高速铁路连续粱桥的线形控制与应力控制 李重阳 中国铁建股份有限公司（１００８５５） 摘 要：根据某铁路１２５ ｍ连续梁桥施工控制实践，介绍了大跨度连续梁桥梁施工线形控制与应力控 制的理论和方法，为同类型桥梁施工控制提供参考。 关键词：铁路连续桥梁；施工控制；自适应控制；线形控制；应力控制 由于高铁及城铁对线路的平顺性要求极高，因 此精确的线形控制是铁路连续梁桥施工的关键。同 时，应力控制也是保证成桥后结构应力状态与设计 相吻合，使成桥后桥梁徐变变形达到设计目标的关 键。以某铁路桥梁（７０＋１２５＋７０）ｍ预应力混凝土连 续梁桥为例 介绍桥梁线形控制与应力控制的关键 技术和方法 ＭＩＤＡＳ计算模型如下图１所示。 警卷 带 图１ ＭｌＤＡＳ计算模型 ３铁路连续梁桥施工控制方法 为保证桥梁的安全建设，使最终的主梁线形和 恒载内力与设计相吻合，选择科学合理的控制方法 是非常重要的。（７０＋１２５＋７０）１ＴＩ连续梁桥施Ｔ监控 采用先进的白适应控制法。参数误差识别采用 Ｋａｌｍａｎ滤波法 １工程概况 某高度铁路连续梁桥采用无砟轨道，设计列车 时速３５０ ｋｍ／ｈ。在跨越某高速公路处，采用（７０＋ １２５＋７０）ｍ的预应力混凝土连续箱梁桥。该桥采用 单箱单室变高度、变截面连续梁。箱梁梁底曲线按 圆曲线变化，端支座处及边跨直线段和跨中处梁高 为５．２ １ＴＩ，中支点处梁高９．２ ｉｎ。全桥箱梁顶板宽 １２．０ ＩＴＩ，底宽７．０ ＩＴＩ。全桥共设‘５道横隔梁，分别设 于端支点、中支点、中间跨跨中截面。该桥采用悬臂 白适应控制法是指在施工控制开始时，控制系 统的某些设计参数和实际情况不完全吻合．此时可 以通过系统识别或参数估计，调整计算模型的参数， 使设计输出与实测结果相符，进而使实际问题得到 解决。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施丁 阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。 浇筑，采用菱形挂篮。全桥分两个Ｔ构对称悬臂浇 筑，每个Ｔ构包括０～１３号梁段，中支点０＃块梁段长 度９ Ｉｌｌ，一般梁段长度分成３ ＩＴＩ和４．０ Ｉｌｌ ２个边跨各 有９．７５ ｍ的现浇段，边、中跨合拢段均长为２ １ＴＩ。 这样，经过若干工况的反复辨识后，计算模型与文际 结构趋于一致，在此基础上可以对施工状态进行更 好的控制。自适应施工控制系统框图如图２所示 ２结构计算模型的建立 本桥采用有限元软件ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ进行结构建 模分析，ＭＩＤＡＳ具备单元激活与钝化功能，可以很方 便的模拟施＿Ｔ过程的正装分析以及倒拆分析。全桥 共离散为５７个单元，５８个节点。其中零号块采用托 架施工，边跨现浇段采用满堂支架施工，其余梁段 采用挂篮对称悬臂施工。 在建模时应注意以下几点： １）施工阶段：全桥应按照挂篮安装、混凝土灌 图２ 自适应施工控制系统框图 注、张拉钢束等不同阶段划分施丁阶段，以便对线 形和应力详细监测。２）边界条件：未合龙时零号块 处墩梁固结．合龙时约束释放，转化为铰接和链杆 参数误差识别过程是自适应控制的关键，其任 务就是根据对控制目标（如内力、标高和结构应力） 的测量值与计算值之间的误差反算施工模拟计算 所选用的参数是否合理，如混凝土的弹性模量、主梁 约束，以适应梁体转动和纵桥向位移。３）体系转换： 按照边跨合拢、中跨合拢的顺序进行体系转换。 ｆ７０＋１２５＋７０）ｍ连续梁桥的参数误差识别采用 Ｋａｌｍａｎ滤波法。 从表１和图３分析可以得出，该桥的线形控制 结果良好，满足铁路连续梁施工技术交底要求和相 ４线形控制 。 关规范的要求。 线形控制是桥梁施Ｔ控制的重要工作之一。使 用全站仪对主梁轴线进行测量，保证箱梁悬灌端的 ５应力控制 预应力混凝土连续梁桥在悬臂施工的过程中． 从结构安全的角度，结构的应力最令人关注 主梁应力的测试是监测主梁在施工过程中主 合拢精度和桥面变形。主梁的线形监测应以线形通 测和局部块件高程测量相结合，在主梁块件浇筑及 挂篮移动后进行。 梁是否安全的一种辅助手段。尽管理论计算结果表 ４．１悬臂浇筑各节段立模高程的确定 悬臂浇筑段前端底板和桥面高程应根据挂篮 明了其安全性，但在实际施工中可能存在着不可预 计的因素（如施工荷载、混凝土弹性模量、预应力大 小的变异，施工流程的改变等）会使主梁的受力与 理论计算结果有差异，因此必须进行主梁应力的监 垂直变形和梁体预拱度进行设置。而预拱度是受到 梁体自重、预应办张拉、温度、收缩徐变等多方面因 素的影响。悬臂结构逐段浇筑，后节段的受力情况 对前节段产生作用。因此现浇梁段的预拱度＝本段 测，确保结构安全 ５．１应力截面及测点布置 和后面所有各段混凝土和张拉预应力束的累计挠 度＋二期恒载作用下产生的挠度＋１／２活载产生的挠 度＋从浇筑至设计使用１０年中混凝土收缩徐变引 起的挠度。 ４２线形控制结果 示 在悬臂施工的过程中，对Ｔ构根部的顶板和底 板应力进行了监测。应力计的埋设位置如图４所 成桥线形是在桥梁合龙后约一年的时问．对全 桥进行了成桥线形测量。此时桥梁的二期恒载已经 铺设完毕，徐变变形按照理论计算约完成８０％ 测 得的成桥线形与理论计算值比较结果如下表１所 示，限于篇幅仪记录部分数值。 表１ 成桥线形控制结果 纵向坐标（ｍ） ０ Ｅ Ｗ 图４ ６２９＃应变片埋设位置 ５．２应力控制结果 设计高程（ｍ） ３２．３８４ 实测高程（ｉ＇ｌ１） ３２３８６ ．悬臂浇筑的施工过程中，每一个梁段都对每个 Ｔ构的应力计进行了测量。测量时，考虑了测试现 ２０ ４０ ６０ ８０ １０Ｏ ｌ２Ｏ ３２．７９６ ３３１６Ｏ ．３２．７９８ ３３．１６４ ３３．５８８ ３３．９８８ ３４．３６６ ３４７４８ ．场的温度，由程序自动进行温度修正，得出每个施 工阶段Ｔ构根部顶板和底板的应力。限于篇幅，部 分测量的应力结果如下所示。 表２ ６２９＃墩Ｔ构近南京侧截面箱梁 应力测试记录 ’ ３３５８２ ．３３９８７ ．３４３６４ ．３４．７４０ 测试工况：１＃块混凝土浇筑后 应力 测点 温度（ｑＣ） 应变值（ ￡） １ ２３．７ －２８．９２ ．一 一 规范容许值 （ＭＰａ） （ＭＰａ） —１．２８ ‘． — 舢设计值 一 ２ ３ ２ｌ １ ２４．６ －３８．Ｏ６ —１８．４４ —１．６８ 容许压应力： —１．８２ －３２．６ 图３ （７０＋１２５＋７０）ｍ连续梁成桥线形比较图 ４ ５ ６ ２７．９ ２０．８ ２４－２ ３１３６ —２０．７４ －５９．１２ －２－３９ 容许拉应力： －２．９２ －２．６ｌ ２．４４ 为了更直观的分析成桥线形控制的结果，将成 桥后的桥面实测高程和设计成桥线形绘制成图．如 下图３所示。 （下转第５６页） 一致，系杆劲性骨架保持水平，做到统一号令，起降 ｔ汽车吊停在南岸边两拱肋问，安装１＃风撑．次日 有序。浮吊起吊至拱片离开拱脚支墩和中间支点５ ｃｍ后，停止浮吊，同时两端用麻绳拉好防止起吊时 晃动与另一片拱肋碰撞，全面检查，观察变形，测量 劲性骨架预拱度是否与设计一样，一切无误拱肋稳 用浮吊安装剩余３道风撑。待拱肋段的轴线、高程 经调整符合要求后，吊装风撑桁架，完成风撑桁架 整体吊装与拱肋钢管的焊接： ⑩临时中横梁设置：风撑安装完毕后，在４＃、８＃、 １２＃、１８＃中横梁处各安装一根临时横梁．共４根。临 定后，浮吊继续提升，提至合适位置时开始移位。在 桥位处稳住浮吊落拱就位，在拱肋靠近拱脚支点上 时横梁由双拼贝雷组拼而成．两端头采用与贝雷同 型号的槽钢以及贝雷铆头组拼，槽钢与劲性骨架焊 方约５０（２ｎｑ＿时，待浮吊稳定后，将拱肋缓慢下放，浮 吊部分卸载。拱肋就位前，将 ４２拉杆穿人孔内．用 ２ ｃｍ中心开孔的钢板作为垫板，两端上紧螺母。拱 肋就位后，放下缆风钢丝绳，用工作艇牵引朝四个 方向拉去，分别与地龙用５ ｔ卷扬连接； ⑥焊接环缝：在对拱肋线形检测完毕后，进行对 接拱的环缝焊接。受时间，在浮吊松钩前仅能 接牢靠。 ５结语 目前钢管混凝土拱桥在我国桥梁建设中方兴 未艾，钢管拱肋加工制作及拱肋吊装作为钢管混凝 土拱桥施工中的关键工序，必须引起足够重视。钢 管拱桥有多种架设方法，本桥采用的浮吊吊装辅助 支架施工的架设方法，可为类似的桥梁施ｌＴ提供参 考 参考文献： 完成接缝的第一道焊接。在松开吊钩后，继续焊接 环缝，直至环缝饱满： ⑦浮吊撤离：焊完第一道焊缝后，松开浮吊吊钩， 将浮吊牵引至岸边，收起浮吊钢丝绳．恢复通航： ⑧第二道拱肋安装：第二道拱肋安装同第一道。 经计算，由于桥面净宽较宽，第二道拱肋安装时劲 性骨架与第一道拱肋的缆风绳不冲突，因此不需换 索； ［１］陈宝春ｌ铜管混凝土拱桥设计与施工【Ｍ１．北京：人民交通出 版社．】９９９． ［２】ＪＴＪ ０４１—２０００，公路桥涵施工技术规范【ｓ】． 【３】ＴＢ １０２１２—９８，铁路钢桥制造规范【ｓ１． ［４］ｊｃ，ｊ ８１—２００２，建筑铜结构焊接规程『ｓ１． 客 盒 套 套 盒 盒客 客 盒盒 ２ 客盒 套盒 ⑨风撑焊接：在第二道拱肋安装完毕后。即用５０ 盒盒 盒盒客 盒会 套 盒盒 盒盒套 客 （上接第５３页） ．‘ 别一修正一预报一施工的循环过程。只有结构有限 元理论计算和施工监控相结合，才能保证施Ｔ线形 和应力达到设计要求。 ２）通过对比线形、应力实测值与理论计算值可 知，桥梁各施工阶段中，线形与应力变化趋势相同， 二者误差较小，说明本文采用的有限元计算模型与 表３ ６２９＃墩Ｔ构近杭州侧截面箱梁应力测试记录 测试工况：１｝｝块混凝土浇筑后 测点 温度（ｏｃ） 应变值（ ｓ） １．５６ 应力 （ＭＰａ） 规范容许值 （ＭＰａ １ ２１．１ —１．０７ ２ ２６．２ ２７．７ ４０．８０ －３０．５８ —１．８０ 容许压应力： —１＿３５ －３２．６ 实际较符合，线形与应力控制方法也是合理的，可用 于同类型铁路桥梁的施＿丁控制。 参考文献： ３ ４ ２９．８ ２０．９ ２１．３ —６１．０６ 一１．１８ －６６．６８ －２．７Ｏ 容许拉应力： －２．Ｏ５ －２．９５ ２．４４ ５ ６ ｆ１］葛耀君．分段施工桥梁分析－ｂ控制【Ｍ１．北京：人民交通出 一＿ 。 ＿ 一 一一 版社．２００３ 从以上给列举的部分应力监测记录可以看出： 在悬臂施Ｔ的过程中，Ｔ构根部的顶板和底板应力 ［２］顾安邦，张永水．桥梁施工监测－ｂ控制［Ｍ】．北京：机械工业 出版社．２００５． 均在规范允许的范围值之内，因而，在悬臂施工的 过程中。结构处于安全可控状态。 ［３】徐君兰．大跨度桥梁施工控制【Ｍ１．北京：人民交通出版社 ２０００． ６结论 １）由于铁路提速，对铁路桥梁平顺性要求日益 提高。故施工控制在铁路预应力混凝土桥梁的悬臂 施工中起着重要作用，监控是一个：施工一量测一识
