铁路大跨连续箱梁施工挠度影响因素及控制方法浅析

铁路大跨连续箱梁施工挠度影响因素及控制方法浅析
杨朝阳鲁兵舰
（西安铁路局，陕西西安 710054）
摘要：本文总结了影响挠度的几个重要因素，对其影响程度进行了定性分析，并简要总结了挠度控制的计算公式及施工中采取的措施。

关键词：大跨度连续箱梁；挠度；影响因素；控制
铁路大跨度连续箱通常采用逐段对称悬臂浇筑施工。

一般来说，连续梁桥的径跨越大，梁体悬臂施工过程中挠度控制的重要性就越突出。

如果在悬浇施工中梁体挠度控制不严，不仅会影响梁体外观质量、合拢难以进行，而且还会影响穿束工作，增加钢束张拉阻力，甚至增大梁体扭矩。

挠度控制是逐段悬浇过程中准确地定位各段梁体标高位置，并将其与理论预拱度值进行对比分析，从而调整下段梁体立模标高，以确保各段高程误差满足设计和规范要求。

因此，为保证结构体系转换时的合拢精度和成桥后的线形，就必须了解影响挠度的几个重要因素，并对挠度进行精确计算和严格控制。

1 工程概况
包西铁路通道省界（陕西）至张桥段位于陕西省境内，自北向南纵贯榆林、延安、渭南三市，线路全长624.589正线公里，参与该线施工的共有7个单位，各单位管段内均有大跨度连续箱梁结构，在施工方法上虽然不尽相同，但对其施工过程中挠度控制的原则却是基本一致的。

本文依据作者曾经的经验及有关参考文献总结了影响挠度的几个重要因素，对其影响程度进行了定性分析，并简要总结了挠度控制的计算公式以及在施工中采取的措施，以供同行参考。

2 影响挠度的主要因素分析
大跨度箱梁悬臂施工过程中，影响节段端部挠度的主要因素有以下几点：2.1 混凝土弹性模量
E
h
混凝土弹性模量的取值大小对于结构的计算分析有非常重要的作用，规范规定在短期荷载作用下，对于全预应力混凝土构件，受弯构件的刚度为0.85
E I，
h
而施工现场混凝土弹性模量试验要做到试块的受力与真实构件受力相一致非常
困难，因而导致测得的弹性模量数值偏大，所以计算时一般按规范取值。

2.2 挂篮变形
挂篮体系的变形对于连续箱梁桥悬臂浇筑施工结构挠度的控制起着重要的作用。

挂篮体系的变形一般可以参考其预压试验的资料，而具体的预测应根据已建梁体施工时挂篮变形加以分析，从而可以推测待建梁体挂篮的预抛高，挂篮变形预测的误差将直接导致节段标高的绝对误差和相对误差。

各阶段预测值应以建立的标准水准点为准进行测量；对称灌注的两端所采用的水准点应预先进行校核。

2.3 预应力
由于悬臂浇筑的施工方法决定了设计所用的预应力束的重心与悬臂梁的截面重心比较接近，使得预应力管道的定位正确与否对于预应力张拉引起悬臂梁挠度非常敏感，所以管道定位应力求正确。

施工中采用两端同时张拉；由于操作的误差，实测预应力钢束伸长量通常与设计理论值有一定的出入，因此首先保证两端张拉所用机械的校验精确度，其次要确保两端张拉力同步变化。

在张拉过程中，管道摩阻系数直接影响预应力损失，对节段端部挠度也会造成一定影响，但影响不大，因此穿束前应按照规范进行编束等。

2.4 结构尺寸
实际混凝土浇筑尺寸与设计一般都有偏差，从而导致结构截面的几何特征、恒载与理论计算值存在偏差。

因而在节段施工完成后进行截面尺寸校核与精确计算，以便修正截面几何特征。

2.5 混凝土节段的超重
结构节段实际的混凝土用量可能因混凝土浇筑引起的模板变形而与理论设计用量产生一定的偏差，而这种偏差将导致结构节段混凝土超重、恒载与理论计算值存在偏差，这种偏差可以根据结构节段施工的实测反馈数据加以估计，同时也可根据截面的含筋量、混凝土用量来估计结构的超重。

2.6 收缩徐变
混凝土收缩徐变影响因素很多，有时间、临时荷载和永久荷载等，可以根据节段混凝土浇筑后养生期控制点标高实测变化值获得其实际影响。

2.7 温度影响
箱梁不同部位的温度差异也是影响挠度观测的一个重要因素，当白天阳光照射在箱梁顶面时，顶板温度就会明显高于底板，由于热胀冷缩的原因，顶板混凝土将会伸长，箱梁挠度值增大；当夜晚梁体整体温度一致时，箱梁的挠度值又回复到正常状态。

所以，箱梁高程的测量或立模及浇筑必须在早上日出之前进行，以尽量消除热胀冷缩所引起的挠度误差。

2.8 主墩两侧不等重
大跨度箱梁悬浇施工时，桥墩两侧箱梁悬臂段不可能达到完全平衡，两端的不平衡力矩会使桥墩处于压弯组合作用状态下，致使墩顶发生倾斜，从而使悬臂箱梁端部产生过大的相对高程差，为后段梁或合拢施工时的挠度调整带来不便。

因此，施工中桥墩两侧箱梁悬臂段施工进度应力求对称、平衡。

3 施工过程中挠度控制方法简析
3.1 对挠度控制的计算
一般情况下，在连续梁悬臂施工中，挠度控制以成型悬臂节段的施工高程控制为主，通过对施工高程变化的预估、测量和施工中的控制达到成桥梁体设计标高，基于这种思路可以得到梁体施工控制高程的计算公式：
c e b a m H H h h h h =--+± (1)
式中：
H ———施工节段合拢侧的设计标高；
e h
———包括施工节段在内的悬臂成桥梁体的弹性挠度； b h ———挂篮本身的变形沉降(一般取2～4 mm )；
a h
———预留上拱度； m h ———考虑其他不可见因素的综合修正值。

由于连续梁的截面多为变截面梁体，且每节段内普通钢筋与预应力钢绞线的布置均不相同，因此，公式(1)中的弹性挠度e h 的确定较为困难，这里不妨假
定连续梁每节段具有相同的弹性模量，挠度计算时取截面惯性矩的平均值，这样，第i 施工节段由挂篮重量及梁体自重引起的弹性挠度ie h 可以表示为：
3111()32n n b i ie i ei i i p l h l h EI -===
++∑∑ i =1、2、… 、n (2) 式中：
b p ———挂篮及其附属施工设备的重量，作用于施工节段的中间位
置；
I ———成型梁体的平均截面惯性矩；
i l
———第i 施工节段的长度； ei h ———第i 施工节段因自重产生的挠度。

根据材料力学可知： 48i ei i ql h EI = (3)
式中：
i I ———第i 施工节段的平均截面惯性矩。

预留上拱度h a 的值一般情况下按0e b m a h h h h +±-=的条件确定，根据施工经
验h a 的实际取值应比理论计算值偏大3～5 mm ，遵循成桥后的下挠度不大于设计值的原则。

综合修正值m h 是考虑计算模型简化、施工中温度，混凝土特性以及
施工荷载等因素的不确定性变化对挠度影响的取值，根据以往的施工经验，一般考虑2～3 mm 较为适宜。

3.2 对挠度控制的措施
3.2.1 挂篮非弹性变形对挠度控制有很大影响。

从结构安全和施工监控的角度考虑，挂篮使用前必须进行加载试验，在挂篮上作用相当于混凝土重量的荷载，以检验挂篮的受力性能和变形性能，同时也消除了一部分的挂篮非弹性变形。

前支点主要受力在横向，所以前支点的横向受力更为重要，应该在施工中经常观察，测量其变形。

3.2.2 挂篮定位是控制主梁标高最重要也是最直接的手段，一般桥梁施工为24 h 工作制，在挂篮定位时其它工作仍在进行，所以挂篮定位必须根据实际考虑温度和临时荷载的影响。

3.2.3 由于桥面荷载随机性较大，在施工过程中，要加强施工管理，除了必需的施工设备外，对于无用的设备要及时进行清理，尽可能保持桥面荷载的平衡性。

对于不能清理的荷载要通过实地观察，估计桥面荷载的重量以及位置，在计算挠度时考虑。

如能随时记录动荷载堆放的时间和重量，是能够在计算中消除此类误差的。

在计算中考虑临时荷载的影响，特别是在挂篮定位时要将不平衡的临时荷载消除是非常必要的。

3.2.4 悬浇阶段的预施应力是连续梁桥承受负弯矩的主要保障，如果预应力不足，会引起主梁混凝土开裂，严重的会引起构件的破坏。

消除预应力误差的方法有两种：a.加强张拉力的控制，严格标定千斤顶和油表，消除张拉误差；
b.疏通管道，减少管道摩阻力。

3.2.5 在施工过程中，通过改进施工方法来减少误差是很有必要的。

对连续施工的悬臂桥梁来说，由于两悬臂端对称荷载对结构的影响比单侧荷载要小得多，所以施工中出现不平衡荷载时，可以考虑在轻的一侧增加重量，在混凝土浇筑中尽量保证两悬臂端混凝土方量相同；现场施工人员应该严格按照桥面放样标高进行收面，杜绝混凝土超方量现象出现，保持两悬臂端的平衡。

3.2.6 温度影响桥梁挠度有两种情况：a. 气温变化；b. 桥梁箱梁内外侧温差。

温度变化虽然随时存在，但其对施工控制的危害主要表现在挂篮定位时，所以选择早晨进行挂篮定位比较合适。

如果挂篮安排在任意时间进行定位，必须将温度引起的挠度的变化规律进行考虑，但这需要进行基础观测，了解温度变化时挠度的变化情况，以便对挂篮定位标高进行修正。

3.2.7 桥梁的挠度施工控制是一个施工→测量→判断→修正→施工的循环过程。

因而应该加强各施工工况的观测，以便了解箱梁标高的变化情况，并及时对施工进行调整。

4 结语
连续箱梁的悬浇施工在现代同类型桥梁施工中是一个比较成熟的工艺，但如何更加准确地控制箱梁的施工挠度及合拢段间的高差，仍是施工人员应特别注重的环节。

要做好连续箱梁的挠度控制，就必须对上述分析的几个影响挠度的重要因素进一步的理解，同时对实际存在但未能获得其影响规律的因素应进一步的研究，如不定时的振动对未张拉前节段梁的挠度引起的徐变等。

并结合施工实际
情况进行有效计算，施工过程中应及时对照实际观测的有关数值进行综合分析，有效反馈回下一步的挠度控制中，以达到实际挠度值与理论挠度值之间的差值最小为目的，以满足设计的要求范围，最终达到最佳控制。

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