线型控制在预应力混凝土曲线连续刚构桥梁悬灌施工中的运用分析

线型控制在预应力混凝土曲线连续刚构桥梁悬灌施工中的运用分析
摘要：基于预应力混凝土曲梁桥悬灌施工中线型控制方法的研究，在考虑不同时间下悬灌混凝土梁段徐变变形的条件下，对各种梁段线型参数公式在两种不同坐标系下进行了计算。

然后对于此方式对南昆铁路板其二号的实施效果进行了评价。

关键词：线型监控；曲梁桥；预应力混凝土；悬灌施工
Abstract: Based on the prestressed concrete bridge construction of suspension song irrigation line type control method of the research, in considering different time for irrigation DuanXu concrete beams change of the deformation of the condition, to the various beam linear parameters in the formula for two kinds of different coordinates system were calculated. And then for the way for nankun railway board, the second the implementation effect was evaluated.
Key Words: Linear monitoring; Curved beam bridge; Prestressed concrete; Suspended irrigation construction
在我国目前建立起来的城市立交和公路预应力混凝土曲线梁桥中，其跨度较小、桥墩不高。

施工方法除了较少使用的顶推法，主要是膺架就地灌注的施工方法。

膺架法在施工中没有体系转换的问题，因此混凝土徐变不会引起结构内应力的变化，设计中只考虑后期结构就足够了。

此外膺架法支架上立模后可以一次调整到位，成桥的线型便于控制。

1.预应力混凝土曲线梁特点与结构单元分析
1.1预应力混凝土曲线梁特点
进行曲线桥梁施工的方法主要有悬臂灌注与膺架法，但是前者较后者有着明显的特点：
悬灌施工中各梁段的线性施工控制制约着桥梁的顺利建设。

由于混凝土的温度变化、徐变以及收缩等因素对于结构的内力、变形有着重要的影响，从而使得梁体各部份应力的大小难于把握。

同时由于施工过程中结构的空间位置会不断的变化，因此结构扭转变形以及梁的根部的扭转变形会随着悬臂的变长而越来的越大，以至于应力变得更为复杂。

这就要求设计之初既要考虑前期结构的受力特点。

又要考虑后期结构的受力特点。

1.2结构单元分析
要实现对于预应力混凝土曲线梁悬灌施工的线型监控，实现的步骤为：首先的建立一整套适于施工监控的程序。

该程序必须可以实现在不同的施工阶段自动的计算生成各种相应的荷载的机构反映，包括各种施工机具、徐变、收缩、预应力及损失、二期恒载等。

其次设计的程序可以针对于施工中各种的可变因素根据输入的参数进行相应的调整。

一般研制的施工程序可以分为三个单元：空间曲线元单元、直线梁单元以及空间屏蔽箱梁单元。

下面我们着重的讨论薄壁箱梁单元。

我们知道空间箱梁单元有6个杆端力参数与6个位移参数。

由于曲梁存在扭耦合以及弯耦合作用，因此梁体的截面会发生畸变以及扭转翘曲，如下图1所示。

而为了充分的反映出箱梁的约束扭转特征，必须另外多考虑一个扭转翘曲位移以及相应的翘曲双力矩。

下面仅给出箱梁单元中和妞、弯自由度对应的防毒元素，在综合的考虑轴向力的二次效应后，单元所具有的总势能为：,
其中
,
上述各式中，G，E分别为剪切模量与弹性模量，y，z分别为剪切中心的坐标；,,P分别为扭转常数、翘曲惯性矩以及轴向力；为剪切变形系数，当其值取为1是为开口结构；A为横截面的面积，；为扭转角，L为单元的长度。

可以使用与表示单元节点力向以及位移向量，=，=[K]
图1薄壁箱梁单元
例如: 南昆铁路板其二号大桥，全桥位于长达450米的曲线上，主跨为44+72+44米的连续刚够，是一座典型的预应力混凝土平弯连续刚够型桥梁。

此桥监控程序结构的有限元分为：墩部25个单元，梁部168个单元，二者的结合部位设置了11个虚拟的刚臂单元。

并且将老化理论应用于徐变计算、将单元等效节点载荷方式应用于施工应力处理。

2.悬灌曲线梁段线型参数(预留位移)的计算
2.1徐变位移计算
确定混凝土的徐变位移是计算预留位移的关键，此外还有徐变角位移。

徐变位移是一个伴随混凝土的长期过程，从施工过程开始到全桥合拢后都时刻的存在，只是桥梁的线型变化逐渐变慢。

设混凝土墩身的完成时刻为，终止时间设为运营后的三年，以表示。

将此段时间分为若干个时段，若用表示第i段混凝土浇筑完毕的时刻，-则表示第i段梁段的施工周期。

由于施工的整个过程中存在着内力与结构位移的不断的变动，因此任意时刻的结构内力以及位移的计算，必须将此时刻之前的各时段的徐变内力、位移与弹性内力、位移的增量叠加。

架设可以用线性来考虑混凝土的徐变，即：
其中为由于徐变位移引起的广义位移，为由于荷载产生的瞬时广义位移。

显然可以得到任意时刻的总位移：
f=+
2.2预应力混凝土曲线梁预留位移的一般公式
预留位移的一般计算公式为
其中m表示悬灌施工的梁段数目；和表示x处的坐标值；为使用结构有限元法求得的三个方向线位移，而k表示位移的方向，沿坐标轴的正向为正；相似的是角位移，判断的方式是按照右手定则；第一个下表i与第二个下表j分别表示：位移的发生位置与引起位移的原因。

例如即表示:2号节点在x方向的线位移，其原因是第5梁段的自重以及张拉预应力；表示：4号节点发生绕y轴的角位移，其原因是第7梁段的自重以及张拉预应力束。

3.曲线梁悬灌施工中线型控制的坐标转换计算
通过对于预留位移的计算可以实现预应力混凝土曲线悬灌施工的线性控制，但是前面所述的计算过于复杂，实际中没有必要严格的按照上面方法进行计
算。

通过将笛卡尔坐标转换为柱坐标可以将原来的6个预留位移减少到3个，分别为沿轴方向的先位移、沿铅垂轴z方向的预留线位移以及绕梁轴线转动的角位移。

由于在逐节灌输的过程中s方向以及z轴、轴的转角位移会得到补偿，而且成桥的平面不仅可以得到完全的保证。

也就是说通过将线型控制的重点放在、、三个量上，不仅完成了工程的要求，而且还十分的可行。

4, 南昆铁路板其二号大桥线型监控效果
南昆铁路板其二号大桥经现场检测具体的误差为：跨中合拢前两悬臂端竖向的误差为 1.5mm，相对的横向精度为 2.5mm，而边跨的合拢精度必须在4.5mm内。

表1全桥合拢段梁体线型控制结果(m)
线性监控的主要过程可以表示为：（1）将施工、设计信息（2）分别从1、2、……n不同的时段循环的对结构进行分析，从而得到该时段结构的弹徐总位移以及其增量（3）监控程序在计算出期望线性数据基础上给出下面施工段的控制参数（4）使用精密的仪器对梁段空间实施定位与放样（5）搜集、整理有关梁段的实际参数以及实际变位（6）最后对期望的线型以及实测的线型对比分析，或者做进一步的参数调整。

结束语：
本文使用所设计的方法对于南昆铁路的控制效果进行了分析：既达到了目标线性与成桥线性的吻合，有充分的保证了合拢的精度。

由于在线性控制方面关于悬臂灌注施工的资料较少，因此通过对于曲线梁悬灌施工中线型控制中计算预留位移的两种方式的分析，可以便于实际的应用。

文章还以南昆铁路为例，突出了线性控制在预应力混凝土曲线连续施工中的应用。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。