鹏禾 高墩大跨连续刚构桥悬臂浇筑施工控制研究 吴勇往 （河北省高速公路京衡管理处，河北衡水０５３０００） 摘要：结合达陕高速公路王家坝高墩大跨连续刚构桥的施工监控，介绍利用ＭＩＤＡＳ有限元分析软件对该 桥悬臂施工过程中的应力和线形控制进行分析计算，比较了悬臂端标高实测值与理论计算值，比较吻合，说明 该桥施工控制方法可行，可为类似桥梁施工控制提供参考。 关键词：连续刚构桥；有限元；应力分析；线形控制 中图分类号：Ｕ４４８．２３ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３９５３（２０１３）０１—００７８—０３ 高墩大跨连续刚构桥是近年来应用广泛的桥型 ６０ ． １１０ ６０ 之一。由于它跨越能力大，大部分建在深沟峡谷中， 桥墩高且主梁悬臂大，施工过程中的安全及施工控 制已成为工程人员较为关注的问题【１］。由于悬臂施 工时结构形式和受力体系不断变化，因此须对悬臂 施工阶段的几何线形和应力状况进行分析计算和实 图１王冢坝大桥立面示意图（单位：ｍ） 时监控，是桥梁施工控制分析中的关键环节。 法；利用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ软件建立连续刚构桥的模型， １ 工程概况 该模型能够充分考虑预应力筋的作用，并且能综合考 虑沉降、温度荷载、地震作用等各种因素的影响。 万源至达州高速公路王家坝大桥主桥为三向预 本文在ＭＩＤＡＳ模型建立过程中做了一定的简 应力混凝土连续箱梁刚构桥，分左右幅，左幅全长 化。采用三维变截面梁单元来模拟主梁、采用三维 ２３１．５ ｍ，跨径组合为（６０．４２＋１１０．７１＋６０．３７）ｍ； 等截面梁单元模拟桥墩。根据施工阶段的不同对主 右幅全长２２８．６２ ｍ，跨径组合为（５９．６４＋１０９．２９＋ 梁单元进行划分，对Ｔ构部分，每一节段划分为一 ５９．６９）ｍ。桥梁立面如图１所示。主桥桥墩采用薄 个单元，合拢段划分为一个单元。依据设计图纸建 壁空心墩，３＃墩高７０ ＩＩ１＿，４＃墩高为７６ ｍ；主梁为 立各个单元的截面特性。 单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，梁高支座处 在连续刚构桥的有限元计算中考虑收缩、徐变 ６．５ ｍ，跨中２．８ ｍ，箱梁底缘按１．８次抛物线变化； 对桥梁施工过程及成桥１０ ａ后的标高和内力的影 箱梁顶板宽１２．１ ｒｎ，底板宽６．５ ｍ，翼缘板悬臂长 响。依据ＣＥＰ—ＦＩＰ（１９９０）规范设定时间依存特性， 度２．８ １ＴＩ，桥面横坡变化，由腹板高度调整。本桥是 按照设计图纸提供资料输入材料特性，由软件自动 按照先合拢边跨、再合拢中跨的顺序进行施工。边 计算收缩、徐变荷载的最不利影响。 跨合拢段采用支架现浇方案，并且对悬臂两端进行 桥墩墩底约束按固结进行处理；采用约束Ｄ ， 了临时劲性骨架的锁定；中跨合拢采用挂篮吊架的 Ｄ ～ ，Ｒ 四个方向的自由度来模拟两个边跨端部支 形式进行合拢段的浇筑，并采取了加配重及劲性骨 座；０号块与主墩对应节点按照刚性连接进行处理。 架锁定的措施，ＭＩＤＡＳ建模时对该种工况都进行 王家坝大桥有限元模型共分为１５５个节点，１３２ 了模拟和分析。 个单元，桥面７３个单元（节点号１～７４），墩身５９个 ２ 结构仿真分析Ｅ２］ 单元，全桥计算有限元模型如图２所示。 王家坝大桥在结构仿真分析时采用正装分析 ３ 预拱度设置［ 收稿日期：２０１２－０８—３１ 为克服在悬臂浇筑法施工中由于混凝土及挂篮 作者简介：吴勇往（１９６９一），男，正高级工程师，主要从事高速公 自重产生挠度，使连续刚构桥成桥后桥面标高与设 路工程方面建设与管理工作 计标高相接近，主梁线形满足设计和施工要求，采取 国防交通工程与技术 圜 ２０１３第１期 ：壁墨量堕 ：————－———————＿—— ——————－————————壹燮 堕垄 刚构桥悬臂浇筑施工控制研究 吴勇往 ———————＿二——＿－．二＿二—二１＿ 二 — ： ’ ……一 Ｊ‘ ｌ＇ ’／Ｉ／ ７ 刀Ｊ工 《 ｌ 『 ｝ ２ Ｏ ｏ ２ ４ ６ ８ 制 蒯 目 图３主梁应力测试断面图（单位：ｍ） 图２王家坝大桥有限元模型图 在悬臂端预设上拱度措施。预拱度理论计算公式如 下： Ｈｖ一∑－厂“＋∑ ，＋∑ ＋∑ ＋∑ 式中：Ｈ 为施工预拱度值；∑厂 为由各梁段自重 在 节段产生的挠度总和；∑－厂２ 为由张拉各节段预 （ａ），４、Ｂ类断面 （２）Ｃ类断面 图４混凝土箱梁应力测点布置图 应力在ｉ节段引起的挠度；∑ 为挂篮自重产生的 挠度；∑， 为混凝土收缩徐变在ｉ节段引起的挠 度； 为ｌ／２静活载在ｉ节段产生的挠度。 悬臂端标高测点布置如图５所示，每一梁段悬 臂端１０ ｃ１ＴＩ左右截面梁顶设立３个标高观测点。 ３ＱＱ＋３Ｑ５ 每节段施工完后应将实测节段标高与设计值比 较，若不吻合则对预拱度进行修正，确保主梁线形满 足设计要求。 （ａ）立面 （ｂ）平面 ４ 王家坝大桥测试断面及测点布置 ：］ 预应力混凝土连续刚构桥在悬臂施工阶段，主梁 断面最不利位置在悬臂根部及箱梁腹板变厚度处因 此主桥箱梁应力测试断面设在：①箱梁根部（图３中 ，图５ 悬臂端标高测点布置图（单位：ｃｍ） ５ 施工过程中应力和线形分析 ］ ５．Ｉ 应力分析 Ａｌ—Ａ１、Ａ２一Ａ２、Ｂ１～Ｂ１、在王家坝大桥的悬臂施工监控过程中，梁体根 部Ａ］－－Ａ１断面具体现场实测应力结果和计算的理 论结果如图６所示，其中横坐标表示各种悬臂施工 工况，表中正值表示拉应力，负值表示压应力，， 。 Ｂ２一Ｂ２）；②箱梁腹板变 厚度截面（如图３中Ｃ１～ｃ１、Ｃ２一Ｃ２Ｃ３～ｃ３、 、一Ｃ４截面）；断面布置的应力测点如图４所示施工工况 。 施工工况 ５６ ５６ １ 一——Ｏ １ ２ ３ ４ ———５ ６ ’ 一一—８ ９ （ａ）项板 （ｂ）底板 ，， 现象的原因有多种曼 ，苎 ！以 出悬臂施工过程中实测的应力 主梁根部顶板最大实测压应力为１论值大造成这种 根部底板最大实测压应力为６４．ｏ９ ＭＰａ，主梁 —，。 ．；实际测量结果显示在悬臂施工 设计要求。 ０１ ＭＰ ，其应 、一 过程中主梁根部梁体混凝土都处于受压状态，其中 ５．２ 线形分析 国防交通工程与技术 圜 ２ｏ１３第１期 ・成果与应用・ 高墩大跨连续刚构桥悬臂浇筑施工控制研究 吴勇往 图７为中跨合拢前测点２标高实测值和理论计 和实际标高基本吻合，说明施工过程中全桥标高得 算值的对比曲线图，从图中可以看出测点理论标高 到了较好的控制。 二 ……．．茸： Ⅲ，＃ …… ……一￣． ‘・～－．．．——— ：ｒ 一一 ， — ．一ｌ１０—１ＯＯ一９Ｏ一８０—７０—６０－－５０－－４０－－３０－－２０—１０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００ ｌ１０ 纵桥向距离，ｍ 图７合拢前主梁测点２实测标高与理论标高对比曲线图 ６ 结束语 对于悬臂施工的连续刚构桥，标高控制是通过 在桥梁的施工控制计算中必须采用实际施工参 比较实测标高和理论标高对结构进行监测，通过调 整立模标高来对桥梁设计高程进行控制。 数用于计算，如挂篮的实际重量、混凝土的实测弹性 参考文献 模量等，以尽可能真实地反映结构实际内力变形状 ［１］马保林．高墩大跨连续刚构桥［Ｍ］．北京：人民交通出版 态，亦即施工模拟的结构实时分析。通过对主梁控 社，２００１：１－３８ 制断面的混凝土应力进行监测，可以掌握节段悬臂 ［２］刘大鹏．高墩大跨连续刚构桥施工过程非线性行为研究 浇筑、预应力张拉、移动挂篮以及体系转换前后控制 ［Ｄ］．石家庄：石家庄铁道大学，２０１２ 断面混凝土应力实际情况，从而判断在施工过程中 ［３］戴东利．混凝土连续刚架桥预拱度设置研究［Ｊ］．铁道建 断面应力是否处于设计范围。此外，埋置于桥梁结 筑技术，２０１２（６）：４５—４７，５４ 构内部的应力监测传感器，耐久性高，可为成桥荷载 Ｅ４３向中富．桥梁施工控制技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 试验时的应力监控提供有力支持，并能实时监测控 ２Ｏ０１：１—１６ 制断面应力变化情况。 Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｃａｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｌａｒｇｅ－Ｓｐａｎ ｏＣｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｉｇｉｄ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ Ｔａｌｌ Ｐｉｅｒｓ Ｗｕ Ｙｏｎｇｗａｎｇ （Ｔｈｅ Ｊｉｎｇ－Ｈｅｎｇ Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｓ，Ｈｅｎｇｓｈｕｉ ０５３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＷａｎｇＪｉａｂａ ｔａｌｌ—ｐｉｅｒ，ｌａｔｅ－ｓｐａｎ ａｎｄ ｒｉｇｉｄ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｄａ—Ｓｈａｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ａｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｈｏｗ ｔｈｅ ＭＩＤＡＳ ｓｏｆｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｏｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅ— ａｌｌｙ～ｍｅａｓｕｒｅｄ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｏｍ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ－ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｉｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｉｔ ｉＳ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔＷＯ ｖａｌｕｅｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅ ｉｎ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｒｉｄｇｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；１ｉｎｅａｒｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 国防交通工程与技术 圆 ２０ｌ３第１期
