摘要隨著改革開放進(jìn)一步擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展,我國交通樞紐快速建設(shè)，跨路預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的不斷增多，與其相關(guān)的大跨度連續(xù)箱梁懸臂施工線形控制理論和實踐日益受到關(guān)注，本文根據(jù)工程實例從模型建立到立模標(biāo)高的確定以及實際施工合攏段的標(biāo)高調(diào)整，進(jìn)行對Midas軟件運(yùn)用和探討。

　　關(guān)鍵詞建立模型,確立標(biāo)高,合攏段理論高差調(diào)整

　　1概述

　　連續(xù)箱梁懸臂施工中的線形控制主要是運(yùn)用Midas軟件建立模型，然后對施工過程的步驟模擬，對結(jié)構(gòu)組、邊界組以及荷載組的定義以及在軟件中輸入，運(yùn)用Midas軟件計算每一步線性變化，最后通過系轉(zhuǎn)化后的線性純位移來反方向的去調(diào)解每個施工節(jié)段的拋高，使合攏后整橋線形圓滑順直。

　　2工程概況

　　廣深港客運(yùn)專線樓村2#特大橋在DK84+000～DK84+080之間跨過體育公園路(通向光明公眾高爾夫球場)，該處以(40+72+40)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁跨越，墩號是45#-48#墩，計算跨度為40.75+72+40.75m，中支點處梁高6.2m,每個T構(gòu)有9個節(jié)段，合攏段為第10個節(jié)段。梁底下緣按圓曲線變化，梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬13.4m，底寬6.7m。頂板厚度40-50cm折線變化，底板厚度40～100cm曲線變化，腹板厚度48～90cm折線變化，設(shè)計合攏順序為先中跨后邊跨。

　　3模型的建立

　　模型建立步驟：

　　1、建立結(jié)構(gòu)模型：建立結(jié)構(gòu)模型中的節(jié)點和單元，節(jié)點一般建在支撐部位、變截面、集中何載、兩個單元的連接處、邊界條件等部位，節(jié)點坐標(biāo)要定義三維空間坐標(biāo)。

　　2、定義材料和截面特性：材料、截面、定義時間依存性材料(收縮和徐變)、時間依存性材料連接。

　　3、輸入PSC截面特性：安設(shè)計圖斷面尺寸對應(yīng)輸入，通過節(jié)點連接，建立空間有限元混凝土空載模型。

　　4、輸入荷載：恒荷載(自重和二期恒載)，預(yù)應(yīng)力荷載(包括鋼束特性值和鋼束布置形狀以及鋼束預(yù)應(yīng)力荷載輸入等)，溫度荷載(包括對系統(tǒng)溫度，節(jié)點溫度，單元溫度，溫度梯度，以及梁截面溫度輸入等)，節(jié)點何載(掛藍(lán)自重等)，移動荷載(選擇規(guī)范、定義車道、定義車輛、移動荷載工況等)。

　　5、定義施工階段：一般每個T構(gòu)節(jié)段有三個步驟，第一、激活掛藍(lán)自重;第二、激活節(jié)段混泥土濕重，鈍化掛藍(lán)自重;第三、激活所在節(jié)段所張拉預(yù)應(yīng)力荷載，鈍化節(jié)段混泥土濕重;

　　6.定義邊界條件

　　邊界條件包括臨時支座的永久固結(jié);永久支座單向支撐、單向承壓和固結(jié);以及對直線段支架彈性約束的虛擬模擬和豎向約束等。

　　7.運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析

　　8.查看分析計算結(jié)果

　　4立模標(biāo)高的確定

　　懸臂梁施工線型控制的關(guān)鍵是要分析每一施工階段、每一施工步驟的結(jié)構(gòu)撓度變化狀態(tài)，控制立模標(biāo)高。先計算出各梁段的立模預(yù)拱度，結(jié)合前一梁段的撓度實測值，修正預(yù)拱度值后調(diào)整立模標(biāo)高，修正根據(jù)MIDAS軟件的計算。

　　立模預(yù)拱度計算:立模預(yù)拱度=各種因素引起梁體變形的撓度計算值+掛藍(lán)變形+撓度觀測調(diào)整值

　　4.1影響梁體變形的撓度因素根據(jù)施工過程主要有以下幾種：

　　(1)單T形成階段由以下因素產(chǎn)生的懸臂撓度：

　　梁段混凝土自重;掛籃及梁上其它施工荷載作用;張拉懸臂預(yù)應(yīng)力筋的作用。

　　(2)合攏階段，將繼續(xù)發(fā)生以下因素產(chǎn)生的連續(xù)撓度：

　　合攏段混凝土重量及配重作用;模板吊架或梁段安裝設(shè)備的拆除;張拉連續(xù)預(yù)應(yīng)力束的作用。

　　在以上過程中，同時還會發(fā)生由于混凝土彈性壓縮、收縮、徐變、預(yù)應(yīng)力筋松馳、孔道摩阻預(yù)應(yīng)力損失等因素引起的撓度。

　　4.2梁體變形的撓度計算

　　(1)基本假設(shè)

　　混凝土為均質(zhì)材料。

　　施工及運(yùn)營過程中梁體截面的應(yīng)力бh<0.5Ra，并可認(rèn)為在這種應(yīng)力范圍內(nèi)，徐變、應(yīng)變與應(yīng)力成線性關(guān)系。疊加原理適用于徐變計算，即應(yīng)力增量引起的徐變變形可以累加求和。

　　(2)撓度計算

　　在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上考慮到各節(jié)段混凝土齡期不同所導(dǎo)致的收縮徐變差異將連續(xù)剛構(gòu)梁施工所經(jīng)歷的收縮徐變過程劃分為與施工過程相同的時段即：澆筑新梁段、張拉預(yù)應(yīng)力筋、移動掛籃、體系合攏等。每一時段結(jié)構(gòu)單元數(shù)與實際結(jié)構(gòu)梁段數(shù)一致，在每一時段都對結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次全面的分析，求出該時段內(nèi)產(chǎn)生的全部節(jié)點位移增量，對所有時段進(jìn)行分析，即可疊加得出最終撓度值。

　　4.3掛籃變形計算

　　掛籃變形包括：桁架彈性變形、前吊帶彈性變形及非彈性變形。

　　桁架彈性變形、前吊帶彈性變形及非彈性變形測試通過掛籃試壓試驗來實測，在預(yù)壓過程中詳細(xì)記錄各預(yù)壓及卸載階段的變形值，通過數(shù)據(jù)分析得出桁架彈性變形、前吊帶彈性變形及非彈性變形值。對于未經(jīng)試壓的掛籃，參考已試壓掛籃(各套掛籃為同一型號、同一工廠，同一工藝加工)的變形值在第一次掛籃施工時設(shè)置。

　　4.4箱梁撓度觀測

　　撓度觀測是箱梁施工觀測的主要內(nèi)容。箱梁分段懸澆時，影響撓度變化的因素有：①掛籃的彈性變形和非彈性變形產(chǎn)生的撓度;②預(yù)拱度;③各梁段自重的撓度;④各梁段預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的撓度;⑤掛籃自重及施工荷載變化引起撓度;⑥混凝土徐變引起的撓度;⑦溫度變化引起的撓度變化;這些因素均是撓度觀測計算的依據(jù)，觀測方法如下：

　　撓度觀測采用自動安平水準(zhǔn)儀在每一節(jié)段施工完成后與下一節(jié)段底模標(biāo)高定位前的橋面標(biāo)高觀測，均安排在早晨太陽出來以前進(jìn)行。混凝土澆筑前后預(yù)應(yīng)力張拉前后，掛籃行走前后都要進(jìn)行撓度觀測。

　　溫度觀測是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度包括日溫和季節(jié)溫度。由于溫度變化的復(fù)雜性，撓度在理想狀態(tài)下計算時不可能考慮溫度的影響，溫度的影響只能通過實時的觀測加以修正。

　　4.4立模標(biāo)高

　　立模標(biāo)高=f0+f1+f2+f3+f4+f5+f6

　　f0---為截面設(shè)計高程;f1---為掛藍(lán)彈性變形量(通過掛籃實驗，確定線性函數(shù)，然后通過對節(jié)段荷載，計算拋高調(diào)整量);f2---為掛藍(lán)塑性變形量;f3---混泥土濕重作用調(diào)整量;f4---恒載、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、施工何載和體系轉(zhuǎn)換作用的調(diào)整量(通過軟件計算);f5---其他因素調(diào)整量，包括施工過程中T構(gòu)上不平衡雜物的放置，不同時間測量標(biāo)高而導(dǎo)致測量溫度誤差以及儀器讀數(shù)誤差還有各個階段混凝土強(qiáng)度變化的影響等，它的調(diào)整一般根據(jù)澆注前、澆注后、張拉前、張拉后標(biāo)高與理論計算的偏差，來調(diào)整下個節(jié)段拋高;f6---1/2ZK活載變形量(通過軟件計算)。

　　5合攏段的理論高差調(diào)整

　　Midas軟件是通過建立橋梁線性模型，輸入何載，模擬施工步驟和邊界條件，通過對體系轉(zhuǎn)化成橋后結(jié)構(gòu)的分析和計算，查看結(jié)果的位移變化來反方向調(diào)節(jié)指導(dǎo)連續(xù)梁節(jié)段施工的拋高，不難發(fā)現(xiàn)在實際施工合攏段后，預(yù)應(yīng)力張拉多，臨時支座以及直線段支架拆坼除等諸多變化的邊界條件，而我們的拋高又根據(jù)成橋后的模型純位移的的變化來反方向調(diào)節(jié)拋高的，顯然合攏段理論高差是必然存在的，下面通過模擬施工階段來具體說明：

　　軟件中CS14階段成橋后變形情況如下(位移單位是mm)：

　　從

圖中看出，9#段變形位移達(dá)到-30mm，在徐變拋高中,9#段f4也達(dá)到了30mm。

 

　　若9#段按照此進(jìn)行拋高，不考慮掛籃變形，則澆筑后將高于設(shè)計值約30mm，而直線段，按照支架預(yù)壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行拋高，但拋高量不會太大，兩段之間必然會有高差，必須進(jìn)行合攏標(biāo)高調(diào)整,調(diào)整的方法大概有以下幾種：

　　1、通過配重進(jìn)行調(diào)整

　　合攏段兩端配重的目的是：1)減少混凝土澆筑時的撓度變形，保證混凝土質(zhì)量;2)保持T構(gòu)兩端的不平衡彎矩小于主墩頂臨時固結(jié)所能提供的不平衡彎矩。但是由于調(diào)整理論高差，不得不增加不平衡彎矩，兩則又相互矛盾，只有通過計算來適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行不平衡配重。

　　合攏段兩端配重的方法是合攏段一側(cè)用水箱壓重，使合攏段兩端標(biāo)高達(dá)到允許值，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到50MPa后，方可取消配重。

　　2、通過鋼束張拉順序調(diào)整

　　對本橋來說邊跨合攏時，實際9#節(jié)段比直線段高30mm,通過配重很難達(dá)到預(yù)期效果，所以在進(jìn)行中跨合攏時就要考慮鋼束張拉順序，通過軟件模擬，計算哪些鋼束提前張拉能時合攏高差相對減少，調(diào)整的原則是：合攏的段鋼束張拉順序基本不變，進(jìn)行部分張拉順序調(diào)整。

　　本橋合攏施工及體系轉(zhuǎn)換過程如下：

　　1、中跨合攏段進(jìn)行臨時鎖定(焊接型鋼支撐及張拉臨時束);

　　2、澆注中跨合攏段混凝土，待其強(qiáng)度和彈性模量得到設(shè)計值時，張拉中跨頂板預(yù)應(yīng)力筋T12，再張拉底板的Z5、Z6、Z7以及對應(yīng)橫向豎向預(yù)應(yīng)力。

　　3、拆除主墩臨時支座，使箱梁結(jié)構(gòu)由兩個剛結(jié)懸臂梁轉(zhuǎn)換為中間簡支，兩邊懸臂梁;

　　4、將邊跨合攏段臨時鎖定;

　　5、澆筑邊跨合攏段混凝土，張拉邊跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力筋;

　　6、按照設(shè)計要求，先長后短，先邊后中的順序，依次對稱張拉各跨的第二批預(yù)應(yīng)力筋。

　　說明：其中在第2步，通過模擬計算張拉了F15鋼束，F(xiàn)15鋼束實際分布和走向是;從46#主墩跨中6#段的頂板腹板合攏段的底板腹板47#主墩跨中6#段的頂板。其中第3步拆除主墩臨時支座后，對全橋進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示，中跨9#節(jié)段標(biāo)高平均升高15mm,邊跨9#節(jié)段平均下降22mm，比合攏前，這時邊跨合攏高差只有8毫米，達(dá)到理論預(yù)測的效果，使邊跨合攏順利的進(jìn)行。

　　6結(jié)束語

　　經(jīng)過全橋合攏后線型復(fù)測，成橋后線形與設(shè)計線形誤差均控制在15mm之內(nèi)，線型平順、美觀，運(yùn)用Midas軟件建模在樓村2#特大橋連續(xù)梁線型的控制達(dá)到了預(yù)期效果。在施工中應(yīng)注意以下幾點：

　　(1)對每套掛籃都要進(jìn)行預(yù)加載來消除其非彈性變形，測出其彈性變形，為確定立模高程提供基本依據(jù)。

　　(2)在墩、承臺和0#段布設(shè)基礎(chǔ)沉降觀測點和墩身壓縮觀測點，定測基礎(chǔ)沉降和墩身壓縮情況，并將結(jié)果反應(yīng)在合攏前4個梁段和邊跨段的高程中。

　　(3)經(jīng)觀測分析，掛籃與滑道之間、滑道與鋼(木)枕之間、鋼(木與梁頂混凝土之間的非彈性變形造成的掛籃前端沉降達(dá)5～8mm，不應(yīng)忽視。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]鐵道第四勘察設(shè)計院提供的廣深港客運(yùn)專線廣深港施圖(橋)-Ⅱ-19樓村2#特大橋施工圖;

　　[2]《無碴軌道現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(雙線)》(通橋[2005]236)

　　[3]《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB1002.3-2005)

　　[4]《高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊》

　　[5]《MidasCivil2006幫助手冊》

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