非对称施工连续梁桥施工控制方法研究

非对称施工连续梁桥施工控制方法研究

熊兵

湖南城市学院土木工程检测中心湖南益阳413000

摘要：大型预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工过程中，当采用非对称施工的方式合拢时，会使主桥的线型控制更趋复杂，结合益阳市沙头大桥主桥施工监控实践，对非对称施工的合拢顺序进行仿真分析，分析了混凝土收缩和徐变对箱梁挠度和应力的影响，介绍了非对称施工控制方法与理论，利用最小二乘法对主要参数进行识别，得到了结构实时控制结果。

关键词：连续梁桥；施工控制；非对称施工；砼收缩徐变；最小二乘法

1引言

多跨预应力混凝土连续粱悬臂浇筑施工一般采用对称施工控制，但由于受到客观条件影响而不得不采用不对称施工控制，本文不对称施工主要有以下两层含义：

1.是以第四跨跨中为对称轴的对称梁段在时间上施工的不同步性。由于空间上对称的梁段施工的不同步性，造成其混凝土龄期的差异，而混凝土的龄期对其收缩和徐变变形的影响很大，即要考虑在空间上对称的梁段混凝土的收缩和徐变引起的箱梁挠度和应力差异。

2．是纯粹从空间上来看，施工过程中会出现与对称施工不同的结构体系。与对称施工相同的是箱梁都是从两岸边跨往河心中跨的方向逐步合龙，其间经历从两边跨合龙、两次边跨合龙、两次中跨合龙直至T构相连的结构体系转换过程；然而合龙顺序不对称，形成了不同的结构体系。不对称施工会形成一个从30#-35#墩6个T构相连的结构体系，若采用对称施工则不会。即要考虑在空间上对称的梁段因处在不同的结构体系中而使得计算结果有所不同。

不对称施工对桥梁线形和桥梁受力有很大的影响，因此对多跨预应力连续箱梁桥不对称施工进行控制研究是非常必要的。

2工程概况

沙头资江大桥是一座主桥上部结构为65m+5×116m+65m悬浇预应力混凝土连续箱梁。除0号、1号梁段采用搭设托架浇注完成外，其余梁段均采用挂篮悬浇，边跨现浇段采用搭设支架浇筑。

由于受到施工设备的影响，以及根据30#～35#墩基础和桥墩的施工进度，结合沙头大桥的实际情况确定施工的合拢顺序为：第七跨合龙→第六跨合龙→第一跨合龙→第二跨合龙→第五跨合龙→第三跨、第四跨合龙。第一跨与第七跨（边跨）合龙时间前后相差约8个月，第二跨与第六跨（次边跨）合龙时间相差约2个月，由于32#墩处支座布置为固定支座，所以选择了第三跨（次中跨）、第四跨（中跨）最后同时合龙。

3有限元仿真计算与分析对比

3.1有限元模型的建立

采用有限元分析软件MIDASCivil对沙头资江大桥进行仿真分析。

（1）用有限元法将全桥划分为277个节点，共254个单元。

（2）分析计算中材料特性按设计与实测相关参数取值。

3.2对称施工与非对称施工分析与对比

3.2.1应力分析

由于在模拟该桥施工过程中划分的施工阶段数目较多，现选取35#墩0号梁段左右方向两个控制截面作为代表，进行分析说明。下面列出了该两个控制断面顶板、底板的理论与实测值的对比分析。

由于在悬臂浇筑阶段，墩顶将承担很大的负弯矩，通过对悬臂端根部应力理论值与实测值的对比分析，理论值与实测值较为一致，变化规律走向也较为接近。

各实测应力值均小于应力容许值17.0MPa，结构安全储备较高。

3.2.2挠度分析

在桥梁施工控制过程中，需对每一施工梁段的位移进行严格控制，通过MidasCivil来计算各阶段位移，并与实测值作比较分析，为施工立模标高提供依据。

在对位移数据进行分析对比后可以看出在悬臂浇筑状态下，各梁段的位移累积理论计算值与实测值较为接近，且挠度变化值较为均匀，梁段位移呈对称变化的趋势，说明在施工控制过程当中没有出现较大的不均匀荷载。

3.2.3收缩徐变分析

收缩和徐变是混凝土的两个固有特性，在砼凝结初期增长较快，以后逐渐缓慢，徐变对短周期悬臂分段施工结构的作用较显著，混凝土长期徐变及其引起的应力重分布较为可观。

在悬臂浇筑阶段由不对称施工混凝土收缩和徐变所产生的位移差值最大为4mm，混凝土收缩和徐变所引起两者应力差值为0.84MPa，说明混凝土收缩徐变是引起两者应力的差异的主要原因。而对线形影响很小。

4.非对称施工控制方法与最优控制

大跨径连续梁桥的施工控制是一个施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。沙头大桥运用工程控制论的思想，采用最优控制理论与计算机相结合的技术，将沙头大桥的成桥线型与施工期结构变位状态，作为线型离散、确定性动态结构系统最优控制的对象，通过最小二乘法，结合确定性的最优控制规律构成闭环状态反馈系统，求出最优控制变量，不断对各阶段进行调整、控制，最终达到随机最优控制的目的。

4.1施工控制中的结构分析

对于悬臂施工的非对称施工连续梁桥，每一施工阶段有着密切的联系，因此确定各施工阶段结构的线形非常重要，而决定上部结构每一待浇块件的预拱度尤为重要。由于采用沙头大桥采用连续梁桥不对称施工，从前进分析、倒退分析、实时跟踪分析三方面入手、相互结合，实现成桥结构在线形、内力各方面满足设计要求的目标。

4.2设计参数识别和敏感性分析

首先要确定引起桥梁结构偏差的主要设计参数，其次是通过各种理论来识别这些设计参数误差，使桥梁结构的实际状态与理想状态一致。对设计参数（构件几何尺寸、截面特性参数、与时间相关的参数、荷载参数、材料特性参数）的识别，有两种方法：其一，通过现场量测来确定设计参数的值。其二，通过结构计算的方法来区分对结构状态（变形和内力）有显著影响的设计参数。在桥梁控制中只考虑对主要设计参数的修正，忽略次要设计参数的影响。

4.4设计参数的辨识与修正

确定了主要设计参数后，就需要对主要设计参数进行正确的估计，根据参数对计算模型算出的结果对原假定设计参数进行修正。采用了合适的预测方法—最小二乘法，通过调整后的参数对系统进行前进与倒退分析，可得到各阶段挠度及预拱度的新理想状态，即随后理想状态。随后理想状态与原理想状态相比更具有合理性。

4.5优化调整

大跨度连续梁桥施工控制主要以控制主梁线形和截面应力为主，优化调整也就是以这些因素建立控制目标函数。根据前施工阶段得到的测验结果，结合设计参数的不断识别和修正，对桥梁未来施工阶段主梁状态的预测，确定下一个施工节段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

5结构实时控制结果

采用参数确定性控制的益阳市沙头资江大桥主桥实时控制结果符合桥梁设计及规范要求。

6结语

现实条件下，桥梁施工受到限制，大型连续梁桥还会有采用不对称施工的现象存在，本文从有限元模型的建立到应力挠度分析，最后到收缩徐变分析及不对称施工引起的箱梁挠度和应力的变化规律，为指导同类桥型的线型及应力控制具有借鉴作用。

在设置益阳市沙头大桥每个梁段的施工预拱度时，考虑了不对称施工对挠度的影响，记录了砼收缩徐变引起的箱梁挠度变形。但是对于如何从挠度值中消除温度影响的残余部分，还需进一步的探究。

参考文献：

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