湖南交通科技 第３９卷第４期 Ｖ０１．３９ Ｎｏ．４ ２０１３年ｌ２月 ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｅ．２０１３ 文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１３）０４－００６０－０５ 淇水高墩连续刚构大桥施工控制分析 曹虎 ’（益阳市交通规划勘测设计院，湖南益阳４１３０００） 摘 要：以淇水大桥为例，探讨了高墩预应力混凝土连续刚构桥施工控制，首先建立有限 元仿真分析模型，对施工及成桥阶段的挠度、内力及稳定性进行定量分析；其次对施工现场的 实测数据与理论计算值进行对比分析，掌握桥梁实际施工状态，确保桥梁施工质量与安全。 关键词：连续刚构；高墩；施．Ｙ－控制 中图分类号：Ｕ ４４８．２３ 文献标识码：Ｂ 悬臂施工方法使连续刚构桥向高墩、大跨径的 方向发展，同时悬臂施工时的各种影响因素也随之 １ 工程概况 加大，为了使桥梁实际施工状态尽量贴合设计理想 淇水大桥位于湖南省某高速公路Ｋ１０９＋２１２ 状态，必须对这种高墩预应力混凝土连续刚构桥加 处，采用左右线分离式设计，其中主桥为５２ ｍ＋３× 强施工控制。桥梁施工控制计算是施工控制中最基 ９０ ｍ＋５２ ｍ三跨预应力混凝土连续刚构桥，主桥 本的内容和直接依据。 桥型布置见图１。 图１桥梁总体布置图（单位：ｍ） 主桥箱梁高度以及箱梁底板厚度按２．０次抛物 线变化。上部构造按全预应力混凝土设计，主梁与 墩柱采用Ｃ５５混凝土，采用三向预应力，标准强度 为１ ８６０ ＭＰａ，设计锚下张拉控制应力１ ３９５ ＭＰａ。 箱梁纵向钢束每股直径ｌ５．２４ ｍｍ，配ＯＶＭＩ５—７、 ＯＶＭＩ５—９锚具，箱梁根部截面及跨中截面见图２。 左、右线桥７、８、９、１０号桥墩为主桥桥墩，墩身 采用空心薄壁墩。７号、ｌ０号空心墩墩柱高５７ ｍ， 壁厚６０ ｃｍ；８号空心墩墩柱高９５ ｍ，壁厚１００ ｅｍ；９ 图２主梁尺寸示意图（单位：ｃｎ ） 号墩墩柱高９０ ｒｎ，壁厚１００ ｃｍ；７～ｌ０号桥墩墩身 柱全高壁厚保持不变。 采用等截面７００ ｃｍ×６５０ ｃｍ（顺桥向×横桥向），墩 ６、ｌ１过渡墩处设Ｄ３２０型伸缩缝，主桥箱梁下 收稿Ｉ 期：２０１３‘１０—０８ 作者简介：曹虎（１９８６一），男，工程帅，主要从事道路、桥梁的设计和管 。 ４期 曹虎：淇水高墩连续刚构大桥施工控制分析 ６ｌ 设ＧＰＺ３．０ＤＸ单向滑动盆式橡胶支座和ＧＰＺ３．０ＳＸ 双向滑动盆式橡胶支座各一套。 断面顶板、底板实测应力和理论值对比，见图５。图 中横坐标：１表示立模板，２ ４表示混凝土浇筑，５～ ７表示预应力张拉，８、９表示移动挂篮。 ３．５ １ ２ 施工控制计算及分析对比 ２．１模型建立 皇２．５ ＼２ 采用大型有限元分析软件ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ对淇水 主桥施工过程进行正装分析。 ０．５ １）用有限元法将全桥划分为１ ７２１个节点， １ ７１６个单元。其中，主梁ｌ １１０个单元，桥墩６０６ Ｏ 施工工况 个单元，结构的计算模型和分析模型见图３、图４。 ．』 ＾ 图３结构计算图示（单位：ｍ） 图４结构分析模型 ２）分析计算中的材料特性按设计与实测相关 参数取值，取值如表ｌ。 表１材料特性取值表 ３）模型中将边跨支座模拟为铰支座，主墩墩下 连接模拟为固定支座，墩梁连接处模拟成刚性连接， 边跨现浇段支撑模拟为弹性支撑。 ４）计算分析过程中，挂篮荷载按照施工单位提 供的挂篮（菱形桁架挂篮）设计资料，采用集中力＋ 集中弯矩模拟，一对挂篮设计重量约为５ｌ ｔ，前支点 反力７７．８ ｔ，后锚点拉力４Ｏ．５ ｔ，前支点距梁端 ０．５ ｍ，后支点距粱端４．５ Ｉｎ。 ５）将成桥施工过程划分为５０个施工过程。 ２．２计算结果及对比 ２．２．１ 施工阶段 Ｉ）内力分析。 本桥由于测点较多，现取关键截面代表性测点 的测试结果作分析。下面列出８ 墩主梁部分控制 ａ）８＃墩顶板 均值 论值 ｌ ２ ４ ， ６ ， ９ 施工工况 ｂ１ ８＃墩底板 图５ ８０墩顶板、底板应力监测 应力数据对比分析：通过对比分析理论计算和 实测应力值，得出各测试截面混凝土实测应力值变 化规律与理论计算值变化规律是一致的，且实测值 与理论值比较吻合。 在悬臂浇筑施工阶段，悬臂端根部所承受的负 弯矩最大，将其作为施工阶段应力控制截面，分析其 在各个施工阶段内力。为了方便分析，仅列出７＃墩 和８＃墩主梁悬臂端根部截面的内力及应力变化情 况，压应力为正，拉应力为负。 在悬臂施工阶段，７＃墩主梁悬臂端根部７一ｌ、７ ＋１截面内力变化见图６一ａ；８群墩主梁悬臂端根部８ 一ｌ、８＋ｌ截面内力变化见图６一ｂ。图中横坐标ｌ表 示１＃块。 ｌ００ ０００ ：８００００ ・ ６００００ 至４００００ 画２００００ ０ ：．一： 静一２００００ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １４ １６ １７ —４０ ０００ 施］ 节段号 ａ１ ７ 墩主粱 ８００００ ｇ ６０ ０００ 三４００００ ２ｆ）００（） 斋 ０ —２Ｏ ０００ 施］：节段号 Ｉ１）８ 墩主梁 图６ ７ 墩和８ 墩主梁悬臂根部内力变化 ６２ 湖南交通科技 ３９卷 从图６中可以看出在施工１号块到８号块时１一 力为０．１ ＭＰａ。虽然在施工阶段中，主梁底板部位 出现了拉应力，但是其值远小于混凝土拉应力，不会 出现开裂，有利于结构安全与稳定。 ｌ截面弯矩基本成增长的趋势，这说明预应力钢束 张拉所引起的弯矩值大于自重所引起的弯矩值。施 工ｌ０块段以后１—１截面的弯矩值明显开始减小，这 是由于在ｌ０号块段以后没有腹板下弯束，只有顶板 束，预应力钢束的作用开始减小。 从应力方面来看，７ 墩主梁悬臂根部在各施工 阶段，顶板最小应力为一１．７１ ＭＰａ，底板出现的最 ２）位移分析。 利用ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ计算各施工阶段的位移变化， 与实际施工的位移变化做比较分析；预测全桥预拱 度，为确定立模标高提供依据。 由于施工节段较多，限于篇幅，本次对比分析取 ８号墩ｌ２号块段的位移值，见图７。 小应力为一０．１９６ ＭＰａ；８ 墩主梁悬臂根部在各施工 阶段，顶板最小应力为一ｌ＿７１ ＭＰａ，底板的最大应 １３ １２ ｔ１ ｌ０ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ０ 一位移数据对比分析：在悬臂浇筑状态下，理论计 粱段截面号 ｌ ｌ ２ Ｏ．００２ —０ ００４ ０．Ｏ０６ －ｉ一０．００８ 邋一０．０１ 一０ ０１２ ０．０ｌ４ ０．０ｌ６ —－—０．０１８ ０．０２ —图７ １２号块施工时理论与实测位移值 算值与实狈４值基本吻合，说明本次控制计算是比较 准确的，且符合实际施工状态。并且梁段混凝土浇 前面块段产生的下挠很小，随着浇筑的块段的增加， 浇筑混凝土前后的位移差越来越大，即随着块段的 增加混凝土浇筑对悬臂状态下挠度影响越来越明 筑引起的挠度变化值基本稳定，悬臂端两侧的挠度 较为对称，表明实际施工中荷载控制较为对称，未出 现过大的不对称荷载。 在７ 墩、８ 墩悬臂施工过程中，８号块～ｌ３号 块施工所引起主梁挠度见图８。 显，且增量也有增大的趋势。每个块段张拉预应力 钢束前后位移是上翘的，随着块段增加，梁端上翘的 位移也有所增加。在１０号块段前张拉的钢束有顶 从图８可以看出，在悬臂施工过程中，主梁浇筑 ０．（）０５ 板钢束和腹板下弯钢束，而从１Ｏ号块开始后面的块 段没有腹板钢束，只有顶板钢束，因此从１Ｏ号块段 Ｏ …一．．．．．， ．．． ．． ．．． 。．．．． ０ ００５ ＋—８号块 ９号块 号块 ０．０ｌ０ ＋－（）＿０１５ —０．０２０ ／Ｌ＿＼ ／ ／ ＼ ／／ ＋》∈一１１＂３－块 Ｉ ２号块 ＋０一ｌ３号块 —０．０２５ ０．０３０ Ｖ ／ ａ｝７ 墩恳臂施１ ＼＼／ Ｖ 图８ ７ 墩、８ 墩悬臂施工各梁段位移变化 —０．０３５ ４期 ０．００５ 曹虎：淇水高墩连续刚构大桥施工控制分析 ６３ ０ ． ．． …▲ ＝．Ｉ＝干 ．． ， ． ．１ ． ． ． ． ．●＝匕▲ … ． ．． －０．００５ ０ ０ ０ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ ０ ０ Ｏ ０ ０ ０ ０ Ｏ Ｏ 一Ｏ．０ｌ０ ㈣㈣ ＋㈣ ㈣ 堇耄哪 ８号块 ＋９号块 ＿０．０ｌ５ 十１０号块 一Ｏ．０２０ ＊一ｌｌ号块 —＊一ｌ２号块 －０ ０２５ ｏ一１３号块 ０．０３０ —０．０３５ 续图８ ７ 墩、８ 墩悬臂施工各梁段位移变化 以后张拉钢束前后梁体前段上翘位移量有减小的趋 工提供合理的立模标高，通过ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ计算得出 势。以上情况说明ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ模型计算出来位移 的施工预拱度见图９。 符合实际施工过程。 ３）稳定分析。 全桥竣工时累计挠度的相反数即为施工阶段预 该桥为高墩连续结构，施工过程结构稳定性安 拱度，在理论上，当桥梁竣工时，预拱度与施工阶段 全，是保证大桥施工过程的关键，对施工阶段中的结 累计挠度抵消挠度则与实测阶段挠度作比较，用来 构稳定分析（未考虑非线性因素），采用ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ 调整参数和反馈分析，指导后期预拱度修正。 中的屈曲分析进行计算。本次计算工况（未考虑结 全桥合龙时累计挠度的相反数，即为施工阶段 构线性影响）：①高墩自体稳定分析；②最大悬臂 预拱度。通过计算得出施工阶段预拱度，为指导施 状态下稳定分析，计算结构如表２、表３。 ，ｌ ｆ＼ ． 』 ／ 、，ｆ、、 ／ ，＼ 、 ， ／ ～一。。。一一…一 、，、、～，～……一 一 ＼ 一 、、一一一～～／ ，； ；ｉ ｚ ＺＺ Ｚｚ ｚｚ ｚｚ 至至 ｚＺ ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ－；ｔ ｚ Ｚ Ｚ ｚＺ ｚ ｚ Ｚ Ｚ 量 ＺＺ艺Ｚ Ｚ ｚｚ ｚ 量 ｚｚ ｚ ｚ ｚ ｚｚ至 ｚｚ ｚ量 ｚ三 呈 主梁节点 图９施工阶段预拱度 表２各工况稳定分析表格 表３高墩自体稳定临界荷载理论计算 ｋＮ 汁算公式——高墩ｆ ｊ体稳定临界荷载理沦计算 ——— — Ｐｃｒ＝丽，ｒｒ￣Ｅ１ ２ ４５８ ９４＿４ １ １５６ ９２３．３０５ ９ 墩 １０＃墩 从理论计算公式与ＭＩＤＡＳ非线性分析所得出 的结果相差不大，说明计算结果是较准确的。通过 ｍ 湖南交通科技 ３９卷 稳定分析计算可以对施工中的 安全稳定进行控制，从定量上把 握施工中的不对称荷载，为施工 提供有利的安全保障。 ２．２．２成桥运营阶段 １）内力分析。 在成桥运营阶段，考虑恒荷 载和汽车荷载对桥梁内力的影 图１０恒载内力图 响。 在恒荷载下，主梁最大弯矩 位置位于７＃墩０号块，其值为 ７ ４１２．１９ ｋＮ・ｍ；最小弯矩位置 位于中跨跨中，其值为 一６７ ３９７．４８ ｋＮ・ｍ，恒载内力 见图１Ｏ。 移动荷载作用下，最大弯矩 值出现在中跨跨中，其值为 图１１移动荷载弯矩包络图 １３ ５９５．０２ ｋＮ・ｍ；最小弯矩值 出现在９＃墩０号块位置，其值 为一３６ ７０１．９６ ｋＮ・ｍ，移动荷 载下弯矩包络图见图１１。 ２）位移分析。 在成桥运营阶段，考虑恒载 和移动荷载对主梁挠度的影响。 在恒载作用下，主梁的最大挠度 为３４．３ ｍｍ，恒载下位移见图 ｔ １２。 图ｌ２恒载作用下位移图 在移动荷载作用下，主梁的 最大挠度为１１．２ ｍｍ，移动荷载 作用下各点最大位移见图ｌ３。 ３ 结束语 通过对淇水大桥的施工控 制计算及对比分析，验证了本文 所采用的计算模型的可靠性，同 时表明施工过程中主桥始终处 图ｌ３移动荷载作用下位移图 于安全状态。 连理工大学，２００３． 参考文献： ［４］彭琦，李亮，赵炼恒．高墩大跨度连续刚构桥的施工监测与 ［１］马保林．高墩大跨连续刚构桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 仿真分析［Ｊ］．铁道建筑，２００８（２）：１９—２２． ２ｏｏ１． ［５］离维权．高墩大跨度连续刚构桥施工控制内容与方法［Ｊ］．铁路 ［２］赵玉银．连续刚构桥施 】 控制及结构仿真分析［Ｄ］．成都：瞪南 勘察，２００７（１）． 交通大学，２００８． ［６］张亚风．高墩大跨度连续刚卡句桥施 工控制内容与方法研究［Ｊ］． 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