因此，混凝土早期的彈性模量變化是影響梁體撓度變化的重要因素。收縮徐變是混凝土材料隨著時間變化的特性，尤其對尚未合龍的最大懸臂狀態的結構撓度變化影響最為明顯。而混凝土的密度直接影響梁體下撓。因此，如何確定上述材料參數，對模擬施工過程有著至關重要的作用。一般說來它們可以通過試驗來確定。

    在澆筑粱體的施工現場制作3個30cm×30cm×150cm的配筋試件(養護條件、含筋率與梁體相同)進行現場測試。每個試件布置4個外貼弦式應變計點共l2個測點．依其不同的齡期進行混凝土的彈性模量測試。對上述試件進行稱重測試，可以確定其密度。大量試驗研究表明：混凝土早期強度增長較快，而彈性模量增長較慢。

    現場制作3個60cm(腹板厚度)×60cm×300cm試件，每個試件布置4個外貼弦式應變計，1個內埋鋼弦儀測點，共15個測點進行測試，在混凝土澆筑后1h、3h、6h、12h、24h、2d、3d、7d、14d、28d、42d、60d、90d測試混凝土試件的收縮程度。

    現場制作3個30cm×30cm×150cm的配筋試件(養護條件、含筋率與梁體相同)進行現場測試。每個試件布置4個外貼式應變測點(長標距)共l2個測點，待混凝土收縮完成后，在不同溫度下進行應變測試并量測試件絕對長度的變化，據此確定混凝土的熱膨脹系數。

2.撓度、應力變化觀測

    撓度與應力控制是施工監控中兩項最為重要的內容。為監測懸臂粱中的每一塊箱梁在施工過程中的撓度變形情況，可以在每一塊箱梁前端頂面分上、下游方向各設置銅釘作為撓度監測的觀測點。上下游各埋設一組觀測點，其一是通過兩組測點的撓度比較，可以觀察該塊箱梁有無出現橫向扭轉，其二是同一塊箱梁上有3個觀測點，其監測結果可以進行比較和相互驗證，以確保各塊箱梁撓度觀測的結果的準確。另外為了完全的描述粱體變形，在粱根部、L／8、L／4、3L／8、跨中截面設置覘板，使用全站儀對其三維坐標進行測量，分析梁體在順橋向、橫橋向位置變化，從而更準確地反映梁體真實變形。線形測點布置建議如圖l所示。溫度變化對梁體撓度影響很大，如某主跨136m連續剛構最大懸臂狀態時的24h連續觀測得到撓度變化達到3—4cm。因此，為減小溫度對測試結果的影響，撓度的觀測應該盡可能在溫度較為穩定的早晨7：00～8：00完成。

    通過對箱梁控制截面混凝土正應力的監測，觀察施工過程中鋼束張拉、錨固、恒載、結構體系轉換等荷載作用下的箱梁混凝土正應力變化情況，判斷其是否在設計允許范圍內等。結構截面應力監測可以保證主橋的安全施工，并為今后長期運營階段的監測作準備。預應力連續剛構在懸臂施工階段，主梁最不利截面為懸臂根部截面；在合龍后，除懸臂根部截面外，跨中合龍截面也是最不利截面。因此主梁根部截面和跨中截面為監測控制截面，選取其進行正應力監測。同時，考慮到橋梁跨度較大，建議L／4截面作為重要的附屬截面也進行正應力的測試。

3.計算模型的優化

    從現代工程控制理論的觀點出發，連續剛構作為一個受隨機干擾影響的系統，不僅對該系統的實際狀態存在識別過程，而且對該系統的實際構成也存在一個系統識別過程。一般認為計算分析模型是己知的、確定的，因此，系統識別可以歸結為系統參數識別、優化問題。只有通過系統識別，估計出系統的真實狀態，然后才能得出計算模型狀態和實際狀態的差異，從而通過這個差異估計出某些控制參數的偏差，可以認為消除這種偏差后的計算模型更接近實際的橋梁結構。

    目前，在橋梁監控分析中廣為采用的參數最優估計方法有多種。建議采用卡爾曼參數估計法進行計算模型的參數最優估計。

4.預拋高原則

    預拋高的確定應該依據宜高不宜低，并且相鄰梁段的變化不宜過劇的原則。這主要是因為預應力是防止梁體下撓的唯一有效方法，并且一旦梁體下撓過大，重新回到原來位置相當困難；預拋值變化過于劇烈，會增大預應力損失．同時可能影響成橋后的行車平順性。

5.結束語

    施工控制過程是“施工→測量→預測→識別→調整→預告→施工”的循環過程。在此過程中對主梁的變形與應力實行雙控，它既是一個技術問題，也是一項系統工程，只有努力做好每一個環節，才能最終達到理想目標。

參考文獻：

[1]向中富橋梁施工控制技術[M]北京：人民交通出版社，2003

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)