连续梁桥施工控制浅析

第８卷第３期　２０１１年６月　现代交通技术　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶＯＩ．８　Ｎ０．３　Ｊｕｎｅ　２０１１　连续梁桥施工控制浅析　范敬桃　，王京杭　（１．扬州市宝应县交通局，江苏扬州２２５８００；２．中铁大桥（南京）桥遂诊治有限公司，江苏南京２１００００）　摘要：连续梁桥建设成本经济，设计理念成熟，施工工艺完善。广泛应用于各类桥梁建设，其施工质量关系到大　桥的安全和使用性能，在施工过程中，对桥梁进行施工监控已经必不可少。文章以扬州市宝应县境内３座连续梁　监控为例，结合施工现场实际情况，介绍了连续粱桥施工监控计算和线形控制分析中的若干问题，为今后类似桥　梁的建设提供借鉴。　关键词：连续梁桥；施工控制；监控计算；边界条件；线形　中图分类号：Ｕ４４５．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８８９（２０１１）０３—００３７—０４　Ｂｒｉｅｆ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｂｅａｍ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｆａｎ　Ｊｉｎｇｔａｏ￣，Ｗａｎｇ　Ｊｉｎｇｈａｎｇ２　（１．Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｂａｏｙｉｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５８００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ　ＺｈｏｎＯｉｅ　Ｍａｊｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ（Ｎａｎｊｉｎｇ）　Ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ＆Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｃｏ．Ｉｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｒｉｄｇｅ，ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔｓ，ｉｔｓ　ｍａｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｅｒｆｅｃｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ，ＳＯ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｓｓｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ．Ｂａｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｉｎ　Ｂａｏｙｉｎｇ　Ｃｏｕｎｔｙ　ｉｎ　Ｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｙａｎｇｚｈｏｕ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｉｔｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｉｓｓｕｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｒｉｄｇｅｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｌｉｎｅ　ｓｈａｐｅ　连续梁桥不论是在设计理论上，还是在实际施　工中都是较为成熟的桥型，由于其受力合理、施工　本文以扬州市宝应县境内的３座连续梁（３３２　省道退水闸大桥、京杭运河特大桥和安大公路宝射　河大桥）监控实例为研究对象，阐述了该类桥梁在　施工监控过程中应注意的几个问题，为今后类似桥　便捷、运营期间养护成本低等优点在工程建设项目　中被大量应用［　。这种桥型一般采用逐节段悬臂浇　注工艺施工，根据施工流程，其力学模型主要由墩　梁固结体系一双悬臂体系一单悬臂体系一连续梁　体系组成。　梁的施工监控提供借鉴。　１施工监控　对于采用悬臂浇注工艺施工的连续梁桥，施工　连续梁桥为超静定结构，施工过程中结构体系　随施工阶段不同而变化。结构的实际参数与计算值　肯定存在差异，这必将使施工过程中结构的内力　和位移偏离理论值；另外，受温度、风力和日照的　影响，施工临时荷载、混凝土收缩、徐变等复杂因　素的干扰，结构内力与变形变得十分复杂。因此施　工过程中必须对结构内力和线形进行控制，及时　掌握结构实际状态，对施工步骤及控制条件进行　过程的每一阶段都会使得梁体结构产生变化，随着　施工不断推进，悬臂不断伸长，结构体系不断转变，　这种变化会导致结构处于非恒定状态：再加上材料　自身（如混凝土收缩徐变、预应力损失等）特性、施　工周期的不稳定、结构体系的多次转换等因素影　响，就使得结构内力和变形难以控制，甚至造成合　龙困难。　作者简介：范敬桃（１９７１一），男，江苏扬州人，工程师，主要从事工程建设管理工作。　・３８・　现代交通技术　２０１１年　调整。减小施工中的误差，保证成桥的线形和内力　满足要求。　施工监控工作涉及面广。是一个系统工程。对　于采用悬臂浇注施工的连续梁桥，其施工过程中的　在宝应县３３２省道京杭运河特大桥施工监控　计算中．若不考虑永久支座的竖向支撑作用，计算　结果显示施工过程结构安全，且各项指标均满足规　范要求，但与实际情况不符；若考虑永久支座，计算　结果显示在个别施工阶段，永久支座处的支反力超　出规范要求．且主梁悬臂根部下缘出现拉应力，即　考虑了永久支座，计算结果不全满足规范要求。　通过对现场施工情况的详细了解得知：在京杭　运河特大桥主墩永久支座安装时，其控制标高会比　周围的临时支座（布置在永久支座垫石周围或两侧　已成结构状态在事后几乎没有调整的余地，施工监　控主要采用预测控制．主要流程为：计算分析一施　工一监测一误差识别一修正计算分析一状态预　报—施工［２］ｏ　悬臂浇注的连续梁施工监控是通过以下途径　实现的：首先根据设计文件和施工方案，建立初始　计算模型，并根据计算结果指导前期施工，然后在　施工过程中，通过施工监测，将结构响应实测值与　计算值进行对比分析。并结合现场采集到的计算参　数，对计算模型进行修正，对下一阶段的施工控制　参数进行调整，使得计算模型和实桥状态不断逼　近。再通过对结构响应值的监测来验证调整的效果　以及检测当前状态与理论状态的偏差，如此反复循　环，直至成桥状态。　２监控计算　对于采用悬臂浇注法施工的连续梁桥，结构的　最终形成．必须经历一个漫长而又复杂的施工过程　以及结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的　变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制的最基　本内容［　。　一般情况下．连续梁桥的监控计算采用正装计　算法进行，即：根据实际结构设计情况和施工方案　设计逐步逐阶段地进行计算，最终达到成桥状态。　但在施工过程模拟计算中，应注意以下几个问题。　２．１墩梁结合处边界条件模拟　在连续梁悬臂施工过程中，为防止主梁结构因　不平衡力、施工外荷载以及环境因素等的作用产生　较大位移，导致内力剧变而引起结构破坏，必须在　墩梁结合处设置临时固结设施。连续梁桥墩梁临时　固结施工的种类较多，在进行墩梁固结模拟计算　时，应根据具体施工方案按照现场实际情况模拟。　通常情况下，临时固结设施对称布置于主墩顺　桥向的两侧，对于某一单独“Ｔ”构而言，若计算时主　墩处边界条件仅考虑墩梁临时固结约束，则为静定　结构；但实际情况是在“Ｔ”构悬浇施工过程中，主墩　上永久支座已经安装到位（此时支座纵向锁定），且　支座在竖向是可以承压的。这样在两侧临时固结设　施的约束下，该“Ｔ”构成为了２跨连续的超静定结　构。这样一来，就出现了主墩永久支座在悬浇过程　中是否要考虑的问题。　的混凝土块状物，多为条形结构）的标高低２—３　ｍｎｌ　（这主要是为了在悬浇过程中保护永久支座，让其　不致于承受较大压力而破坏，假设高差为Ａｈ。）。也　就是说，在施工ｏ＃块或者悬臂较短的阶段，主墩永　久支座是不参与结构受力的。但随着悬臂结构的伸　长．结构自重的增加，会使得主墩周围的临时支撑　系统产生压缩变形△　。当Ａｈ２≥△ｈ。时，永久支座　才参与结构受力。故在模拟墩梁临时固结设施时，　不能完全不考虑永久支座对悬臂结构的约束作用。　也不能在悬臂结构施工过程中全程考虑，而是应该　根据支座安装标高与临时支座的高差△＾　和临时　支座的压缩值Ａｈ　的相对关系确定何时考虑永久　支座的支撑作用。　另外．监控计算模型中墩梁结合处各支承单元　的刚度取值问题也是需要注意的一点．冈０度取值过　大，约束太强，结构会出现变异，或放大结构安全储　备；刚度取值不够，会导致主梁应力超限，减小结构　安全储备。对于结构永久支座，一般按照刚度无穷　大考虑即可。但对于主墩两侧的临时固结约束的刚　度取值要视具体情况而定。３３２省道京杭运河特大　桥单一Ｔ构临时固结设施由１６根４）９００　ｍｍ（壁厚　１２　ｍｍ）钢管和３２根钢铰线组成，其换算刚度为　２．７ｘ１０ｍ　Ｎ／ｍｔ￣］：３３２省道退水闸大桥单一Ｔ构临时　固结设施由８根４￣５２５　ｍｍ（壁厚１２　ｍｍ）钢管（内充　混凝土）和１６根精轧螺纹钢组成。其换算刚度为　８．４ｘ１０　Ｎ／ｍ：安大公路宝射河大桥单一Ｔ构临时固　结设施由４根９０　ｃｍ￣９０　ｃｍ钢筋混凝土柱和ｌ６根　精轧螺纹钢组成，其换算刚度为７．０￣１０’Ｎ／ｍ。在上　面３座连续梁监控计算中，将上述刚度计算值代入　计算模型中。结果显示：连续梁上部结构施工过程　中结构安全。主梁内力和截面应力均满足规范要　求。由此可见，采用不同工艺施工的临时固结设施。　其刚度取值是不尽相同的，在监控计算模型中，应　根据桥梁现场实际施工情况予以考虑。　第３期　范敬桃，等：连续梁桥施工控制浅析　・３９・　２．２悬臂施工过程模拟　３３２省道京杭运河特大桥主梁１＃块～１３＃块．　合计５２个节段［　，共２１２．０　ｍ，约占全桥长度的　８１．５％；安大公路宝射河大桥主梁ｌ＃块～８＃块，合计　３２个节段。共１２０．０　ｍ，约占全桥长度的７７．９％。上　述主梁均是通过悬臂浇注施工完成的．故悬臂浇注　施工模拟的准确与否直接关系到主粱施工控制效　果的好坏和施工质量是否满足规范要求。　连续梁桥悬浇节段的模拟计算可分为３个步　骤实现：挂篮就位、浇注混凝土和张拉预应力。　挂篮就位模拟一般是将挂篮这一临时辅助设　施按照挂篮与主梁连接位置作为集中荷载考虑的。　挂篮自身的结构特性必须满足相关规定和要求，否　则会导致在监控实施过程中出现主梁实测变形较　大、线形控制困难的局面。安大公路宝射河大桥在　进行主梁悬浇方案审查时，发现悬浇挂篮自身强　度、刚度偏小，主桁架悬臂端理论计算变形值达到　３．３　ｃｍ．超出规范规定（公路桥涵施工技术规范　（ＪＴＪ　ｏ４１—２０００）第ｌ５．３．１条）的不大于２　ｃｍ要　求，且部分构件应力超限。后经加固改造，对该挂　篮进行荷载预压试验测试，其主桁架前段累计变　形为２．２　ｃｍ，扣除各项非弹性变形后．其最大弹性　变形为１．７　ｅｍ。认为改造后的挂篮基本可以满足宝　射河大桥施工要求。　由此可见挂篮自身的结构特性计算与连续梁　桥监控计算是２个的部分，也是相互联系的２　个部分，即首先要确保主梁结构施工过程模拟计算　各项指标满足要求，在这个大前提下，还需对悬浇　挂篮自身进行检算，为监控目标实现提供保障。　连续梁桥悬浇节段施工过程模拟计算必然要　对每一阶段赋予施工周期。在以往的监控计算中，　这一参数多是根据设计文件取值。在实际施工过程　中。有很多因素制约着施工进程（如人员、材料、机　械等）．使得主梁悬浇节段实际施工进度与设计文　件要求有较大出入，这对监控计算特别是悬浇阶段　主梁变形计算存有一定的影响。３３２省道退水闸大　桥和安大公路宝射河大桥跨径布置相同，节段划分　相同。且主梁截面特性参数、截面配筋、预应力钢束　布置等基本一致。在主梁施工过程中，退水闸大桥　悬浇节段施工共用时９１　ｄ，宝射河大桥悬浇节段　施工共用时１４６　ｄ，两者所耗时间相差５５　ｄ。经计　算。这段施工周期差引起的退水闸大桥最大悬臂　端的变形值为４．７　ｍｍ，占其最大预拱度２７．８　ｍｍ　的１６．９％：引起宝射河大桥最大悬臂端的变形值　达６．３　ｍｍ，占其最大预拱度３４．８　ｍｍ的１８．１％。显而　易见，节段施工周期对变形控制的影响是不容忽视　的，在监控实施过程中，应根据现场实际进度实时　调整计算模型中各个悬浇节段的施工周期．以减小　偏差，使得理论计算工况与现场施工情况相符。　３线形控制　连续梁桥施工阶段的变形控制可以分为悬浇　阶段和体系转换阶段２大部分．而能够进行人为调　整的变形控制则主要集中在悬浇阶段。在悬浇阶段　施工过程中，变形控制主要通过某工况下（如前移　挂篮、浇注混凝土、张拉预应力等）结构悬臂端的变　形实测值与该工况下的理论计算值进行对比分析　实现。在对比分析过程中，有个新方法值得考虑。　对于线形控制而言，不管采用什么方法进行对　比分析，其目的就是怎么修正实测值与计算值的偏　差问题。材料特性参数、截面特性参数、荷载参数等　这些所有计算参数的偏差（计算参数取值与结构实　际参数值的差值）最终引起的结果只有一个：计算　值偏离实测值。以往的变形对比分析一般都是先人　为设定某一偏差范围，将实测值与计算值进行比　较，若实际偏差满足设定的偏差范围要求，则不予　理会，继续正常施工；若实际偏差超出设定的偏差　范围．则根据工地试验资料和现场采集数据调整材　料特性参数（如弹性模量、容重、摩阻系数等）、截面　特性参数（如梁高、腹板厚度、顶板厚度等），或者作　用外荷载（如施工荷载、温度荷载等）来使得计算值　与实测值靠近，一旦达到要求，就用新的特性参数　来计算并指导下一悬浇节段的施工。从理论上来　说，这种方法是完全可行的，但在操作过程中，会因　为这种方法要求数据源多、数据真实性高、涉及环　节多、花费时间长等特点不利于现场实施。　３３２省道京杭运河特大桥、退水闸大桥和安大　公路宝射河大桥线形控制的偏差修正工作具体做　法如下：在监测第ｎ节段混凝土浇注工况的悬臂端　结构变形时，连续倒退测试３～５个节段（即第ｎ一１、　ｎ一２、ｎ一３……节段，当前第凡节段由于挂篮变形与　结构变形较难界定，故舍之）梁体竖向变形（假设为　、　：、　，……），然后分别将其与该工况下各个节段　的理论计算值（假设为　、　：、　，……）进行对比，可　以得到该工况下各节段竖向变形修正参数Ｋ　、　、　Ｋ　等（Ｋ　＝　。、Ｋ２＝　、Ｋ，＝　……）；同理可得　第ｎ节段张拉预应力工况下各节段竖向变形修正　参数Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３……。再对上述Ｋｌ、Ｋ２、Ｋ３和Ｓ】、Ｓ２、Ｓ３　进行平均，得到第　节段的工况修正参数Ｋ　和５　，　可以用该参数修正下一节段（即第ｎ＋ｌ节段）的各　・４Ｏ・　现代交通技术　２０１１年　工况变形理论计算值，并以此指导下一节段的施工。　得出的修正系数对１　１＃块施工时结构变形计算值　在施工第ｎ＋ｌ节段时，重复进行上述工作，得到第　＋１节段的修正参数　和Ｓｎ＋　，再对第ｎ＋２节段的　各工况变形理论计算值进行修正，如此反复循环，使　得实测变形值不断逼近理论计算值，直至两者偏差　很小，甚至完全闭合。下面以京杭运河特大桥１０＃块　变形对比分析数据为例，具体数据见表１所示。　表１　京杭运河特大桥１０＃块变形对比分析数据　的修正．１　ｌ＃块施工阶段结构变形实测值与修正计　算值吻合较好，说明按照上述介绍的方法对京杭运　河特大桥进行线形控制是有效的。　４结论　以上论述结合扬州市宝应县境内３座连续梁　桥施工控制实例，主要介绍了连续梁施工控制实施　过程中的几个问题。通过以上论述可以得到以下几　点结论：　秽　凝土　应力节段　正系　修正系数　ｍｍ　变形／ｍｍ　数　……一　节段　变形／号　值　值厶值　值　“芋　　ｓ　“　ｓ　（１）连续梁桥施工监控计算仿真模拟时，对墩　梁结合处永久支座的考虑应根据实际情况，在施工　适当阶段安装到位，在模拟临时固结设施时，应根　据具体施工方案按照结构实际刚度值取值；　（２）连续梁桥监控计算中，应根据实际施工进　注：表中变形数据正负号表示方向，为负表示变形向下，　为正表示变形向上。下同。　度实时调整各施工阶段的计算周期，另外，还需对　挂篮自身进行结构检算：　（３）线形控制对比分析时，利用已完成节段的　监测数据得出变形值修正系数，并用该系数修正后　续节段的计算值，从而使得实测值与修正计算值不　断逼近。　参考文献　再用１＃块变形对比分析得出的　、０ｓ数值，修　正计算模型中ｌｌ＃块施工时８＃～１０＃变形计算值，　并用实测值进行对比分析，结果如表２所示。　衷２京杭运河特大桥１　１　块变形验证数据【５　浇注混凝土　变形／ｍｍ　节段　号　实测应力　变形／ｍｍ　修正后偏差　…　一　［１］侯希承．预应力连续梁悬臂施工控制技术探讨［Ｊ］．西部探　矿工程，２００５，１７（７）：１８４－１８６．　『２］白海峰．大跨度预应力混凝土连续箱梁施工监测控制研　计算修正计实测计算修正计浇注张拉预　值　值　算值　值　值算值混凝土应力　０．２７　０．０６　０．２０　究［Ｊ］．铁道工程学报，２００８（３）：７－１２．　［３］徐君兰，项海帆．大跨度桥梁施工控制［Ｍ］．北京：人民交　通出版社。２０００：２８．　８＃一１０．４—１４．２５－１０．６７　７．１　７．８４　７．０４　９＃　一８．１—１Ｏ．９５—８．２Ｏ　１２．６　１３．８ｌ　１２．４０　０．１０　１０＃一１３．１一ｌ７．８６—１３．３７　９．３　１０．５４　９．４６　０．２７　—０．１６　『４１江苏省交通科学研究院有限公司．３３２省道宝应湖退水闸　注：表中偏差数据正负号表示数据大小，为负表示实测　值小于计算值，为正反之。　至京沪高速公路段ＢＹ２合同段施工图设计『ｒｔ］．２００８．　［５］中铁大桥（南京）桥遂诊治有限公司．３３２省道ＢＹ２合同　段京杭运河特大桥监控资料汇编［Ｇ］．２０１０．　（收稿日期：２０ｌｌ—０１—０６）　表２数据表明：经过１０＃块变形控制对比分析　我国首次建立公路震害标准化数据库　２０１１—０５一】５．交通运输部重大专项“汶川地震灾后重建公路抗震减灾关键技术研究”的１１个子项目之　一——西部交通建设科技项目“汶川地震公路震害评估、机理分析及设防标准评价”通过验收鉴定，成果总体　达到国际领先水平。　“汶川地震公路震害评估、机理分析及设防标准评价”项目组对汶川地震灾区公路沿线次生地质灾害和　路基、桥梁、隧道震害进行了及时、全面、系统、细致的调查，通过研究取得了多项创新成果。成果主要包括：在　我国首次建立了公路震害标准化数据库：全面系统地总结了公路路基、桥梁、隧道等构造物震害规律、典型震　害机理；提出了公路路基、桥梁、隧道震害分级标准；对抗震设防标准进行了评价，提出了高烈度山区路线、路　基、桥梁、隧道等抗震设防新对策。　（摘编自中国交通报）