预应力混凝土连续刚构桥是在预应力混凝土连续梁和T 型刚构基础上发展起来的墩梁固结的一种新型连续结构,连续刚构桥悬臂施工节段多、工期较长,其纵面高程受多种因素影响,容易出现较大的悬臂标高误差,甚至出现两相对悬臂端标高相对误差太大,使合拢困难的情况。
若为保证线形而采取措施强迫合拢,必将在结构中产生不利的附加内力,影响结构受力安全,所以,必须对其标高进行严格控制,确保成桥线形与内力状态符合要求。
在此类桥的线形施工控制时,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,其计算公式如下:立模标高=设计标高+施工预拱度+成桥预拱度+挂篮变形。
施工预拱度可以通过结构仿真计算得到桥梁各施工阶段及二期恒载作用下的累计变形值,并将其反向施加到梁段的立模标高上,从而使施工完成后的桥梁基本上达到结构理想状态的理论线形①。
尽管每个阶段都严格控制施工时的结构几何尺寸、容重、收缩和徐变、弹性模量、预加力等等可以人为控制的因素,但是仍不可避免地会出现实际结构状态与理想结构状态的偏差,随着桥梁跨径和结构复杂性的增大,这种误差已经到了影响结构的几何线形的程度①,并可能导致桥梁合拢困难,成桥线形与设计要求不符等问题,给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件和经济性等方面带来不同程度的影响。
因此需要在实际施工中对施工预拱度进行一定的调整。
某高速公路大桥为分离式预应力混凝土连续刚构桥。
其跨径组成为62m+3×115m+62m ,桥墩最高为85m ,属于高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥,最大施工块段号为15#块,16#块为合拢段,为了确保大桥成桥后结构内力、线形符合设计要求,对此大桥施工过程进行了全程施工监控。
桥型布置图如图1:
图1 桥型布置图
注: 1.本图尺寸以厘米计。
2#墩
图1 桥型布置图
理论值的计算采用桥梁博士软件建立全桥模型,将桥梁结构离散为164个梁单元,103个主墩单元,单元的划分充分考虑了悬臂施工时各梁段的长度等情况。
结构计算参数的取值尽量采用了现场实际试验测得的数值。
施工荷载的模拟以施工单位实际试验测得的数据为准。
以2#墩小里程侧悬臂端施工块段10#块线形误差的控制为例,5#块~9#块为已经浇筑完毕的块段,在9#块浇筑完成后,首先对模型的参数进行识别。
识别的主要参数为:实测梁体几何尺寸、材料容重、材料弹性模量、混凝土方量,其中材料容重与弹性模量通过试验取得,方量通过统计取得。
梁段的变形主要通过精密水准仪在各工况后进行测量取得,在进行挠度测量时,尽量安排在早晨太阳出来之前进行,以消除日照温差的影响。
参数识别后对模型重新计算,通过表1可看出通过对参数进行修正后,理论阶段变形值虽然更接近实测变形值,但仍无法消除全部的误差,为了更好的消除后续块段的理论变形值与实际变形值的误差,先将5#块~9#块误差值用最小二乘法拟合,求出10#梁段的误差预测值,误差值的拟合图见图2。
表1 各梁段理论阶段变形及实测阶段变形对比表
块段号5# 6# 7# 8# 9#
理论阶段变形值-3.4 -4.5 -5.7 -7.3 -8.6
修正理论阶段变形值-6.2 -8.6 -11.2 -12.6 -13.8
实测阶段变形值-9.5 -12.6 -15.2 -16.8 -18.5
误差值-3.3 -4.0 -4.0 -4.2 -4.7 备注:表中数据单位为mm;
误差值为实测阶段变形值与修正理论阶段变形值之差。
图2 误差值直线拟合图
使用图2直线拟合出的公式,计算出10#块的误差预测值为:-0.3×6-3.14=-4.94mm;并将9#块浇筑后存在的误差值-4.7mm向后进行逐段抛物线分配,设9#块端头的误差值为-4.7mm,跨中合拢前的块段15#块为0mm,可求得10#块段的
抛物线误差分配值为-3.73mm;根据公式施工预拱度调整值=误差分配值-误差预测值,就可得到10#块段的施工预拱度调整值为1.21mm。
在11#块~15#块段每个悬浇梁段反复进行这一过程,即可完成后续各块段施工预拱度的调整。