连续刚构桥梁预拱度影响因素分析及控制

连续刚构桥梁预拱度影响因素分析及控制

作者：周文涛

来源：《科技传播》2011年第08期

摘要 本文结合252省道阚口京杭运河大桥施工经验，简单介绍了连续刚构桥梁预拱度影响因素，分析了影响预拱度准确性各种因素的成因，在此基础上提出了相应的控制措施和方法 关键词 连续刚构；预拱度；影响因素；分析；控制

中图分类号U44 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）41-0127-02

大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁在悬臂施工过程中，最困难的任务之一就是预拱度的控制，科学合理的确定悬臂每一待浇梁段的预拱度至关重要。只有合理设置，严格控制预拱度，才能保证同一跨径内将要合龙的两个悬臂端处于同一水平面上，才能使桥梁上部结构在经历施工和运营状态后，达到设计期望的标高线形。因此，在施工过程中应严格控制桥梁的预拱度。 案例分析：主桥采用（56+100+56）米三跨变截面预应力混凝土连续箱梁。引桥采用25m装配式部分预应力混凝土连续箱梁，主桥采用平衡对称悬臂逐段浇注施工，各单“T”箱除0、1号块外分为13个对称悬浇梁段，纵向长度分别为4*3.0+4*3.4+5*4.0m，其中0号块长6.8m。悬臂现浇梁最大140.3t，挂篮自重按70t考虑。

悬臂浇注完成后，相邻两悬臂端的相对竖向挠度差不大于2cm，根据观测，实际控制结果小于3mm，达到预期效果。 1 预拱度的确定

主梁悬浇段的各节段立模标高可按下式确定 Hi=H0+fi+（-fi预）+f篮+fx（1）

式中：Hi为待浇筑段主梁底板前端底模标高;H0为该点设计标高；fi为本施工段及以后浇筑的各段对该点的影响值；fi预为本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值;f篮为挂篮弹性变形对该施工段的影响值；fx为由徐变、收缩、温度、结构体系转换、二期恒载、活载等影响值。设计图纸一般根据规范规定参数进行计算给出预拱度值，在实际施工过程中应对计算预拱度进行调整和预测，确定最佳预拱度。依据该原则获得设计预拱度如下表： 主桥设计预拱度表 2预拱度的影响因素

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影响梁体预拱度的因素根据施工过程主要有以下几种： 1） 单T形成阶段由以下因素产生的悬臂挠度

梁段混凝土自重；挂篮及梁上其它施工荷载作用；张拉悬臂预应力筋的作用。 2） 合拢阶段，将继续发生以下因素产生的连续挠度

合拢段混凝土重量及配重作用；模板吊架或梁段安装设备的拆除；张拉连续预应力束的作用。在以上过程中，同时还会发生由于混凝土弹性压缩、收缩、徐变、预应力筋松驰、孔道摩阻预应力损失等因素引起的挠度。 2.1梁体挠度控制

影响箱梁挠度值的主要有挂篮变形、梁体自重、混凝土收缩与徐变、预应力张拉、温差变化及活载作用等因素引起的变形。设计要求：合拢时两悬臂端高程相对误差不得大于2cm，中线偏差不大于1cm。因此，施工中加强工序管理和各施工阶段的变形观测，及时调整挂篮预拱值来严格控制挠度。

1） 挂篮变形分非弹性变形和弹性变形。在挂篮拼装好以后投入使用之前, 测得某控制点标高为H 1 ,然后进行压重, 模拟挂篮受力状态, 测得控制点标高为H 2。撒除压重, 测得控制点标高为H3，H2~H3 为弹性变形，H1~H3 为非弹性变形。通过试压可消除挂篮的非弹性变形，挂篮的弹性变形也可通过计算得到，用来复核试压值。但挂篮的支点变形,主桁销子的紧密程度等影响挂篮的变形。因此, 施工中工序应严格, 勤测量, 及时掌握弹性变形值, 调整预拱值； 2） 梁体自重、混凝土收缩和徐变、预应力张拉、温差变化及活载作用引起的变形, 可通过程序电算而获得, 但精确计算是非常困难的。由于计算和许多不定因素有关(各段的工期也很难准确估计、各段混凝土间材料性能、温度及养护等方面的差异)，并且施工中荷载随时间变化以及梁体截面组成也随施工进展中预应力筋的增多而发生变化等等。因此，在施工中根据实际情况，不断调整箱梁施工截面预拱度值,勤观测, 加强施工控制, 只有这样, 才能获得满意的效果；

3） 模板标高值为箱梁设计高程、挂篮变形、浇筑梁段引起悬臂端的弹性变形、混凝土收缩和徐变、预应力施加引起的悬臂端的弹性变形、二期恒载、活载引起变形各项的代数和； 4）各节段预拱度的计算通过软件电算完成的, 该软件能模拟桥梁的实际施工过程, 逐阶段进行受力分析，并累计各阶段的内力和应力及变形等, 求出各阶段在该工况下的挠度值； 5）完善施工观测：浇注前挂篮各控制点、轴线观测; 浇注过程中的高程和轴线观测; 浇注后高程观测（包括已完成施工截面高程）; 预应力张拉后高程和轴线观测（包括已完成施工截面观测）。

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这些因素均是挠度观测计算的依据，观测方法如下：挠度观测采用自动安平水准仪在每一节段施工完成后与下一节段底模标高定位前的桥面标高观测，均安排在早晨太阳出来以前进行。混凝土浇筑前后预应力张拉前后，挂篮行走前后都要进行挠度观测。温度观测是影响主梁挠度的主要因素之一。温度包括日温和季节温度。由于温度变化的复杂性，挠度在理想状态下计算时不可能考虑温度的影响，温度的影响只能通过实时的观测加以修正。 3 预拱度误差分析 3.1施工误差

挂篮悬浇施工中实际结构的每一状态与计算值出现不一致, 即所谓施工误差。其影响因素主要来自以下几个方面：

构件性质误差:构件性质在施工过程中改变, 即混凝土各组成成份、养护条件的改变, 浇注尺寸的变化等都将影响设计参数变异, 从而导致误差产生，引起混凝土的弹性模量、混凝土容量、徐变系数、张拉预应力等设计参数产生变异, 从而导致产生施工误差。在上述4种参数中，混凝土的弹性模型、容重参数相对变化简单些, 而徐变系数参数、张拉力参数变化较复杂, 且对误差影响较大。

1）混凝土的弹性模量变异产生误差

弹性模量与各种级配的材料、配合比、龄期、构件的养护条件等有关, 施工中实际值与设计值有一定的差别, 以致引起施工误差。 2）混凝土容量变异产生误差

容量主要受到集料比重的影响, 它还受级配、水灰比等的影响。集料的比重等变化, 引起混凝土容重参数变异, 从而造成施工误差。 3） 张拉预应力的参数变异产生误差

张拉预应力的大小不是恒值, 在构件使用期间表现为不同的数值, 有些变化是瞬时的或近乎瞬时的, 有些是与时间有关的, 有些则与锚具滑移、混凝土弹性缩短、收缩、徐变、管道摩擦、预应力钢筋松弛有关。所以, 在施工期间，这些因素与设计计算可造成不一致的问题, 产生施工误差。

4）徐变系数变异产生误差

徐变系数参数变异的影响因素较多, 它主要有: 材料的性质、几何尺寸、温度、湿度、振捣、养护条件、荷载的性质、加载持续时间、施工周期等等。这些因素将不同程度地引起徐变参数系数变异, 从而造成设计计算选取值与实际数据不一致的施工误差。

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3.2环境因素影响产生误差

挂篮施工周期一般较长，外界环境的变化常常导致设计和施工之间存在差异，这些因素导致产生误差。

1）温度影响产生误差

温度的变化影响, 特别是日照温差对主梁的结构内力、变形影响最为复杂, 日照温差常常引起主梁的内力及几何线形发生变化。 2）风荷载影响产生误差

施工过程中，风荷载的不均匀性常常导致主梁发生不规律变形，使其施工和设计出现误差。

3.3意外因素产生的误差

主要是人为因素和其它因素产生的误差。人为的误操作、测试、测量、计算错误等产生误差, 不正常的气候等其它因素影响产生的误差。

4施工误差的具体表现

在施工中，设计与施工不一致产生误差具体表现为： 1）由浇筑混凝土过程中标高值与设计计算值不一致； 2）张拉预应力钢束引起的主梁标高与设计计算值不一致；

3）施工工序转换期间, 在各种荷载作用下, 因徐变收缩及其它因素引起的主梁标高与设计计算值不一致。

通过以上分析及对现场各类参数的调整，最终该桥的成桥实测预拱度值如下表所示： 主桥成桥实测预拱度表

经过对该桥设计预拱度和成桥实测预拱度进行对比，各块段实测数值和设计数值基本吻合，表明该桥预拱度影响因素分析正确，在此基础上对其控制方法进行相应总结如。 5 预拱度的控制

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在施工过程中，确保预拱度的科学性、准确性、及时性，使施工后的线形和内力和设计相吻合，;应从以下几个方面进行控制： 1）施工观测与控制

施工放样：梁段施工时，中线按照设计提供的控制点进行控制测量，立模放样的测点设在底模板梁段的前缘，立模时将上述立模标高换算成座标标高。在施工过程中对全桥中线和临时水准点进行定期复核和检查，确保各个T构的施工测量的准确性。

;施工观测：按照施工顺序，每悬浇一段观测5次，即挂篮就位后浇筑混凝土前、浇筑梁段混凝土后、张拉预应力束前、张拉预应力后、移动挂篮前（即进行下一节段作业前）。 2）参数测定与修正

每一阶段施工完毕，对结构模型实际的混凝土养护龄期、节段施工周期、混凝土实际的弹性模量、容重等参数进行修正，参数修正之后，对结构模型再次进行计算，将新的计算结果与实测结果进行比较，从而进行下一阶段的调整。

材料参数测量：测量各梁段混凝土的原材料性能、配合比、坍落度、容重等；测量混凝土7d、28d以及施加预应力龄期的弹性模量Eh、强度值Rba及估测徐变系数Φ；实测预应力材料的弹性模量Ey、标准强度Rhy。

环境参数测量：由于施工过程中，温度的影响比较大，日照温差则主要引起梁体的竖向变形，这种影响作用在夏天表现得最为明显，因为夏天昼夜温差较大。如果前后测量的温度变化较大，那么测量的结果中就会包含温差的影响，一般要求测量人员在进行测量时，保持前后测量时间的温度接近。尽可能要求关键施工阶段测量工作在日出前进行，这样测量数据的精度更高，能够基本上消除日照温差的影响。 6 结论

连续刚构桥梁的预拱度的控制相对较复杂，采用以上经验方法进行分析和控制，可以达到设计和施工基本吻合的效果，确保完工后的线形和内力达到设计要求，确保工程质量，同时为同类型桥梁施工提供参考经验。 参考文献

[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000.

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[2]中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范(JTJ041—2000).北京：人民交通出版社，2000.

[3]姚玲森.桥梁工程[M].人民交通出版社.