小半径曲线悬灌梁线性控制技术(工程师论文).docx

320m小半径曲线不对称悬灌连续梁施工线形控制技术范中坡【摘要】小半径曲线桥梁受力复杂，施工难度比大半径桥梁或者直线桥梁要大得多，为确保施工过程安全以及施工完成后受力与线形符合设计要求，对其进行施工监控是必不可少的，本文以武咸城际铁路庙山特大桥为例，详细介绍了小半径曲线连续梁施工线形控制的方法及特点。【关键词】320m小半径曲线 悬灌连续梁线形控制Abstract：Small radius bridge has complex structure and stress. It is more hard to construct than long radius and straight line bridge. Construction monitoring and supervising guarantee the bridge to have good line shape and reasonable stress and safe construction process. This paper introduces construction monitoring method and characteristic of the small radius bridge based on extra-large bridge on Wu-Xian inter-city express railway .Key Word: small radius of 320 meters bridge with cantilever casting construction control of line shape 0 前言近年来，我国的铁路事业发展迅猛，这也同时带动了桥梁建设的快速发展，由于地形条件制约或是其他各种条件限制，不可避免地出现了一些小半径大曲率的桥梁布置形式，这种桥梁相对大半径曲线桥梁或是直线桥梁来说受力更加复杂，施工难度也相应增大，尤其对于悬臂浇筑混凝土桥梁，如何进行有效的施工监控工作显得尤为重要。对于悬臂施工的可以忽略曲率的大半径曲线桥梁或是直线桥梁的施工监控技术的研究已经基本成熟，有大量经验可以借鉴，但是对于小半径曲线桥梁的施工监控技术的研究还是比较欠缺，结合一定的工程实践对悬臂施工的小半径曲线桥梁施工监控技术做相关研究，为以后同类型桥梁的施工监控提供一定借鉴是非常有必要的。1 工程概况新建武汉至咸宁城际铁路一标段庙山特大桥的起止里程为：DK000+419.90DK001+380.5，中心里程DK000+900.2，全长960.6m。其中11#16#梁部处于320m小半径曲线段，采用悬灌连续箱梁结构，计算跨度为（40.6+64+52+64+40.6）m，边支座中心至梁端的距离为0.75m，梁全长261.2m。全桥共4个T构，分71个梁段，中支点A0号块长度为8m，一般梁段长度为3.0m、3.75m，合拢段2.0m，边跨直线段长7.6m，最大悬臂浇筑块重1313KN。合拢顺序为：先合拢13#14#中跨合拢段，再合拢11#12#、15#16#边跨合拢段，同时继续对称、平衡浇筑13#、14#T构剩余2个悬灌梁段，最后合拢12#13#、14#15#次中跨合拢段。梁体为单箱单室、变高度、变截面、斜腹板结构。梁体各控制截面梁高分别为：端支座处及边跨直线段和跨中截面中心处为2.80m，中支点处梁高5.2m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=182.50m；桥面组成为防护墙内侧宽度9.0m，防护墙外翼缘板宽度各1.60m，全桥箱梁顶宽12.2m；边支点处箱梁底宽6.50m，中支点处箱梁底宽5.54m。箱梁为单箱单室斜腹板；腹板斜率为1:5。顶板厚34cm，腹板厚由跨中直至点分别为50cm、80cm、110mm，底板厚由跨中的44cm按圆曲线变化至中支点梁根部的100cm，中支点处加厚到130cm；全桥共设9道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中截面。中支点处设置厚2.0m的横隔梁，端支点处设置厚1.50m的端隔梁，跨中合拢段设置厚0.6m的中横隔梁。隔板设有孔洞，供检查人员通过。图1 武咸城际铁路庙山特大桥连续梁立面图（单位：cm）2 工程特点本桥处于320m小半径曲线段，与直线悬灌梁桥相比：连续弯梁桥存在多种耦合:轴向变形与平面内弯曲的耦合，竖向挠曲与扭转的耦合，变形与截面畸变的耦合，其中最主要的是挠曲变形和扭转变形的耦合。曲梁在竖向荷载和扭距作用下，都会同时产生弯矩和扭距，并相互影响。同时弯道内外侧支座反力不等，内外侧反力差引起较大的扭距，使梁截面处于“弯-扭”耦合作用状态，其截面主拉应力比相应的直梁桥大得多。在悬臂施工阶段，结构为静定结构，此时的内力利用力的平衡条件可以求出。在结构自重、挂篮和施工设备等荷载作用下，固定端弯矩、扭矩和剪力均为最大。梁长相同的情况下，曲率半径越小，固定端扭矩越大，弯矩越小。体系转换时，即使只改变纵向约束条件，由于“弯-扭”耦合，梁内各截面弯矩和扭矩均发生变化。体系转换和成桥后，结构为空间超静定结构，截面内力需要结合力的平衡条件和变形协调条件求得。正截面内外侧竖向位移不等。由于截面扭转，截面内外侧竖向位移不等，梁宽越大，位移差越大。梁内外的位移差对连续梁的顺利合龙、成桥后线形和内力有较大影响，在施工控制时需要考虑这个位移差。弯梁的重心线偏离中心线。由于曲率的存在，梁长在外侧比内侧长，导致梁外侧自重比内侧大，重心线在中心线外侧。曲率越大，两条线距离越大。3 监控方法和内容针对小半径曲线梁桥的特殊性和上述分析的受力上的特点，施工监控方案的设计必须考虑这些情况，主梁线形的监控仍然监控工作的重点，但是对于应力的监控不能像直线桥梁那样作为辅助项目，而是要作为重点内容及时进行测试与分析，指导施工进程。在监控方法选取上，还是借助于目前比较先进的自适应控制法，经历理论计算预测 按预测结果进行阶段施工阶段施工完成后量测、反馈根据量测结果进行参数识别、修正下一阶段理论计算预测这样一个完整闭环控制系统。3.1 标高控制在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好。立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高。一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。其计算公式如下：式中：阶段立模标高；阶段设计标高；由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和；由张拉本阶段及后续施工阶预应力在阶段引起的挠度；混凝土收缩、徐变在阶段引起的挠度；施工临时荷载在阶段引起的挠度；取使用荷载在阶段引起的挠度的50%；挂篮变形值。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，、在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。采用MIDAS/Civil桥梁计算软件进行仿真计算与分析，并根据设计图纸和施工中每个梁段的实测数据进行计算分析调整，得出下一梁段的预抛值，再由挂篮压重试验的荷载变形曲线关系结合理论计算确定挂篮变形值，得出施工梁段的立模标高。图2 武咸城际铁路庙山特大桥连续梁理论计算预拱度成桥后实测线形和理论计算线形的比较详见表1，考虑到数据量庞大且限于篇幅的缘故，在此只给出整座桥梁一半结构的数据。从表中数据可以看出，误差基本控制在1cm以内，控制效果较好。表1 武咸城际铁路庙山特大桥连续梁半结构成桥实测线形与理论线形比较桩号梁段号目标高程(m）实测高程（m）差值（m）K26+279.90现浇段581.840581.842-0.002K26+283.5030581.766581.768-0.002K26+287.5029581.698581.6980.000K26+291.5028581.630581.632-0.002K26+295.5027581.562581.5600.002K26+299.5026581.494581.4900.004K26+303.5025581.426581.4220.004K26+307.5024581.358581.360-0.002K26+311.5023581.290581.2900.000K26+315.5022581.222581.2200.002K26+319.5021581.154581.1500.004K26+323.5020581.086581.0860.000K26+327.5019581.018581.0160.002K26+331.5018580.950580.952-0.002K26+335.5017580.882580.8800.002K26+339.5016580.814580.818-0.004K26+343.5015580.746580.750-0.004K26+347.5014580.678580.680-0.002K26+351.5013580.610580.614-0.004K26+355.5012580.542580.546-0.004K26+359.5011580.474580.478-0.004K26+363.5010580.406580.410-0.004K26+367.509580.338580.3380.000K26+371.508580.270580.2700.000K26+375.507580.202580.204-0.002K26+379.506580.134580.138-0.004K26+383.505580.066580.070-0.004K26+387.504579.998580.000-0.002K26+391.503579.930579.980-0.050K26+395.502579.862579.870-0.008k26+399.501579.794579.796-0.002k26+403.500579.726579.7260.000k26+410.00桥中线579.615579.6150.0003.2 应力监测应力监测在小半径曲线梁桥施工过程中非常重要，因为小半径曲线梁桥受力的复杂性，应力控制不仅是施工完成后桥梁线性和受力符合设计要求的必要措施，而且是评价施工过程是否合理以及保证施工过程安全的关键。选取济源侧顶板和底板应变实测值为例来说明悬臂施工过程中桥梁应变的变化趋势以及对整个桥梁变形和施工安全的影响。图3 武咸城际铁路庙山特大桥连续梁济源侧顶板和底板应变实测值由图3可以看出钢弦式传感器基本上能反映施工过程悬臂梁体根部的变化规律，即打完一节混凝土，根部顶板压应变变小一些，底板压应变变大一些，张拉完预应力后压应变增大一些，但整体应变变化趋势是压应变越来越大。由实测结果可以看出，最大压应变值没有超过对应混凝土最大压应变最大容许值，并且整个施工过程整段梁体截面没有出现拉应力，从而可以判断悬臂结构处于安全状态。从应变读数历程和应力对比分析情况可以看出：庙山特大桥实测结果和理论计算结果基本吻合，数据变化规律良好，因此，可以判断:大桥施工过程结构受力安全。4 结论（1）主梁悬臂施工的变位及标高定位预报较准确，采用的施工控制参数合理，主桥合龙顺利，合龙标高误差最大仅为8毫米，符合设计要求。（2）该桥的线形控制达到了业主和设计的要求，底板和顶板的变化较平顺，没有出现大的折线，成桥标高和预期值比较吻合，达到了预期的效果。（3）悬臂施工过程中，主梁结构关键截面应力状态监测结果表明主梁结构的应力分布基本反映了结构设计及施工监控理论计算的预测结论，无论顶板还是底板，变化规律和理论值比较一致，实测最大压应力为18.9Mpa，拉应力基本上没有出现，并且没有出现拉应力引起的开裂现象。说明悬臂施工过程整体结构受力安全并且合理。（4）墩底应力测试结果表明，墩身受力安全，应力变化较小，并且对称性满足设计要求，没有出现大的偏位和沉降，弹性压缩值和理论值一致。从以上几点可以得出以下监控结论：庙山特大桥高程和应力较好地达到了监控的目的，应力分布正常，结构线形良好，没有出现折线的情况，合龙精度较高，结构受力合理。从而证明本文采用的施工监控方法适合悬臂浇筑小半径曲线桥梁，以后同类型桥梁的施工监控可以借鉴参考。参考文献1 向中富。桥梁施工控制技术M。 北京：人民交通出版社，2000。2 葛耀君。分段施工桥梁分析与控制M。 北京：人民交通出版社，2003。3 徐君兰。大跨度桥梁施工控制M。 北京：人民交通出版社，2000。4 孙学先，杨子江，刘凤奎。预应力混凝土曲线连续刚构桥悬灌施工中线形控制计算J。土木工程学报。5 齐林，黄方林，贾承林。连续刚构桥施工线形和应力的分析与控制J。铁道科学与工程学报，2007，4（2）：29-33.6 周建民。预应力混凝土梁上拱度的预测及控制J。 上海铁道大学学报，1997，18（4）：32-36。7 田烈程。小半径悬浇曲线桥的施工监控技术J，石家庄铁路职业技术学院学报，2009，8（2）：6-11。 作者简介：范中坡，男，1984.8生，2006年毕业于石家庄铁路职业技术学院，公路与桥梁专业，大学专科。2010年毕业于湖南理工学院，土木工程专业，大学本科。现任中铁十八局第五工程有限公司武咸城际铁路项目部副总工，联系方式：18627769386。