连续刚构桥施工控制方法及工程实例

近些年来，随着我国西部大开发战略的实施，交通建设的重点向西部地区转移，中 西部地区特有的地势、地貌决定了必将修建大量的大跨高墩连续刚构桥梁。公路桥梁方 面，在建的沪蓉高速龙潭河特大桥，墩高 179 米，主跨 200 米，居国内梁式桥高墩之最。 已经建成的洛河特大桥，墩高 143.5 米，主跨 160 米；云南玩江特大桥，墩高 121 米， 主跨 265 米。而一座桥梁成功与否，设计是其中一个方面，另一重要的方面是施工建造。 当前，随着基础设施建设的逐步完善，桥梁建设地点，建设环境越来越偏僻恶劣，这给 施工带来了严重的困难，如何有效的进行施工控制管理，对桥梁的成功建设起着至关重 要的作用。
3 施工控制的内容及方法
3.1 桥梁施工的控制内容
（1）几何( 线形、变形) 控制
不论采用何种施工方法，桥梁结构在施工过程中总要产生变形( 挠曲) ，并且结构 变形将受到多种因素的影响，极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置( 立面标高、平 面位置) 状态偏离预期状态，使桥梁难以顺利合拢，或是成桥线形形状与设计要求不符， 所以必须对桥梁实施线形控制，使桥梁结构在施工过程中的实际位置与预期状态之间的 误差在允许范围之内，成桥线形符合设计要求。
1 连续刚构桥的特点 连续刚构桥一种极有生命力的桥梁结构形式，己成为大跨度预应力混凝土桥梁的首
选桥型，该桥型之所以能够得到广泛的应用，是因为其具有以下特点： （1）在力学方面：主梁与桥墩固结，整体性好，有利于抗震:桥墩高而柔，顺桥向
抗推刚度小，能减小温度、混凝土收缩徐变等附加荷载的次内力影响，抗弯刚度和横桥 向抗扭刚度大，能满足特大跨径桥梁的受力要求。
4 桥梁施工过程模拟分析方法
为达到施工控制目的，必须对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态及变形进行预测 和监控，以确定各阶段桥梁的理论状态。因此，采用合理的理论分析和计算方法来确定 桥梁结构施工过程中的理论状态较为关键，以便控制施工过程中每个阶段的结构行为， 使其最终的成桥线形和内力状态满足设计要求。施工控制中桥梁结构的计算方法主要 有：正装分析法、倒装分析法、无应力状态分析法、解析法、正装一倒拆迭代法。其中 在连续刚构桥中，正装分析法和倒装分析法使用较多，下面将着重介绍一下正装分析法 和倒装分析法及倒装法与正装法的联合应用。
4.1 正装计算法
正装计算法按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析， 它能较 好地模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状 态，这不仅可以用来指导桥梁的设计和施工，而且为桥梁的施工控制提供了依据。同时 在正装计算中能较好地考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素， 如结构的非线性问 题和混凝土的收缩、徐变问题。正因为如此，正装计算法在桥梁的计算分析中占有重要 位置，对于各种形式的大跨度桥梁，要想了解桥梁结构在各个阶段的位移和受力状态， 都必须首先进行正装计算。
止，即各计算方法的联合应用。鉴于倒装法初始内力不易单独确定，现在较多采用倒装 法与正装法联合应用的办法来解决。即先以设计标高按正装法建模，求出成桥内力；然 后据此内力和设计标高为初始状态进行倒装分析，以获得各施工阶段的施工控制参数。 但本文认为它存在如下不足：首先，这种联合应用的在理论上依然存在缺陷——联合应 用方法的初始内力和标高并不处于同一状态。即联合应用中倒装法的初始内力是以设计 标高建模正装计算后成桥竣工时的内力，而由于正装计算中节点坐标的迁移，竣工标高 与设计标高存在差异， 而倒装法的初始标高采用的是设计标高，因此存在倒装法初始 内力对因的标高（正装计算竣工标高）和倒装法采用的初始标高（设计标高）不匹配， 或者说倒装法采用的初始标高对应的内力状态与正装法计算所得的内力状态存在差异。 简言之联合应用法采用的标高和内力不匹配，之所以能够实际应用，是因为其产生的误 差比较小。再者，联合应用计算量要远大于正装法。如果正装法能够获得令人满意的成 桥内力和竣工标高，那就不必要进行倒装计算，直接运用正装法中各施工阶段的分析结 果更为简单。
2.1 施工控制的意义
桥梁悬臂施工节段多、工期较长，其纵段高程受多种因素影响，容易出现较大的悬 臂标高误差，甚至出现两悬臂端标高相对误差太大，造成合拢困难的情况。若为保证线 形而采取措施强迫合拢，必将在结构中产生不利的附加内力，影响结构受力安全，所以， 确保成桥线形与内力状态符合要求显得非常重要。通过理论计算，可以得到各施工阶段 的理想标高和内力值，但实际施工中受各种因素的干扰，混凝土桥梁除了本身材料的非 匀质和材料特性的不稳定外，它还要受温度、湿度、时间等因素的影响,加上采用悬臂施 工这种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，这就必然造成各节段或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 离设计值的现象，甚至出现超过设计允许的内力和位移。对这种情况，若不通过有效的 施工控制及时发现、及时调整，就势必造成成桥状态的线形与内力不符合设计要求或在 施工过程中结构的破坏。因此，桥梁施工控制具有重要意义，是确保桥梁施工宏观质量 的关键。
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（3）稳定控制
桥梁结构的稳定性关系到桥梁结构的安全。可以通过稳定分析计算( 稳定安全系 数) ，施工过程中结构的实际刚度和临时或永久支撑情况，并结合结构应力、变形情况 来综合评定、控制其稳定性。
（4）稳定控制
桥梁施工过程中的安全控制是桥梁施工控制的重要内容，只有保证了施工过程中的 安全，其他控制以及桥梁的建成才成为可能。桥梁施工安全控制是上述几何控制、应力 控制、稳定控制的综合体现，上述各项得到了控制，安全也就相应地得到了控制。在实 际施工中，要根据不同的结构形式确定安全控制的重点。
4.2 倒装计算法
倒装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为分析。倒装 计算的目的就是要获得桥梁结构在各施工阶段理想的安装位置（主要指标高）和理想的 受力状态。大跨度桥梁的设计图只给出了桥梁结构最终成桥状态的设计线形和设计标
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高，但是桥梁结构施工中间各状态的标高并没有明确给出，要想得到桥梁结构施工初始 状态和施工中间各阶段的理想状态，就要从设计图中给出的最终成桥状态开始，逐步地 倒装计算来得到施工各阶段中间的理想状态和初始状态。按照桥梁倒装计算出来的桥梁 结构各阶段中间状态（主要指标高）去指导施工，才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。 当然，在桥梁结构的施工控制中，除了控制结构的标高和线形之外，同样要控制结构的 受力状态，它与线形控制同样重要。正因为倒装计算有这些特点，所以它能适用于各种 桥型的安装计算，尤其适用于以悬臂施工为主的大跨度连续梁桥、刚构桥和斜拉桥。当 然，这是相对于无应力状态法而言的。
4.3 倒装计算法与正装计算法的本质和优缺点
a. 正装法的本质及其优缺点 1）正装法的本质与倒装法相反，正装法是以施工应力作为控制直接依据的。通过 调整控制参数首先保证每个阶段的施工都能安全顺利进行，那么施工的最后一个阶段即 为成桥竣工状态，其应力也自然会满足要求。如果感觉不理想，加以调整也就可以达到 目的了。总的来讲，正装法就是“从第一步开始，走好每一步，最后到达目标”。应该 说，正装法也是概念明确，操作简单可行。 2）正装法与倒装法相比，正装法有如下明显的优点： ①正装法不存在倒装法中混凝土收缩、 徐变难以计算的问题。因为正装法是按 ②正 常正施装工法顺不序存进在行倒计装算法分中析初的始。应 力 的确定问题。 正装法是按施工的最初状态开始计算，即“从零开始” ；这对于设计者非常方便，如 果哪一个施工阶段的应力没通过，比较容易对其进行调整，而倒装法要重新拟订初始应 力。而且倒装法重新拟订的初始应力对其他施工阶段应力还有影响， 这种 “连锁反应” 处理起来十分复杂。正装法回避了这些的问题。 ③ 正装法可以充分考虑施工工艺和利用设计资料。 这对监控者来说非常重要，它 使得设计、施工、监控融为一体。监控方充分利用设计资料和施工工艺计算分析施工控 制参数，使得监控工作更具针对性，现实性、合理性。 3）正装法的缺点，当然，正装法也有不足之处。初始标高的确定就是其中之一， 这一点在倒装法中是不存在的。 b. 倒装法的本质及本其优缺以点 1）本质：成桥的应力和线形作为施工控制的直接依据，即首先保证竣工成桥时桥 梁的应力和线形满足设计要求以便能够使之正常运营。然后由此反向推算各施工阶段的 控制参数，以确保桥梁在该参数控制下施工后在成桥竣工时能够达到倒装初始状态 （即 设计要求）。可以这样认为：倒装法就是由“合理的结果”（即设计的成桥状态）来反推 “合理的过程”（即与设计的成桥状态相对应的各施工阶段的恰当控制参数）。 2）倒装法的优点，根据理想的成桥状态（即理想的恒载状态）反推各施工阶段合 理的控制参数，使得我们的监控计算分析工作概念明确、理由充分、方向性强。从理论 上说：只要我们拟定好成桥状态就可以反推出与之相对应的各施工状态。 3）倒装法的缺点，此处所讨论的倒装法的缺点，是指倒装法单独应用时的缺点， 关于它与正装法的联合应用，将在下文进行探讨。
2.1 施工控制的目的
施工控制是随施工过程中的预测、实测、评估及反馈、再预测的循环控制逐渐实现 的，它是将实用的结构现场测试技术和计算分析技术应用于施工，并结合施工过程形成 结构评估、监测及反馈控制的安全及质量技术控制系统，其目的是通过监控监测及计算 预测、评估使施工过程处于安全、可控状态，成桥后桥梁结构内力及线形满足设计目标 要求; 同时，通过监控计算及详细分析提高施工精度，优化施工顺序，保证施工顺利进 行。因此，施工控制既是桥梁施工质量的保证措施，又是施工过程安全保证措施。
4.4 倒装计算法与正装计算法的本质和优缺点
在大跨度桥梁施工控制中，由于桥梁结构的非线性问题和混凝土的收缩徐变问题， 无论倒装计算法还是无应力状态法，都不会与正装计算的结果完全闭合，因而在施工控 制中，一般将倒装计算法或无应力状态法与正装计算法交替使用，直到计算结果闭合为
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（2）在施工方面：连续刚构桥的上部结构形式有利于悬臂施工,悬臂施工适合于梁 的上翼缘承受拉应力的桥梁形式,因为悬臂施工的受力与桥梁建成后受力较接近一般采 用平衡悬臂浇筑施工。
（3）在经济方面：上、下部结构协同受力，使得墩顶处箱梁截面的负弯矩减小， 可降低箱梁高度，节省投资；施工中无需安装支座，无需体系转换，方便快捷。
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连续刚构桥施工控制方法及工程实例
姓名： ××× 学号：××××××××× 专业：建筑与土木工程 授课老师：×××
摘要：介绍了连续刚构桥的特点，阐述了连续刚构桥施工控制的目的及其重要性，总结 了施工控制的内容和常用方法，并分析比了这些方法的利弊，同时给出了影响施工控制 效果的因素，最后针对工程实例通过 midas Civil 建立模型，对该连续刚构桥施工阶段进 行了简要分析。 关键词：连续刚构 施工控制 常用方法 midas Civil
（2）应力控制
通常可以通过对结构应力的监测来了解实际应状态，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。若应 力控制不力将会给结构造成危害，严重者将会发生结构破坏，所以，它比变形控制更加 重要，也就必须实施严格控制。根据实际情况应力控制的项目一般包括：结构在自重下 的应力；结构在施工荷载下的应力；体外索张力、结构预应力；温度应力等。索张力和 结构预加应力除对张拉实施双控（油表控制和伸长量控制）外，对于后张结构还必须考 虑管道摩阻影响。
（4）在美学方面：大跨刚构桥层次分明，桥面平和舒坦，简洁美观，特别能与地 貌起伏较大的山区环境相协调，因而在我国南方及西部山区的高等级公路(或城市道路) 上得到广泛应用，成为现代桥梁中的一种重要桥型。
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图 1 连续刚构桥实例图片
2 连续刚构桥施Baidu Nhomakorabea控制的目的及重要性
3.2 桥梁施工的控制方法
桥梁施工控制方法一般有前期预控与后期调整控制相结合和预测控制两种，连续刚 构桥梁的结构特点决定了其控制方法应以预测控制为主，辅以后期修正。
连续刚构桥梁施工控制是一个“预报施工监测识别判断修正预报”的循环过程。连 续刚构桥梁的施工控制工作重点应为主梁标高即线形的控制，辅以应力检测以策结构安 全。对标高的控制予以分解后即为主梁各节段施工标高的确定，也就是主梁预拱度的设 置。关于主梁预拱度的设置方法有理论计算和经验两种方法。理论计算法是理论计算与 实际相结合的分析方法，具有推理严谨、概念清晰的特点；经验法是实践中总结积累的 经验数据，数据资料比较可靠，应用于实施项目往往具有重要的参考价值。