大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究.pdf

第l 4 卷 第 l 期 2 0 1 5 年 3 月 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL 1 4 No 1 J 0UR NAL 0F S HI J I AZ HUANG I N S TI T UT E 0F RAI U Y TE CHNOL 0GY M a r 2 0 l 5 大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究 李 刚 ( 中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 1 1 1 o o o ) 摘要： 大跨度预应力混凝土连续梁常采用挂篮悬臂浇筑施工 文章结合具体工程实例， 采用A n s y s 建立施工仿真计算模型，提出采用灰色理论预测法对主梁挠度变化进行预测，提供各施工阶段的立 模标高，以指导施工，该方法对同类桥梁的施工有很好的参考价值。 关键词：预应力混凝土连续梁 灰色理论 施工控制 中国分类号： U 2 4 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 4 0 5 1 引言 大跨度预应力混凝土连续梁桥采用悬臂浇筑施工时，由于混凝土的非匀质性 、几何参数的变异 性以及受到时间、温度等因素的影响，使得桥梁结构各施工阶段的线形与 内力偏离设计值 。结构中 的各个部分是在分段施工中逐步形成的，各个施工阶段不仅结构形式不同，而且施工荷载也与成桥 状态 的设计荷载有一定 的差异。因此对施工过程中每个阶段的几何线形和 内力状况的分析计算 ，就 成为桥梁悬臂施工控制中的基本要求。 某桥为铁路预应力混凝土连续梁，跨度组成为 ( 6 0 +1 1 0 +6 0 )m，全长 2 2 1 5 m。中支点梁高为 7 2 m， 中跨跨中及边跨现浇段梁高为 4 6 m。 梁体为单箱单室、 变高度、 变截面结构。 箱粱顶宽 1 2 6 m， 底宽 6 4 m，顶板厚度 3 5 4 5 5 5 c m，腹板厚度 6 0 8 0 1 0 0 c m，底板厚度 5 5 1 6 5 c m，在端支点、 中支点以及中跨跨 中共设 5个横隔板，隔板设有孔洞，供检查人员通过。桥型布置见图 1 。 图 1 连续梁桥型布置 图 ( c m) 2 连续梁悬臂施工控制原理 大跨度桥梁施工控制的主要 目的是+ 使施工实际状态最大限度地与理想设计状态相吻合 ， 包括线 收稿 日期 ：2 0 1 4 1 卜1 8 作者简介：李刚 ( 1 9 7 2 - )，男，汉，辽宁盖县人，学士，工程师，研究方向桥梁。 5 4 第 1 期 李刚 大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究 形与受力状态 。一般对桥梁的控制方法有事后控制法 、预测控制法 、自适应控制法和最大宽容度法 等。现代桥梁施工控制主要运用的结构计算方法包括：正装分析法、倒装分析法和无应力状态分析 法 。施工控制影响因素包括施工方案与施工荷载、预加应力、混凝土收缩徐变、温度及施工进度等 。 2 1理论立模标高的确定 在连续梁挂篮现浇施工过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺 、是 否符合设计的一个重要问题，也是施工控制的一个重要事项 ，其计算公式如下 ： ( i ) =H ( D) +f( f ) +( g) +( f ) H( i ) 第 f 段待浇主梁的底模板前端的立模标高； H( D ) 第f 段待浇主梁的底模板前端的成桥设计标高； 厂 ( f ) 本阶段及后续所有施工阶段对第 梁段前端产生的挠度累计值； ( g ) 由于挂篮变形产生的底模板前端的挠度值； 厂 ( f ) 成桥t 年后由收缩徐变和车辆运营所产生的挠度。 其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验 ，综合各项测试结果， ： 绘出挂篮荷载一一挠度 曲线 ，进行 内插而得。 2 2施工控制中的灰色系统预测模型 进行施工控制的目的就是通过获得的数据预测以后的施工走 向并加以调整 ，以确保施工的安全 性。灰色理论的特 点是以现有信息为基础来进行数据加工与处理，建立灰模型来预测系统未来发展 变化，常用的模型为 G M ( 1 ， 1 )模型。在构建灰色系统预测模型时可将桥梁看成一个灰色系统，其 灰色预测模型 的建立步骤如下：在第 f + l号梁段施工前，通过计算得到 已浇梁段在理想状态下的挠 度变化值 ，在第 f 梁段施工完成后 ，测得前几节梁段挠度变化实测值 ，对两者建立误差序列，以此 为原始序列，建立 GM ( 1 ， 1 )模型。 作为预测模型的G M ( 1 ， 1 )模型，其白化微分方程为： y (1) + a X( 1) =z f d t 式中：a ， 为待辨识的参数；z ( 为原始数据 z ( 。 的累加生成数据系列。 解方程得时间响应函数为： 广 z( f ) ：I z( 1 ) 一 I P a ( ) + L 口 J a 将上式离散后可得相应的预测模型为： z ( k + 1 ) = I Z L 下一梁段立模标高预测值为： ( 七+1 ) =Z 。 ( 尼+1 ) H， ( +1 ) 式中：z ( 。 ( 斛 1 )为立模标高实测值与理论计算值 比值 ； ( 1 )为立模标高理论计算值 。 3 悬臂施工 A N S Y S 仿真分析 3 1有限元模型 利用 An s y s建立有限元计算模型，模型中混凝土与预应力钢束采用分离式建模方式，混凝土用 55 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 5年第 1 期 实体单元 s o l i d 9 5模拟 ，钢束采用只受拉的桁架单元 l i n k 8模拟，通过输入初始应变来模拟预应力的 大小，通过耦合力筋和最近的混凝土单元节点 自由度使两者成为一个整体；施工阶段利用 An s y s中 的单元生死功能来模拟，即先对相应单元进行编组，然后按照施工进度进行激活或杀死。主梁有限 元模型见图 2 ，模型中的预应力钢束见图 3 。 0 隅 II! i 10 t硼l - I 甜 Il iIl3I ll ” ” 图 2 主梁有限元模型 图 3 模型中的预应力钢束 3 2混凝土收缩徐变的模拟 An s y s 建模过程 中为了考虑混凝土的徐变收缩效应，进行 了如下假定： ( 1 )假定每一梁段混凝 土具有相 同的龄期与徐变收缩值 ； ( 2 )将结构的徐变收缩过程划分为与施工过程相适应的各个时间 间隔。通过龄期调整 的有效模量法 ( A E MM)来模拟混凝土的收缩和徐变，计算步骤如下：首先将 时间分解成若干个时间段，在每个时间段内单独作为荷载步求解，将混凝土的弹性模量换成有效模 量 D ，将实际作用的荷载转化为等效节点荷载，边界条件按实际施加 ，按静力分析求解即可得到在 该时间步 ( 荷载步 )内的徐变效应 ，其次将各个时间段内的徐变效应叠加，即可得到任一时刻结构 的徐变内力和位移。 混凝土有效弹性模量计算式如下： ( f 一 1 ) = E c ( i 一 1 ) 【 l + ( f ， f 一 1 ) tp ( i ， f 1 ) 】 试中， ( f ， t o ) 混凝土徐变系数； E( f 一 1 ) 混凝土弹性模量 ； x ( i ， f 1 ) 龄期调整系数。 4 施工监控方案及监控结果 4 1线形控制方案 主梁线形控制主要是严格控制主梁每一节段的竖向挠度及横向偏移 ，若有偏差并且偏差较大时， 必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一节段更为精确的施工做好准备。主梁线形控制的最终 目 标是保证主梁的整体标高和局部平顺性要求，成桥后主梁的标高要满足以上两方面的要求。其次， 主梁的实际桥轴线与理论桥轴线的偏差应符合设计和桥梁工程质量评定标准等的要求。为了实时监测 第 1期 李刚 大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究 主梁的线形，在每一梁段距端头截面 2 0 c m处顶板埋设 3 个线形控制测点，测点采用直径 1 6 l l 1 m螺纹 钢筋制作 ，钢筋露出顶面混凝土 2 c m，露 出端上部加工磨圆并涂上红漆。线形控制测点布置见图 4 。 箱梁每一节段悬臂施工过程 中，应进行 以下工况的挠度测量和 高程控制测量：挂篮就位立模后、箱 梁混凝土浇筑前、浇筑箱梁混凝土后、纵向预应力钢束张拉后。同时，应进行以下两个工况的箱梁 平面中线位置控制测量：挂篮就位及立模板后、浇筑箱梁混凝土之后。 2 3 4 5 6 图4 箱梁线形控制测点布置 ( c m) 图 5 截面应变测点布置 4 2应力监控方案 为了及时掌握桥梁在施工过程 中关键部位应力 ( 或应变 )的变化规律，弄清理论值与实际值之 间的关系，在每一跨主梁关键部位布置应力测点，通过施工阶段的实时测试获得结构真实的应力状 态 ，对其进行误差分析并判断是否符合设计要求，如果实测值与理论值的差值超 限则必须查找原因 和调控 ，使之在允许的范围内变动 。主梁应力控制截面选取主梁支点附近最大负弯矩截面、主粱跨 中最大正弯矩截面及最大主应力截面。每个截面应力测点布置见图 5 。应变测试工况为：浇筑节段 混凝土之前、节段混凝土浇筑完成，预应力张拉之前、预应力张拉灌浆之后、体系转换前后。 4 3监控结果 l 画 j Ilj 惺 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 截面 图6 成桥后主梁控制截面标高差值( m m1 5 7 8 6 4 2 0 4 佃 石 家庄铁 路职 业技术学院学报 2 0 1 5年第 1期 采用正装法来计算该桥合理施工状态 ，经过计算和分析得到了合理的结果 ，全桥在整个施工 过程和成桥状态下，拉应力都很小，最大压应力不超过 1 7 MP a o成桥后主梁线形平顺，最大偏差 为 9 mm，见图 6 ，可见线形满足规范要求 。 5 结论 预应力混凝土连续梁桥 的施工是一项十分复杂的系统工程 ，涉及面相当广泛，施工控制 中影响 主梁线形的因素很多且复杂，特别是温度变化、混凝土收缩徐变的影响。该桥成桥后的测量检验结 果表 明，主梁控制与监测效果 良好，其挠度和几何形位完全符合设计和桥梁施工规范的要求。 参考文献： 【 1 】 曾德荣， 刘宏伟， 邓雪涛 鱼洞长江大桥正桥近期工程施工监控方案研究 J 】 重庆交通学院学报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 3 ) ： 3 6 4 0 2 1 f 志， 周光伟 大跨度连续刚构桥梁施工控制系统 J 】 _ 中外公路， 2 0 0 3 ，4 ： 1 4 【 3 】 邓聚龙 灰色系统理论【 M 武汉： 华 中科技 大学 出版社， 2 0 0 2 【 4 】 陈海学， 蒋 向阳 预应力混凝土连续梁悬臂施工的线形控制【 J 】 _ 桥梁建设， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 3 9 4 1 5 t新敏 A NS YS工程结构数值分析 M】 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 7 3 4 6 3 6 5 S t u dy o f t h e Co ns t r uc t i o n Co n t r o l o f Lo ng - s pa n PC Co nt i nuo u s Be a m Br i dg e Ll Ga ng ( N o 1 E n g i n e e r i n g C o L t d o f t h e 1 9 t h B u r e a u Gr o u p o f t h e R a i l w a y B u i l d i n g C o r p o r a t i o n o f C h i n a 1 i a o y a n g 1 1 l 0 0 0 c h i n a ) Ab s t r a c t ： Lo n g s p a n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m b r i d g e c o n s t r u c t e d o fte n b y b a s k e t t h r o u g h t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f t h e c o n s t r u c t i o n c o n t r o l o f a P C c o n t i n u o u s b e a m b r i d g e ， the fi n i t e e l e me nt mo d e l wa s s t a b i l i s h e d b y An s y s ， a n d u s e the me t h o d o f Gr a y F o r e c a s t i n g Co n t r o l t o f o r e c a s t i n fle c t i o n o f ma i n b e a ms d e fl e c t i o n s ， t h e r e a s o n a b l e e l e v a t i o n o f f o r mwo r k o f e v e r y s t a g e wa s o b t a i n e d I t wo u l d b e a g o o d r e f e r e n c e t o t h e c o n s t r u c t i o n o f b r i d g e s tha t h a v e the s a me s t r u c t u r e t y p e Ke y wo r d s ： p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m Gr a y s y s t e m t h e o ry c o n s t r u c t i o n c o n t r o l 5 8