摘要：结合新建铁路宝鸡至兰州客运专线社堂渭河特大桥（48+80+48m）连续梁悬臂施工，通过建立施工阶段计算模型，模拟施工过程分析控制因素，介绍施工线形控制方法、施工布点、测量及数据分析方案，全面总结施工线形控制要点，为类似连续梁悬臂施工线形控制提供实施指导。
关键词：悬臂施工 有限元分析 线形控制 施工测量
1.工程概况
社棠渭河特大桥（48+80+48m）连续梁，施工墩号128#墩（DK758+815.38）至131#墩（DK759+993.08）；梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。梁体采用单箱梁室变高度直腹板箱形截面，主墩墩顶5.0m范围内梁高相等，梁高6.65m，跨中及边跨现浇段梁高3.85m，梁底曲线为二次抛物线。箱梁顶宽12.2m，箱梁底宽6.7m，单侧悬臂长2.75m，悬臂端部厚24.8m，悬臂根部厚65cm。箱梁腹板厚度由箱梁梁体主墩墩顶根部90cm变至跨中及边敦支点附件梁段48cm；底板在箱梁梁体主墩墩顶根部厚90cm变至跨中及边跨直线段厚40cm；顶板厚40cm，其中箱梁梁体墩顶根部加厚至80m。顶板设90×30cm的倒角，底板设30×30cm的倒角。箱梁在主墩及边墩墩顶设置横隔墙，主墩墩顶横隔墙厚250cm，该处横隔设置高205cm×宽150cm的过人洞；边墩墩顶横隔墙厚150cm，该处横隔墙设置高185cm×宽150cm的过人洞。箱梁每个梁段各腹板距梁梁顶1.5m处设置Φ10cm的通风孔，在箱梁顶面悬臂处沿桥纵向每隔4.0m左右设置Φ10cm的泄水孔。
桥面宽度：防护墙内侧净宽9米，桥上人行道钢栏杆内侧净宽12.1米，桥梁宽12.2米，桥梁建筑总宽12.4米。
桥梁全长177.5m，计算跨度为48+80+48m，中支点处梁高6.65m，跨中2m直线段及边跨7.75m直线段梁高为3.85米，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。悬臂施工分为10个节段，桥梁总体布置如图1所示。
设计标准：
1）铁路等级：客运专线。
2）双线铁路桥，位于直线及曲线上，线间距4.6m，最小曲线半径R=4500m。
3）设计时速：适用于250km/h铁路。
4）设计活载：列车竖向荷载采用ZK活载。
5）桥面二期恒载：130-150KN/m。
6）主体结构设计使用年限100年。
图1 桥梁总体布置
2.施工监控目的及原理
连续梁悬臂施工中施工工序和施工阶段多，各阶段互相影响，各种影响之间互相存在差异，这就造成各阶段的位移随着混凝土浇筑过程不断变化偏离设计值得现象，甚至会出现超出设计允许的位移，若不通过施工过程的有效监控及时调整，就势必会出现成桥状态线形不符合设计要求。
施工监控的目的是确保结构的安全和稳定，使成桥后的轴线和桥面线形达到设计要求，并且使结构的内力分布与设计理想状态基本吻合。具体表现为：结构应力状态合理、变形控制在允许范围内，并保证有足够的稳定性。其原则是稳定、变形、应力控制总和考虑。根据连续梁施工特点及结构原理，其施工监控主要采用预测监控施工法。预测监控施工法就是综合考虑所以施工影响因素和成桥设计，对结构每一个施工阶段施工前后做预测分析，指导下一个阶段施工，其过程就是一个预告——测量——识别——修正——预告的循环过程。以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。
3.施工控制分析步骤及计算方法
3.1、分析步骤
1）施工控制首先根据施工图纸提供的设计数据进行初步计算，如果施工过程中的施工安排与初始计算不符合，应及时根据施工具体安排重新计算分析。
2）按照施工步骤计算分析；考虑施工过程中梁段自重、预应力、混凝土收缩徐变及温度等各种因素的影响，将上述各种因素的影响分阶段计入施工计算模型及控制过程。
3）下一阶段施工指导数据必须以前一阶段施工结果调整为基础。以前一施工阶段施工结果与理论计算数据对比分析，调整优化下一施工阶段的指导数据，以更好的调整下一施工阶段施工线形控制。
4）根据施工步骤正装计算分析数据，倒装分析指导施工作业。
3.2、计算方法
连续梁悬臂施工开始到合拢需要经历一个及其复杂的施工过程及环境，对桥梁施工过程的预测分析及控制量测是施工控制最基本的内容。为到达与设计要求相符合的施工结果，就需要对施工过程的每一个阶段做施工控制分析，采用合理的施工控制分析方法，对成桥状态有着至关重要的影响。结合具体设计施工情况社棠渭河特大桥（48+80+48m）连续梁采用有限元正装分析法计算理论指导数据，并采用倒装分析法指导实际施工操作。
4.有限元分析
4.1、计算模型建立
运用Midas/Civil有限元软件建立该桥的计算模型。根据结构自重、预应力、施工荷载、温度变化、收缩徐变等作用下计算每一个施工阶段中结构的位移，给出理论立模标高以指导实际施工。
根据设计图纸悬浇梁段的长度和构造形式建立有限元模型，全桥共分68个单元。主梁采用每个节点6个自由度的空间梁单元进行模拟，严格按照图纸上的桥梁结构布置和截面尺寸进行建模。社棠渭河特大桥（48+80+48）m连续梁桥的计算模型如图2所示。
按照实际的施工顺序，模拟结构的形成、荷载的施加（图3为模型预应力钢束图）边界条件的变化及结构体系的转化等对结构的变形影响。
计算结果输出每一个施工阶段中结构的位移及内力。在实际施工
控制中作为理论值和实测值进行对比，发现误差较大的及时调整，使施工过程得以有效控制。
图2计算模型
图3 模型中的预应力钢束
5.主梁各截面预拱度计算
5.1理论计算
主梁悬臂浇筑过程，梁段各截面的预拱度设置，关系到主梁合拢完成后的线形是否符合设计要求。若设置预拱度时考虑的因素比较切合实际，且加以有效控制，则最终成桥梁体线形就与设计相对比较吻合。施工中的关键技术是设计参数的识别，调整并准确确定各阶段的预拱度设置，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。根据预拱度设置计算立模标高计算公式如下：
式中：H_lmi——阶段立模标高；
H_sji——阶段设计标高
——由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和；
——由张拉本阶段及后续施工预应力在阶段引起的挠度；
f_3i——混凝土收缩徐变在阶段引起的挠度；
f_4i——施工临时荷载在阶段引起的挠度；
f_5i——取使用荷载在阶段引起的挠度的50%；
f_gi——挂篮变形值。
其中挂篮变形值是根据挂篮加载实验确定的在施工过程中加以考虑，
、
、f_3i、f_4i、f_5i在正装分析和倒装分析计算中已经加以考虑。根据上述计算式和监控分析，可以计算出各梁段的预拱度。
5.1线形控制数据设置
根据社棠渭河特大桥（48+80+48m）连续梁梁现场挂篮加载实验结果及施工图纸设计计算确定各阶段立模预拱度设置如下表：
表2实际施工立模预
拱度
注：表中正号表示向上设置预抛高。
阶段施工结束后，实测梁面实际标高，与理论计算标高比较；分析实测数据与理论计算数据误差，综合分析得出最佳调整数据，指导阶段现场实际施工。
6、施工线形控制测量
桥梁线形监控是预应力混凝土连续梁施工中一项非常重要的内容。线形控制中预拱度的计算是重点控制要素；预拱度设置合理前提下，现场施工测量布点及正确的测量方法也是梁体线形监控的重要项目之一。
6.1、梁段测量测点布置
梁段施工时布点采取梁面布置法，直接将点布置在梁面上如图4所示。
图4梁面线形观测点布置（横断面）
6.2、线形控制观测频次
梁段每个施工阶段对梁体线形控制测量的频次均有要求，保证各阶段施工测量的准确性才能确保梁体施工完成后的线形顺直，完美。
梁体施工测量阶段及频次如下表3所示：
表3 梁体施工测量阶段及频次
6.3、线形监控数据优化
根据前一阶段施工测量实际数据及理论计算数据综合分析，调整下一阶段梁体施工标高控制，以确保梁体线形与设计相符，随着梁段施工数量增多，数据不断积累优化，为下一阶段梁体施工线形控制提供准确调整依据。
7、结束语
本文通过线形控制理论论述及实际施工宝鸡至兰州客运专线社棠渭河特大桥（48+80+48m）连续梁悬臂施工线形控制的研究分析，由此得出几何线形控制的关键是施工阶段线形的计算及每个梁段预拱度设置，总结以往施工线形控制的方法，通过对于这种桥梁施工工艺线形的控制，来验证了线形控制的可行性，对工程中类似的桥梁施工中几何线形控制具有现实的指导意义，同时也为类似桥梁施工提供宝贵参考经验。
参考文献：
1、徐德才 高速铁路悬臂连续梁线形控制因素分析
2、范立础预应力混凝土连续梁桥 人民交通出版社
3、向中富桥梁施工控制技术人民交通出版社
4、顾安邦、张永水 桥梁施工监测与控制 机械工业出版社
论文作者:车明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/19
标签：线形论文; 阶段论文; 悬臂论文; 渭河论文; 桥梁论文; 数据论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第18期论文;