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廈漳跨海大橋南汊主橋邊跨合龍施工研究論文
摘要：懸臂澆筑法施工過程中因受到各種因素影響, 易使結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生誤差, 為確保預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工安全、線性平順, 以官林特大橋?yàn)橐劳? 建立了施工監(jiān)控系統(tǒng), 利用midas建立仿真模型, 結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值, 將施工過程中的橋梁變形和受力控制在規(guī)定的有效范圍之內(nèi), 確保了官林橋特大橋的施工安全, 為同類橋梁的施工監(jiān)控提供一定借鑒。
關(guān)鍵詞：懸臂澆筑施工; 有限元仿真計(jì)算; 施工監(jiān)控;
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展, 國(guó)家逐漸加大西部山區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 許多的大跨徑橋梁投入建設(shè)。變截面連續(xù)梁由于其跨越距離大, 投資少, 被廣泛運(yùn)用。變截面連續(xù)梁橋是多次超靜定結(jié)構(gòu), 為了確保橋梁整個(gè)過程中受力適當(dāng)及成橋后線形平順, 需要確切控制施工過程中的應(yīng)力與變形。施工監(jiān)控就是在施工過程當(dāng)中適當(dāng)選取參數(shù), 以真實(shí)參數(shù)及時(shí)進(jìn)行仿真分析計(jì)算, 修正橋梁的有限仿真模型與運(yùn)行的結(jié)果, 并估測(cè)接下來施工階段的參數(shù)。在施工監(jiān)控中, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際的應(yīng)力線形狀態(tài)與理論上有差別時(shí), 必須找出其原因, 并在后續(xù)施工中限制參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。
1 工程概況
此工程為貴州省沿河縣到德江縣的高速公路項(xiàng)目, 官林特大橋?yàn)榇隧?xiàng)目建設(shè)中的代表性特大橋, 官林特大橋位于貴州省德江縣觀音灘鄉(xiāng)官林村附近, 上跨大倔頭河及坳家河, 橋軸線與河道夾角為80°左右。大橋終點(diǎn)接官林隧道, 橋梁為分離式雙幅布置。橋梁右線中心樁號(hào)為K80+250.832, 跨徑組合為6×40m+ (70+130+70) m+8×40m+ (70+130+70) m+26×40m, 橋梁全長(zhǎng)2145.741m;橋梁左線中心樁號(hào)為ZK80+229.444, 跨徑組合為7×40m+ (70+130+70) m+7×40m+ (70+130+70) m+26×40m, 橋梁全長(zhǎng)2150.315m。主橋?yàn)?(70+130+70) m的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu), 單幅橋?qū)?1.25m, 最大主墩高為74m, 主橋主墩為雙薄壁空心墩, 過渡墩為空心實(shí)心薄壁墩。引橋?yàn)?0m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁, 引橋墩為墻式薄壁空心墩、實(shí)心墩和雙柱式圓形墩;橋臺(tái)均為柱式臺(tái)。
圖1 官林主橋橋型圖
2 仿真分析
主橋上部結(jié)構(gòu)靜力分析分別采用了橋梁專用程序“MIDAS”和同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系的“橋梁施工控制”程序。對(duì)施工整個(gè)過程進(jìn)行仿真分析計(jì)算, 分別包括收縮徐變 (按1000d計(jì)算) 、預(yù)應(yīng)力恒載、活載等作用, 并復(fù)核兩個(gè)程序的模擬結(jié)果。施工階段根據(jù)施工順序和工藝、梁段劃分、施工臨時(shí)載荷, 并對(duì)各個(gè)梁段施工過程進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算按左幅和右幅分別進(jìn)行。仿真分析模型如圖2。
圖2 官林主橋仿真分析模型圖 (單位:m)
3 計(jì)算
3.1 計(jì)算參數(shù)的選取
官林特大橋主跨跨徑130m, 材料為C50混凝土, 容重為26.25k N/m3 (考慮超重等影響) , 彈性模量為3.45×104MPa, 掛籃總重58.5t, 每一節(jié)段梁的計(jì)算施工周期為10d, 二期恒載取值為6.46t/m。依照以前施工經(jīng)驗(yàn), 影響上部結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力產(chǎn)生主要有日照溫度、掛籃變形、混凝土彈性模量、施工臨時(shí)荷載、預(yù)應(yīng)力的張拉、混凝土外形偏差、徐變和容重。上述參數(shù)在施工前的計(jì)算中應(yīng)采用設(shè)計(jì)取用值進(jìn)行理論分析, 并隨著施工過程的開展, 通過實(shí)測(cè)和相關(guān)試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行修正。根據(jù)修改后的參數(shù)進(jìn)行仿真分析, 從而使計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)狀況相吻合, 具體修正方法詳見后述。
3.2 計(jì)算內(nèi)容
官林特大橋要經(jīng)過0號(hào)塊、1號(hào)塊整體澆筑→懸臂施工→邊跨合龍→中跨合龍的過程, 因此首先要按實(shí)際施工過程對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算。為了掌握官林特大橋的變形及受力情況的理論值, 進(jìn)行此次施工控制仿真計(jì)算。施工控制計(jì)算中先依照理論值取用混凝土容重、截面上下緣溫差、收縮徐變和彈性模量, 然后通過分析實(shí)際數(shù)值與理論間的偏差, 依照實(shí)測(cè)數(shù)值對(duì)施工控制計(jì)算中的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行修正, 并精確預(yù)估測(cè)下節(jié)段箱梁立模標(biāo)高。
施工計(jì)算前首先深入了解并掌握設(shè)計(jì)圖紙, 然后根據(jù)設(shè)計(jì)單位采用的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)計(jì)算所確定的施工工序進(jìn)行仿真分析計(jì)算, 可算得各施工段期間和成橋狀之后的應(yīng)力與變形等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。并與圖審和設(shè)計(jì)單位互相溝通校核, 確保此數(shù)據(jù)準(zhǔn)確后可用作本橋施工監(jiān)控理論軌跡。
3.3 計(jì)算參數(shù)的修正
在施工過程中, 對(duì)高程控制撓度影響比較大的參數(shù):結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃變形、溫度和收縮徐變等。各參數(shù)的修正方法分述如下:
(1) 結(jié)構(gòu)自重。結(jié)構(gòu)自重修正內(nèi)容包括混凝土實(shí)際容重值及澆筑后箱斷面與理論值偏差。容重值大小可以由量測(cè)材料重量確定;當(dāng)出現(xiàn)跑�，F(xiàn)象時(shí), 立即對(duì)容重及截面幾何特性進(jìn)行修正, 重新計(jì)算確定結(jié)構(gòu)安全可減小澆筑帶來的誤差。
(2) 預(yù)應(yīng)力的影響。首先, 施工中應(yīng)當(dāng)精確定位預(yù)應(yīng)力管道, 然后按規(guī)定要求適時(shí)標(biāo)定張拉千斤頂, 并實(shí)施雙控以此盡可能消除與設(shè)計(jì)值偏差。
(3) 掛籃的剛度修正。在懸臂澆筑施工中, 掛籃變形含有彈性和彈性變形。其剛度直接就對(duì)掛籃撓度產(chǎn)生影響, 利用預(yù)加載試驗(yàn)對(duì)掛籃剛度進(jìn)行修正。通過固定好每一個(gè)錨點(diǎn), 擰緊螺栓和校正桿件不合理變形, 來減少非彈性變形帶來的影響。
(4) 收縮、徐變的影響。收縮與徐變的影響與齡期和徐變預(yù)拱度設(shè)置問題有關(guān), 因此很多大跨徑連續(xù)梁橋在成橋時(shí)都需要設(shè)置徐變預(yù)拱度。
(5) 溫度的影響。季節(jié)升溫和日照溫差均會(huì)對(duì)變形產(chǎn)生影響, 實(shí)際的撓度計(jì)算通常也只考慮這兩方面, 為減少日照溫差的影響, 對(duì)撓度的觀測(cè)時(shí)間一般定在夜間至凌晨之間。
4 施工監(jiān)控過程
橋梁在整個(gè)施工過程當(dāng)中, 會(huì)被各種各樣的因素影響, 并且隨著結(jié)構(gòu)與施工方法的不同, 造成施工誤差也相繼不同。在施工現(xiàn)場(chǎng)中, 必須找出主要的矛盾并思考提出解決方案, 這樣才能既經(jīng)濟(jì)又高效。因此, 監(jiān)控計(jì)算分析和方法需要根據(jù)不同的情況分別考慮, 把精力和資金更多地用來控制主要誤差。
4.1 高程監(jiān)控
4.1.1 高程控制方法
箱梁理論立模標(biāo)高計(jì)算式:
式中:Hi—i節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程;
fyi—i節(jié)點(diǎn)的預(yù)拱度;
fni—i節(jié)點(diǎn)從n施工階段到成橋的累計(jì)撓度;
Hni—第i節(jié)點(diǎn)在第n階段高程 (若第n施工階段為i節(jié)點(diǎn)的安裝階段, 則Hni為i節(jié)點(diǎn)的立模標(biāo)高) 。
在施工過程中, 因?yàn)楦鞣N主觀和客觀因素的影響, 現(xiàn)實(shí)情況相比理論設(shè)計(jì)值有一定偏差。所以不停地改進(jìn)理論計(jì)算公式, 最后得出實(shí)際立模標(biāo)高公式:
式中:fg—掛籃彈性壓縮變形;
Hsi—第i節(jié)點(diǎn)實(shí)際立模標(biāo)高;
β—依照撓度實(shí)測(cè)結(jié)果, 搜集整理得到的撓度折減系數(shù);
△fi—依照撓度實(shí)測(cè)結(jié)果與懸臂梁上下?lián)隙融呄蚨ǔ鰮隙日{(diào)整值。
測(cè)控點(diǎn)布置斷面選取很關(guān)鍵, 高程監(jiān)控中將測(cè)控點(diǎn)布置在節(jié)點(diǎn)斷面上�？偣灿腥齻�(gè)測(cè)點(diǎn), 將其對(duì)稱設(shè)置在頂板上, 兩邊的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)置于腹板上方, 中間一個(gè)測(cè)點(diǎn)還可當(dāng)作平面線形監(jiān)控測(cè)點(diǎn)來使用。且按要求, 側(cè)節(jié)點(diǎn)測(cè)控點(diǎn)應(yīng)該分部在此節(jié)點(diǎn)10cm的范圍內(nèi), 若有特殊情況可以按照詳情調(diào)整位置。此外與其余斷面測(cè)點(diǎn)位置一致, 還須向0號(hào)塊縱向?qū)ΨQ面頂板上布設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。
圖3 測(cè)控點(diǎn)
4.1.2 高程控制流程
懸臂澆筑的撓度觀測(cè)周期包括掛籃前移、澆注混凝土及張拉預(yù)應(yīng)力階段, 并通過三階段撓度觀測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第一階段:掛籃移動(dòng)就為測(cè)量現(xiàn)澆段;第二階段:本階段在張拉前測(cè)量現(xiàn)澆段;第三階段:本階段在張拉之后測(cè)量現(xiàn)澆段及已澆段 (用來分析累計(jì)位移線形) 。圖4為三階段法測(cè)量示意圖。
4.2 合龍段控制
連續(xù)梁合龍施工是連續(xù)梁整個(gè)施工中重要的環(huán)節(jié), 結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生變化, 引起內(nèi)力和標(biāo)高的變化, 使得施工監(jiān)控往往在這個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。所以必須做到以下幾點(diǎn):
圖4 三階段測(cè)量示意圖
(1) 施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)和監(jiān)控單位要求盡早提供合龍方案, 方案中包括合龍時(shí)的機(jī)具重量 (如掛籃桁架、底籃或其他) 和采用配重方式, 并且在施工過程當(dāng)中必須確保橋墩兩側(cè)的重量平衡。
(2) 懸臂施工完成后, 施工單位先根據(jù)方案進(jìn)行配重并調(diào)整標(biāo)高, 標(biāo)高調(diào)整完畢前, 不得將模板鎖死或者綁扎鋼筋。
(3) 鎖定勁性骨架和模板并綁扎鋼筋 (連續(xù)梁橋需要張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束) 。
(4) 觀查澆注合龍段標(biāo)高的變化及混凝土的養(yǎng)護(hù)。
(5) 主橋合龍完成后測(cè)量全橋梁頂標(biāo)高以調(diào)接橋面鋪裝標(biāo)高。
4.3 控制誤差分析
(1) 澆注混凝土誤差。由于現(xiàn)場(chǎng)估計(jì)得到頂板和底板混凝土厚度, 以及模板變形和混凝土容重變化, 會(huì)造成其誤差產(chǎn)生。當(dāng)施工過程中兩側(cè)荷載不平衡時(shí), 通過向輕的一側(cè)增添材料, 使其荷載重新平衡, 就沒有很大的影響。
(2) 橋面臨時(shí)荷載誤差。橋面荷載有不確定性, 只可以經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 估測(cè)荷載值大小和作用點(diǎn), 一般可以先試算出荷載影響結(jié)果, 然后用作修正值在施工現(xiàn)場(chǎng)修正。此外必須加強(qiáng)施工管理, 實(shí)時(shí)清除沒用機(jī)械設(shè)備, 盡量保持橋面荷載平衡。
(3) 預(yù)應(yīng)力束張拉力誤差。由于估讀張拉千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)以及各類預(yù)應(yīng)力損失, 會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力束張拉誤差。如果預(yù)應(yīng)力不夠, 會(huì)造成主梁的混凝土開裂, 更嚴(yán)重者還會(huì)造成結(jié)構(gòu)的損壞�？梢酝ㄟ^嚴(yán)格標(biāo)定千斤頂和油表、控制加強(qiáng)張拉力以及疏通管道來減小摩阻力, 來消除預(yù)應(yīng)力張拉誤差。在監(jiān)控計(jì)算分析中應(yīng)當(dāng)考慮其預(yù)應(yīng)力的損失。
(4) 施工方案變化影響。施工方案的改變對(duì)主梁線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生很大的影響。一般確定了施工方案之后, 就不會(huì)再變更施工程序, 如實(shí)在需要改變, 施工控制程序也應(yīng)當(dāng)隨施工方案一同變更。
5 主橋線性控制
5.1 線性控制結(jié)果
主梁每一塊撓度實(shí)施控制的結(jié)果都會(huì)影響之后的節(jié)段, 所以當(dāng)施工幾個(gè)梁段時(shí), 我們就要對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量, 及時(shí)地考慮整個(gè)控制工作中全橋線形的監(jiān)控, 然后依照所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)后續(xù)段的理論標(biāo)高。本橋在進(jìn)行撓度控制工作時(shí), 在第5、第10、第15號(hào)塊施工完成之后分別測(cè)量全橋所有塊段的測(cè)點(diǎn)。左幅8#墩控制結(jié)果第5、第10、第15塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程對(duì)比見圖5、圖6、圖7。
圖5 左幅8#墩5號(hào)塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
圖6 左幅8#墩10號(hào)塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
5.2 合龍后線形
本橋總計(jì)12個(gè)合龍段, 其中包括8個(gè)邊跨和4個(gè)中跨合龍段。合龍段的施工順序:先進(jìn)行邊跨的合龍, 最后進(jìn)行中跨的合龍。完成合龍之后, 對(duì)全橋的橋面點(diǎn)高程實(shí)施聯(lián)測(cè), 再根據(jù)頂?shù)撞钏愠龀蓸蛉珮虻装宓母叱�。圖9~圖11分別為實(shí)測(cè)與理論標(biāo)高的對(duì)比圖。
圖7 左幅8#墩15號(hào)塊預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
圖8 左幅第一聯(lián)標(biāo)高對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
圖9 右幅第一聯(lián)標(biāo)高對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
6 結(jié)論
通過以上監(jiān)測(cè)結(jié)果可以得到如下結(jié)論:
圖1 0 左幅第二聯(lián)標(biāo)高對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
(1) 由于精確的數(shù)據(jù)分析, 合理的計(jì)算和預(yù)拱度設(shè)置, 準(zhǔn)確無誤的立模標(biāo)高指令, 官林特大橋施工得以順利進(jìn)行;
(2) 主橋的標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求, 在施工中一直保持在安全可控范圍內(nèi);
(3) 成橋后的主梁線形平順, 其每項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都符合要求, 達(dá)到了施工監(jiān)控的目的。
圖1 1 右幅第二聯(lián)標(biāo)高對(duì)比圖
注:由于目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值非常接近, 曲線基本重合
參考文獻(xiàn)
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