大跨度连续刚构施工监控关键参数研究

大跨度连续刚构施工监控关键参数研究

周永兵1，唐林俊1，田润斌1，刘坤2，燕卓3

1.云南云路工程检测有限公司，云南昆明，650000

    2.云南省交通科学研究院有限公司，云南昆明，650000

3.云南省公路科学技术研究院，云南昆明，650000

摘要：为了研究连续刚构桥施工阶段关键控制参数及对结构线形进行有效的调控，以云南某连续刚构桥为工程实例对其施工过程进行仿真计算，分析了结构自重、混凝土弹性模量、有效预应力和混凝土徐变对成桥挠度的影响规律。结果表明：施工过程由于上述因素的管控不力，均可导致桥梁长期变形的失控，结构下挠等问题将更加突出。

关键词：连续刚构；施工监控；成桥挠度；关键参数

1 引言

随着云南公路交通基础设施建设的全面发展，跨越高山深谷、深水河流的高墩大跨度桥梁不断增多。连续刚构桥采用悬臂浇筑施工工艺，且墩梁固结，整体性好，抗扭性能好、抗震能力高[1]，连续刚构因其在施工技术和结构性能方面的优势，在近30年来发展迅速，应用广泛[2]。然而，目前国内大跨度连续刚构在运营过程中普遍出现了跨中过大下挠、腹板开裂等病害[3]，引起了社会的广泛关注。

对于连续刚构的施工而言，由于实际自重、预应力损失、徐变系数等参数离散性较大，施工累计误差也较大。通过对连续刚构桥的调查分析[4]，在施工过程中由于施工误差使得其主梁线形出现偏差，进而导致了长期变形失控，出现跨中下挠等显著问题。

因此，连续刚构施工过程中的主梁线形监控尤为重要，本文以云南某连续刚构桥为研究背景，结合施工现场常见问题，对影响主梁线形的参数进行量化分析，然后对其关键参数进行严格的控制，旨在确保桥梁达到期望线形，也为该类桥梁的施工建设提供一定的参考。

2 工程概况与有限元建模

云南某跨径布置为（80+150+80）m三跨预应力混凝土连续刚构桥，其桥型布置如图2.1所示。箱梁截面采用单箱单室，顶板宽12.5m，底板宽6.5m，墩顶梁高9.0m，跨中梁高3.2m，梁高按1.8次抛物线变化，主梁横断面如图2.2所示；主墩采用双肢薄壁空心墩，墩高分别为107.06m、108.06m，双肢净距为5.0m，墩身之间未设置系梁。本桥梁采用挂篮悬臂浇筑，其施工顺序为悬臂施工至19号梁段→边跨合龙→中跨合龙。

采用Midas/Civil对桥梁结构进行计算分析，有限元模型如图3所示。根据桥梁的结构特点以及现场施工工序，通过正装分析得到了各阶段主梁的几何和受力状态，全桥共划分207个节点，194个单元，有限元计算模型如图2.3所示。

3 施工控制关键参数分析

大跨度连续刚构的施工过程将会面临各方面因素的影响，主要包括了几何、材料参数，从而致使施工实际状态和设计理想状态之间存在不同程度的差异。因此，为了确保连续刚构成桥以后线形平顺、受力合理，我们必须对其关键影响因素进行分析，保证施工控制过程有的放矢。本文重点分析结构自重、混凝土弹性模量、有效预应力以及混凝土徐变对箱梁主跨跨中挠度的影响，以便对线形偏差进行有效调整控制。

3.1 混凝土容重及结构尺寸

在连续刚构桥节段悬臂浇筑过程中，由于模板变形和桥面线形不平顺，最终将导致梁体超重[5]。我国现行的《公路工程质量检验评定标准》和美国AASHTO规范对混凝土超方作了如表3.1所示的规定，而根据文献[6][7]对混凝土箱梁桥超方问题的调查分析，其超方率普遍偏大，在结构分析时应考虑梁体超重的影响。

表3.1 规范对混凝土超方的规定

以成桥状态为研究对象，考虑主梁自重分别变化1%、2%、5%，分析梁体超重对主梁中跨跨中挠度的影响，其结果见表3.2和图3.1所示。

表3.2 梁体超重对主梁中跨跨中挠度的影响（单位：mm）

由表3.2和图3.1可知，在不同的成桥阶段，主梁跨中挠度随着自重的增加基本呈线性增长，自重每变化1%，其挠度值增加2.7%~3.6%；另外，主梁跨中挠度的增加量值随着成桥时间的增长在不断减小。

3.2 混凝土弹性模量

混凝土弹性模量作为其重要的力学性能指标，也是衡量桥梁结构刚度的重要参数，将直接影响到桥梁结构的线形控制。通过现场对桥梁混凝土弹性模量实测分析，其数值往往比规范取值高[8]，本桥主梁为C55混凝土，经试验检测所得结果为4.49×10

4MPa，可达规范值的1.26倍。因此，同样以成桥状态为研究对象，考虑主梁弹性模量分别变化-10%、0%、10%，以及采用试验检测值分析混凝土弹性模量对主梁中跨跨中挠度的影响，其结果见表3.3和图3.2所示。

表3.3 混凝土弹性模量对主梁中跨跨中挠度的影响（单位：mm）

由表3.3和图3.2可知，主梁跨中挠度随着混凝土弹性模量的增大基本呈线形减小，弹性模量增大10%，其挠度值减小4.9%~7.7%；对于该桥而言，采用现场混凝土弹性模量的实测值进行分析，在成桥阶段其挠度值将减小4.83mm。

3.3 有效预应力

对于预应力混凝土结构分析计算，必须考虑预应力损失对结构造成的影响，预应力的损失主要包括传力锚固时的损失和锚固后的损失[9]。本文主要考虑施工过程中预应力的摩阻损失，即考虑摩擦系数和偏差系数的影响，二者取值如下表3.4所示。

表3.4 摩擦系数μ、偏差系数k的取值

由上表可知：（1）各规范对于摩擦系数和偏差系数的取值均存在一定偏差，特别是在偏差系数的取值中，美国AASHTO规范和欧洲规范EN1992明显较大，最大为中国规范的7倍。（2）根据文献[9]中对实际工程的统计情况，摩擦系数和偏差系数的离散程度较大，其平均值都大于规范取值。（3）对于中国规范而言，现行规范对摩擦系数的取值略有提高。

现分别采用上述规范取值及工程统计值，分析其差异对结构成桥跨中挠度的影响，其结果见表3.5和图3.3所示。

表3.5 预应力摩阻损失对主梁中跨跨中挠度的影响（单位：mm）

由表3.5和图3.3可知，不同规范计算得到的主梁跨中挠度值差异较大，成桥跨中挠度值最大相差12.76mm；在上述各组数据中采用中国规范计算的挠度值最小，而采用实际工程统计值计算得到的挠度大于现行规范计算值18.33%。

3.4 混凝土徐变

混凝土徐变是材料的固有特性，且其主要与时间参数紧密相关[10]。为加快桥梁施工进度，往往导致悬臂浇筑时间被压缩，即梁段在混凝土浇筑完成后，龄期未满足要求下进行了预应力张拉。由于加载龄期关乎到徐变系数的大小，进而影响到桥梁结构的成桥挠度。现分别考虑加载龄期为3d、5d、7d、10d，分析其对徐变系数及结构成桥跨中挠度的影响，结果见图3.4、图3.5和表3.6所示。

图3.4 加载龄期对混凝土徐变系数的影响规律

表3.6 不同加载对主梁中跨跨中挠度的影响（单位：mm）

由上述图表可知，随着加载龄期的减小，徐变系数和主梁跨中成桥挠度明显增加，以设计要求的7d加载龄期为基准，龄期为3d和5d时其成桥挠度分别增加了2.79%和7.03%。另外，成桥时间是影响徐变系数和挠度变化的重要因素，二者的变化幅度随时间在不断减小，加载龄期为7d时，成桥10年内挠度增长了62.78%。

4 结论

1、采用悬臂施工的连续刚构桥，自重是导致结构长期下挠的主要荷载，梁体超重将使得预应力不足和徐变变形增大，加剧了桥梁长期变形的失控，严格控制梁体超重具有重要意义。

2、混凝土弹性模量和预应力管道摩阻系数应根据实测数据进行确定，修正理论控制计算，以更加贴合现场实际情况。此外，预应力摩阻损失受现场施工质量的影响较为显著，应严格控制管道定位、管道破损漏浆、混凝土振捣对管道的扰动等施工工艺不佳的情况。

3、混凝土徐变对连续刚构成桥线形控制影响较大，减小徐变系数大小是控制成桥挠度的根本办法，施工过程中应严格控制预应力的张拉龄期不少于7d，降低混凝土徐变对成桥挠度的影响。

参考文献：

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