大跨度连续梁刚构桥施工控制理论与实践

中铁二局股份有限公司
绪论
大魁北克桥就是因为在施工中两次发生事故而闻名于世的。该桥 采用悬臂拼装法施工，当南侧锚锭桁架快架完时，突然崩塌坠 落。原因是悬出的桁架太长(悬臂长176. 8m)，靠近中间墩处的 下弦杆受力过大，致使下弦杆腹板失去稳定而引起全桁架严重破 坏。尽管造成事故的原因是设计问题，若当时采用了施工控制手 段，在内力较大的杆件中布置监控测点，当发现异常现象时，及 时停工检查，就不会发生突然崩塌坠落事故。由此可知，为避免 突发事故的出现，按期、安全地建成一座桥梁，施工控制是有力 的保证。 因此，为了保证大跨径预应力混凝土连续梁（刚构） 桥悬臂施工的质量和安全，标高和应变的监测和控制是非常重要 的。为确保桥梁施工的安全，桥梁施工控制必不可少。
梁施工质量和桥梁施工安全，桥梁施工控制是不可缺少的。
中铁二局股份有限公司
绪论
自架设体系的施工在单一钢桥中比较容易实现，因为存在钢材的 匀质性和制造尺寸的准确性，但是在非匀质的混凝土桥中就不同 了。因为混凝土桥梁除了本身材料是非线性材料和材质特性不稳 定外，它还要受温度、湿度、时间等因素的影响，加上采用自架 设体系施工方法，各节段混凝土或各层混凝土相互影响，且这种 相互影响又有差异，因此，这些影响必然造成各节段或各层的内 力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程变化而偏离设计值。为 了保证施工质量，必须要对建桥的整个过程进行严格的施工控 制。桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证。为了安全可靠地建 好每座桥，施控制将变得非常重要。因为每种体系的桥梁所采用 的施工方法均按预定的程序进行。施工中的每一阶段，结构的内 力和变形是可以预计的，同时可通过监测手段得到各施工阶段结 构的实际内力和变形，从而完全可以跟踪掌握施工进程和发展 情况。当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大 时，就要进行检查和分析原因，而不能再继续进行施工，否则， 将可能出现事故。这方面实例太多，例如，跨径548. 64m的加拿
图1结构计算简图
中铁二局股份有限公司
标高控制的实施
计算荷载参数 （1）恒载：考虑结构自重，主梁容 重按26KN/m3，行车道桥面 （12.0m）铺装层10cm按30kN/m均 布荷载加载于桥面单元，人行道 及栏杆附属设施按19.4kN/m考虑， 横隔板、预应力齿板以集中力的 形式施加于相应节点。 （2）活载：汽—超20，横向布置3车 道，车道折减系数0.78，跨径折 减系数0.97，偏载系数1.1，冲击 系数1.05；人群荷载按3.5kN/m2 计；挂车—120。施工挂篮按 600kN考虑。 （3）混凝土收缩徐变效应和预应力 效应。在施工阶段计入收缩徐变 效应，成桥后按10年延续期计算 收缩徐变影响。环境湿度80％， 混凝土平均加载龄期为5天。
及1/2静活载等产生的竖向变形；
采用施工控制计算分析值，主要包括恒载、施工期间 H 计算预拱度 —收缩徐变、温度影响、二期恒载、成桥后收缩徐变以
H 挂篮变形 —挂篮变形调整值，一般由试验确定；
中铁二局股份有限公司
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
连续梁（刚构）桥施工中标高的控制原理
3、标高控制的原理
在实际工中，很多因素会与事先估计的理想状态有差别，如: 混凝土弹性模量、混凝土容重、混凝土的收缩徐变、箱梁截面尺 寸、张拉预应力的效果、施工温度等，不可能与设计理沦值完全 符合。这些偏差必然会对桥梁的变形产生某些影响，使实际变形 与理论变形存在一定的差异，从而影响成桥竣工标高，偏离设计 意图。因此必须根据施工实际，随时调整理论计算模型使之与施 工实际情况相符，再按修正后的模型确定新的立模标高，从而达 到标高控制的目的。即桥梁标高监控是以实际施工情况为依据， 通过比较实际观测变形和理论计算变形对结构进行监测，通过修 正理论模型来消除理论与实际的偏差以便掌握结构的实际变形规 律，通过调整立模标高来对桥梁标高进行控制。
中铁二局股份有限公司
绪论
1950年由德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混土，修建预应 力混凝土连续梁桥。施工中利用己建成的桥墩沿桥跨径方向逐段 地悬出接长对称施工。悬臂施工中桥墩与梁固结，施工中桥墩要 承受不对称弯矩。悬臂施工时随着梁段增加即悬臂长度的增加， 梁段内出现的负弯矩不断增大，必须在梁上缘施加预应力，这才 能使其完成的梁段连成整体。这就是后来的挂篮施工方法。 随着我国交通事业的发展，急需修建更多的大跨径混凝土桥 梁。为了在建桥过程中不影响交通和节约支架费用，一般采用自 架设体系施工，即将桥梁的上部结构分节段或分层施工，后期节 段或后层是靠已浇节段或己浇层来支撑，逐步完成全桥的施工。 它的广泛使用，使得混凝土桥得到了较大发展，比如大跨度钢筋 混凝土拱桥、预应力混凝土梁桥。自架设体系施工方法的采用， 必然给桥梁结构带来了较为复杂的内力和位移变化。为了保证桥
中铁二局股份有限公司
绪论
4.温度应力，特别是大体积基础、墩柱等; 5.混凝土收缩、徐变应力 6.其它应力，如基础变位、风荷载、雪荷载等引起的结构应力;
中铁二局股份有限公司
连续梁（刚构）桥施工中标高的控制原理
1、悬臂浇筑施工简介
连续刚构桥墩梁固结是满足悬臂浇筑施工的必要条件，悬臂 浇筑是在桥教两侧逐段对称浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度 后张拉预应力钢筋，移动挂篮继续浇筑下一节段。划分节段长度 时应充分考虑梁段混凝土重、挂篮重、以及施工荷载产生的内 力，故每个节段长度一般3-4m，特大桥也不超过6m，因主梁是变 截面，故节段长度自墩顶附近至跨中是逐渐增长的。悬臂浇筑施 工中的主要设备是挂篮,连续刚构桥0号块是主梁混凝土浇筑方量 最多的部位，预应力管道最密集，钢筋最复杂，外形尺寸要求最 严的地方。是连续刚构桥施工的关键部位之一。因桥墩根部0号 块钢筋混凝土体积大产生重量也大，为了拼装和支撑挂篮的起步 长度，常采用托架浇筑起步长度。挂篮可以避免用大量的支架和 大型的垂直及水平运输机具，在施工中受深水、高墩、峡谷及气 候等影响小，可充分利用有限的空间，并可多次重复使用，易于 掌握施工工艺和保证施工质量，在施工中对节段的施工误差可以 不断地进行调整，从而保证悬浇施工的精度。
45403530252015105实测值t10计算值t5计算值t10计算值t15陆水河桥t构温度影响挠度曲线示意图中铁二局股份有限公司标高控制的实施5号墩t构温度影响的高程差值曲线00500040003000200010000000100020003000401715131111131517早上中午晚上5号墩t构受温度影响的高程差值曲线中铁二局股份有限公司标高控制的实施5号墩t构高程比较图2892002894002896002898002900002902002904002906002908002910002912002914002916002918002920002922002924001715131111131517理论高程实测高程5号墩t构高程比较图中铁二局股份有限公司标高控制的实施5号墩t构实测高程与理论高程的差值曲线0030002000100000001000200030004000501715131111131517实测高程与理论高程的差值5号墩t构实测高程与理论高程的差值曲线中铁二局股份有限公司标高控制的实施中铁二局股份有限公司应变控制的实施1应变监控的重要性应变监控是连续梁刚构桥施工监控的主要内容之一它是施工过程中的安全预警系统是对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依据
中铁二局股份有限公司
绪论
(2)应力控制 桥梁结构在施工过程中以及成桥状态的受力情况是否与设计 相符合是施工控制要明确的重要问题。通常通过结构应力的监测 来了解实际应力状态，若发现实际应力状态与理论(计算)应力状 态的差别超限就要进行原因查找和调控，使之在允许范围内变 化。结构应力控制的好坏不象变形控制那样易于发现，若应力 控制不力将会给结构造成危害，严重者将发生结构破坏，所以， 必须对结构应力实施严格监控。对应力控制的项目和精度还没有 明确的规定，需根据实际情况确定，通常包括: 1．结构在自重下的应力; 2.结构在施工荷载下的应力; 3.结构预加力; 结构预加力除对张拉实施双控(油表控制和伸长量控制，伸 长量误差允许在±6%以内)外，还必须考虑管道摩阻影响(对于后 张结构);
中铁二局股份有限公司
绪论
3、桥梁施工控制的内容
施工控制的工作内容主要包括以下两个方面: （1）几何(变形)控制 不论采用什么施工方法，桥梁结构在施工过程中总要产生变 形(挠曲)，并且结构的变形将受诸多因素的影响，极易使桥梁结 构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态，使桥梁难以顺利 合拢，或成桥线形形状与设计要求不符，所以必须对桥梁实施控 制，使其结构在施工中的实际位置状态与预期状态之间的误差在 容许范围之内和成桥线形状态符合设计要求。 变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏 移，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定 调整方法，为下一节段更为精确的施工做好准备工作。横向偏移 可以通过精确测量控制和调整来达到要求，而影响竖向挠度的因 素很多(如施工荷载、挂蓝自重、温度变化等)，施工时就要充分 考虑影响挠度的各种影响，在各节段设预抛高，也就是控制立模 标高。
中铁二局股份有限公司
连续梁（刚构）桥施工中标高的控制原理
2、几个标高的有关概念
（1）设计标高 理论上，设计标高即为桥梁在正常使用情况下的标高，在总 体上服从于公路纵断面的线型设计。或者说，桥梁的设计标高就 是桥梁竣工多年以后，在承受1/2静活载情况下的标高。这里要 求“竣工多年(一般为3-5年)以后”是为了保证混凝土后期收缩 徐变大体完成，桥梁不再发生明显的后期变形;“承受1/2静活 载”则是近似模拟桥梁在正常使用情况下的活载工况。标高监控 的目的就是要使大桥的线形满足设计要求。因此设计标高是标高 监控的依据。 （2）竣工标高 竣工标高即为桥梁刚刚竣工时的成桥标高。如前所述，桥梁 在竣工后还要发生后期徐变变形及活载变形，此可得:
中铁二局股份有限公司
连续梁（刚构）桥施工中标高的控制原理
竣工 后期收缩徐变 1/ 2 活载 设计 H H H H
竣工 H —桥梁竣工高；
桥梁竣工后由于混凝土后期徐变而 H 后期收缩徐变 —引起的变形 ,以向下为正；
—桥梁承受1/2静活载所引起的变形, 1/ 2 活载 H 以向下为正；
设计 —桥梁设计标高； H
中铁二局股份有限公司
标高控制的实施
2、模型建立
运用大型有限元程序桥梁博士对主桥结构进行了分析计
算。计算程序采用桥梁博士3.03专用程序对结构进行离散，结构 由主梁、桥墩、桩基组成。结构计算简图如图1所示。全桥共198 个单元200个节点。 边界条件为：墩底部固结，交界墩按活动铰支座模拟。 内部主从约束：墩与梁采用主从约束模拟为刚臂连接。
大跨度连续梁(刚构)桥的施工控制理论与实践
1 2 3 4
绪论
连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理 标高控制的实施 应变控制的实施
中铁二局股份有限公司
绪论
1、施工控制的重要性
19世纪中期以前，各种桥梁均采用有支架的施工方法。 支架施工就是在桥跨位置架设支架，在支架上拼装钢梁和浇 筑混凝土梁，梁在施工过程处于无应力的状态。 随着科学技术的发展，桥梁跨度不断增大，尤其需要修 建跨越大江、大河和深沟的桥梁。19世纪中期，在美国等国 家修建了为数不多的钢桁梁桥，但是，在建设和使用过程当 中，由于温度变化、墩台沉陷等影响，尤其是多次超静定结 构，在当时设计计算手段落后的情况下，深感设计计算复 杂，由此，在连续钢桁梁中采用了铰，把连续桁架转化成为 静定的悬臂桁梁。从此之后，无支架施工开始得到广泛使 用。
中铁二局股份有限公司
连续梁（刚构）桥施工中标高的控制原理
（3）立模标高 立模标高即施工时模板的放样标高。对于不同的施工工艺， 立模标高的汁算方法是不同的，当然也就对应不同的立模标高。 此处仅讨论悬臂浇筑施工的立模标高。
H 立模 H 设计 H 计算预拱度 H 挂篮变形 H 设计 —箱梁顶面（底面）中轴处设计标高，采用设计值；
中铁二局股份有限公司
绪论
2、桥梁施工控制的目的
对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥来 说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工 阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根 据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行 调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对 偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。 桥梁施工控制的目的就是对桥梁施工过程实施控制，确保在 施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内， 确保成桥状态(包括成桥线形与成桥结构内力)符合设计要求。
中铁二局股份有限公司
标高控制的实施
1、工程概况
宜宾江安长江公路大桥为146.1m＋252m＋146.1m三跨一联连 续刚构，主桥箱梁0号段长15.6m（包括墩两侧各外伸1.8m），每 个主墩T构纵桥向划分为34个对称梁段，边跨主梁现浇段长 18.1m。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为15.6m（0号 段），12×2.8m，12×3.6m，9×4.4m，3.6m（合拢段），累计 悬臂总长118.2m。1号到33号梁段采用挂篮悬臂浇注施工。全桥 共有3个合拢段，边跨及中跨合拢段长度为3.6m（采用型钢桁架 作合拢段劲性骨架）。 按照施工设计要求，结合本桥实际情况，主梁采用三角斜拉 式组拼挂篮悬臂浇注的方式施工。即每浇注一块混凝土箱梁，等 混凝土达到强度后进行钢绞线穿束和预应力张拉，然后前移挂 篮，浇注下一块箱梁，周而复始直至合拢。在大跨度连续刚构桥 挂篮悬臂施工过程中，通过对关键截面受力情况的监测，适时发 出安全预警以便及时采取措施，从而保证结构安全是非常重要 的。