连续梁桥悬臂施工浇筑中挠度控制探讨
2017-08-21
1 概述
线性控制是现代连续梁桥施工控制的主要任务之一。随着建筑技术的进步和发展，施工机械化程度的提高，加上计算机分析桥梁结构的施工控制使用，悬臂施工法已成为现代连续梁桥施工最主要方法之一。该工法监控的主要任务是应力和变形，只有合理确定悬臂施工阶段的挠度和应力，才能保证结构在一定的时间内达到理想的设计要求。现结合这几年修建的几座连续桥梁经验，探讨一下连续梁桥在使用挂篮施工时，如何计算连续梁桥悬臂施工阶段的挠度及影响悬臂施工挠度控制的因素，从而为以后类似的施工提供一些借鉴。
2 连续梁桥悬臂浇筑施工挠度的计算
为了弥补施工过程中的变形，底模的控制高程在施工过程中不等于桥梁设计标高。计算公式如下：
H=H设+f施+f挂篮 （1）
式中：H为浇筑段立模高度；H设为构件设计标高；f施为施工i节段时混凝土浇筑前i梁段以及后续浇筑各段的总挠度（可由计算软件自动生成）；f挂篮为本节段的挂篮变形值。
标高控制点要及时测量浇筑后的混凝土，主要用于检验已浇构件状态，以便修正结构标高参数计算值，准确调整和优化桥梁线形，使成桥后的标高更加接近理论设计值。
连续梁采用后张法预应力施工的各节段必须进行控制高程的测量，主要是掌握预应力施加后的上拱度，目的也是检验已浇构件状态，从实测数据中分析与理论计算值的不同，从而了解预应力施工中是否存在误差，模拟过程是否合适，如何计算预应力损失，以决定预应力理论值是否修改。悬臂梁法用于连续梁桥施工时，必须考虑温度效应、混凝土收缩徐变、施工荷载引起的下挠变形，所以每段总挠度悬臂结构高程计算公式：
H=H设+fi+fiy+f挂篮+fx+0.5fP （2）
式中：H为待浇筑段主梁前端底模标高；H设为构件设计标高；fi为拟施工节段以及后续浇筑各段自身静载对该点标高的影响值；fiy 为本节段和后续节段纵向预应力束张拉后对该点标高的影响值；f为i节段的挂篮变形值；fx为徐变、收缩、温度、体系转换、二期恒载、施工荷载对该点标高的影响值；fP为静活载作用下产生的下挠值。
3 连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制的影响
3.1 挂篮变形
挂篮是悬臂施工中的主要设备，挂篮系统的变形对悬臂梁的挠度控制起着重要作用，在悬臂浇筑过程中不可忽视。该设备的变形主要由混凝土自重作用下吊篮的弹性变形和连杆松动引起的几何变形组成。一般来说，弹性变形可以用空间有限元程序计算挂篮设备在各梁段施工时的变形，进而通过绘制变形和梁段重量所对应的关系曲线来掌握，而几何变形由于多因素的影响，增加了预定难度。然而，变形仍然是可控的。挂篮系统一般的变形可以参照预压试验数据，预测应基于对梁的变形数据分析的具体施工，这表明预抛高挂篮梁段，错误的预测值将直接影响偏转的绝对误差和相对误差。此外，通过预压过程可以充分了解设备的弹性变形和几何变形，对施工过程中吊篮底模高度的调整具有重要的参考价值。同时，为了减小几何变形的测量误差，施工单位必须对挂篮进行有效紧固。
3.2 弹性模量
混凝土的弹性模量对结构分析的价值十分重要，而在施工现场测出的弹性模量要与实际梁段构件的相一致，这基本上是无法实现的。通常试验测出来的混凝土弹性模量数值都要偏大些。因此，建议计算挠度时混凝土弹性模量应尽量采用设计规范值。
3.3 构件尺寸
结构物的实际尺寸和设计值可能存在一定的误差，诸如施工放样，模板跑模引起的误差，这种偏差就会使得与采用理论尺寸计算出的几何特征值存在差异。所以要在截面施工完成后检验截面大小，并根据实际混凝土的用量和钢材的用量来计算结构实际重量，以便及时调整结构截面的几何特性和恒载用于计算。
3.4 定位预应力管道
后张法预应力施工是悬臂法浇筑连续梁控制的关键，也是影响后期运营阶段箱梁结构下挠的主要因素。根据国内外长期对大型桥梁监控量测的结果，预应力损失是引起结构下挠的最直接原因，而事实证明预应力管道定位误差会使预应力损失成几何倍数增长。因此预应力管道应尽量采用“井”字型钢筋支架定位，力求准确。
3.5 预应力张拉
对于连续梁桥，纵向预应力梁体通常采用两端张拉方式，这样能最大程度地减小预应力损失，使实际施加的预应力与理论接近，降低桥梁在后期使用过程中的下挠。因为在实际的操作过程中完全实现同步张拉是非常困难的。因此，为了保证预应力混凝土设计的张拉效果，应加强对预应力张拉控制技术的培训，有条件的单位最好采用全自动智能张拉的设备。
3.6 预应力管道摩擦系数
预应力管道摩擦系数影响预应力损失。根据结果表明，摩擦系数对挠度的影响非常小，摩擦系数如果增加了一倍，仅会造成最大的悬臂梁段下挠1cm左右。
3.7 混凝土收缩
影响混凝土收缩徐变的因素很多，因此有必要对混凝土的加载时间、临时荷载和永久荷载进行估算。根据混凝土养护期内控制点标高的变化，得到实际结果。
4 施工控制中误差调整
工程施工过程中，可以采用影响矩阵法、灰色预测法、卡尔曼滤波、小跨径连续法、参数识别法等方法调整误差进行施工控制，以便得到较为理想的桥梁线形。其中，参数辨识法是最常采用的方法，该法主要通过分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数的误差，经过设计参数误差的调整来控制桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差，使结构的成桥状态与设计尽可能一致。虽然各种施工方法可以用来计算每个施工阶段的预拱高度和挠度，但实际的桥梁调整可能依然无法达到理想效果。这主要是由于结构参数、截面尺寸、材料的弹性模量、温度、徐变等因素引起的各种参数误差计算不能全部掌控，与计算模型还会存在一定偏差，这就需要广大工程人员继续努力探索，积累更多的经验数据以便对施工误差进行更加精确的调整。
5 结束语
综上所述，连续梁桥悬臂施工挠度的线性控制，主要是严格地按设计图纸组织施工，精确地监控量测和验证，采用先进的设备及时消除施工中产生的各种误差，并根据实际检测数据调整挂篮各控制点参数，提前设置预拱度，最后才能得出令人满意的结果，从而保证施工的顺利的进行，为后续工作的开展提供保障。
参考文献
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