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摘要：在预应力混凝土桥梁施工过程中，线形控制和监控是一项关键技术。加强应力混凝土桥梁施工技术和线形控制对于保证桥梁质量和桥梁受力状态有非常重要的作用。
关键词：预应力混凝土；桥梁施工；线形控制
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
在连续桥梁跨度施工过程中，由于跨度的增加，使得桥梁的受力也在增加，这都直接影响到连续梁成桥之后的线形和受力情况。因此，加强线形控制非常重要。
二、预应力混凝土桥梁及其线形控制
32m预应力混凝土(PC)简支梁在桥梁中早已大量使用，在其施工过程中并无明显的线形控制问题，原因是梁基本为厂制，存放时间较长，架设时徐变收缩已大部完成，加之其跨度不大，张拉引起的拱度也不大。近年来，桥梁采用大跨度PC连续梁、刚构梁日趋增多，而其中相当一部分是用悬灌或分段拼装施工的，这样，随着梁跨的增大，梁的线形控制就成了人们关注的问题。
桥梁在悬臂灌筑过程中，会因其自重作用而使其悬臂端向下位移，当张拉预应力束时，又将梁体向上位移，上下位移统称挠度。当灌筑合拢段进行张拉时，梁结构变成超静定体系，沿梁体纵向有的点向上、有的点向下位移。另外，随着梁段的增多，作用于墩顶上的荷载相应增大，数千吨的梁重将使桥墩下沉。
实际上除混凝土自重和预施应力外，梁和墩还同时承受着挂篮自重、混凝土徐变、收缩及温度变化等多种内外因素的作用。在悬臂较短时，单独一种因素只作用一次，所产生的挠度甚小，一般仅数毫米，可忽略不计。然而当悬臂较长，施工全过程中上述各因素综合持续作用，将使最终梁顶的高程与灌筑前的模板高程明显不同，有的点相差5-10cm，墩越高，梁跨越大，进度越快，相差也越多。因此，如果严格按设计标高立模板，到中间合拢段时其两端梁段将产生较大的高程差，边跨悬臂梁端的底板就可能明显低于墩顶面，使成桥后的梁体高程明显偏离设计高程。
三、大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂浇注施工线性控制
1、线形监控的意义
对于分节段悬臂浇筑施工的大跨度预应力混凝土连续梁桥来说, 施工控制主要包括线形控制、应力控制、稳定控制。目前, 大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制主要以线形控制为主，施工控制主要内容之一是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段模拟计算, 确定出每个悬浇节段的挠度进而确定立模标高, 并在施工过程中根据施工监测的结果对所产生的误差进行分析、预测和调整, 以此来保证成桥后桥面线形以及合龙段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值, 同时, 保证结构内力状态符合设计要求。通过施工过程的数据采集和严格控制,确保结构的安全和稳定, 保证结构的受力合理和线形平顺,避免施工差错, 尽可能减少工作量, 为大桥安全顺利建成提供技术保障。
2、 悬臂浇注施工立模标高的确定
线性监控最直接、最有效的方法是根据实测值对理论计算值进行修正后确定各箱梁节段的立模标高。各种误差引起主梁标高的变化, 都可以通过调整立模标高予以修正,从而使主梁合龙后的成桥线形尽可能与设计线形吻合。箱梁立模标高的理论计算公式为:
H=H-b+f+f+f
H是第n个施工阶段第i个节点实际标高，H是理论高度，b是桥面铺装厚度，f是通过软件测算出来的i节的拱度，
通过上述对预应力混凝土连续梁的线形监测, 及时掌握施工各阶段预应力混凝土连续梁的线形变化历程, 但要将预应力混凝土连续梁的线形控制在设计允许误差范围内, 就必须在施工各阶段进行实时修正与预测。
3、悬臂浇注施工中预拱度的计算
本桥主桥的总体静力计算采用空间杆系有限元软件MIDAS进行计算, 计算过程模拟了连续梁桥分节段悬臂浇注的整个施工过程, 其中包括预应力的张拉、挂篮前移、浇注梁段混凝土湿重的施加、悬臂阶段临时固结、梁段合龙以及支座变换等过程, 同时考虑了混凝土收缩徐变的影响。
依据桥梁施工的具体过程, M idas模型的分析过程共划分为: 悬臂浇筑阶段、施工合龙段和施加二期恒( 活) 载。其中:
( 1) 悬臂施工阶段共划分为27个施工步骤(即每个施工节段为一个施工步骤), 每个施工阶段按8天考虑;
(2) 合龙段施工共分三个阶段: 由于6# 墩施工进度较5#墩快15 d左右, 在结构分析时, 6#墩边跨合龙段先合龙。其次是5# 墩边跨合龙。最后中跨合龙。
(3) 二期恒载及活载: 考虑了13 cm 厚的桥面铺装、两侧防撞栏杆、10年的结构收缩徐变及汽车荷载。经过分析计算, 得到长松大桥的预拱度曲线如图1所示
图1 梁段预拱度曲线
预应力混凝土连续梁桥悬臂施工中预拱度计算与计算模型的选取息息相关, 而且与许多影响挠度的因素有关,如梁体自重、预应力张拉、混凝土收缩徐变、施工临时荷载(包括悬浇的挂篮、模板机具设备、人群荷载)等。这些主要影响因素中, 还有许多模糊不定及随机变化的因素, 如混凝土材料的弹塑性、各节段施工工期的不定性造成混凝土加载龄期的变化、预应力损失的随机性、日照温度产生的温度应力等, 故要精确计算挠度非常困难。但是MIDAS软件在这方面的分析计算已经比较成熟、完善, 所以得到的数据还是比较可靠的.
4、预抛高的确定
现在我国已经修建了很多跨径很大的预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥, 但很多都有一个致命缺点,即成桥运营后中跨下挠度很大, 且逐年增加。如虎门大桥辅助道桥为一座三跨预应力混凝土连续刚构桥, 跨径布置为150 m + 270 m + 150 m, 于1997年建成通车, 是当时世界上跨径最大的预应力混凝土连续刚构桥。连续7年观测表明, 承台竖直变位和墩顶角位移很小, 但主跨跨中挠度却因混凝土收缩徐变等因素而逐年增长, 而且尚未停止。2003年11月该桥测量数据表明, 与成桥时相比, 左幅桥跨中累计下挠达2212 cm, 右幅累计下挠达2017 cm。这既影响桥梁美观, 又使车辆运行舒适性下降。鉴于对跨中下挠问题的担忧, 我们通过增设预抛高来克服这种后期隐患。具体施加方法为: 在中跨施加峰值为10 cm 的二次抛物线( 跨中10 cm, 墩支点处为0 cm, 其他各点通过插值得到), 在边跨按比例施加峰值为515 cm 的半个抛物线(边跨墩支点为51 5 cm, 中跨墩支点为0 cm, 其他各点通过插值得到)。
四、实际工程案例分析
1、线形监控的目的
预应力连续梁桥分节段施工，其成桥的线形和内力受各方面影响，如挂篮、温度荷载、混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变以及人员、机具荷载等，如何确定梁体立模标高，保证成桥后线形和受力狀态满足设计要求为线形监控关键内容。施工监控就是根据现场实际测量的参数进行建模计算，模拟桥梁施工过程，计算出每个节段的立模标高，再根据现场测量数据对误差进行分析，预测和调整后一节段的立模标高，确保桥梁能顺利合龙、施工过程中结构的可靠度和安全性，保证成桥后线形美观及受力状态符合设计要求。
2、梁体线形预测与监控
悬臂浇筑连续梁施工要经历一个漫长而复杂的过程，结构体系随施工阶段不同而不断变化。施工过程中，因设计参数误差( 如材料特性、几何尺寸、徐变系数) 、施工误差( 如制造误差、安装误差等) 、测量误差与结构分析模型存在一定的偏差，故梁体线形预测与监控是一个不断识别与修正的循环过程，根据施工组织设计、设计图纸、已知参数和经验参数，采用软件对梁体施工状态进行模拟，计算出不同施工状态下的挠度变化并指导施工。悬臂施工过程中，通过监测梁体结构在各个施工阶段的实际变形情况，及时掌握结构实际挠度变化。通过监测数据及误差分析对原施工计算参数进行修正，经过再计算调整确定下一节段梁体的立模高程。如此反复循环，直至大桥严格按照设计标准建成。梁体线形预测与监控流程如图 2 所示。
图 2梁体线形预测与监控流程
3、哪些桥梁的施工要进行线形控制
由上述的概念及规定可知，除用架桥机架设的整孔预制的混凝土简支梁外，凡是梁段的模板或梁体本身在施工时初始高程与最终高程不同的，均需进行线形控制。本文是就悬灌施工的预应力混凝土连续梁进行论述的，实际上斜拉桥、悬拼及顶推施工的大跨度桥梁和拱桥也都有线形控制工作，如:《铁路桥涵施工规范》第8.1.2条就是针对混凝土拱桥的预拱度作出的规定;对斜拉桥线形控制重要性要比非斜拉桥更突出;用造桥机拼装桥梁，同样要计算预拱度，以确定在施工中摆放梁段的高程。
明确线形控制的质量标准是做好这项工作的前提，而这一点并不像对混凝土和张拉质量那样明确。下面结合规范和施工实际加以比较系统的说明，并指出应当采取的主要措施。在悬灌过程中，梁的线形是呈动态变化的，梁段的高程将因后灌梁段各工序的影响而改变，竣工后的长期徐变、收缩、温变及活载等，将继续使该梁段的高程产生变化，我们称竣工后某一时刻的线形为最终线形。
五、结束语
通过上述分析，我们对预应力混凝土桥梁的施工技术和线形控制检测技术有了一定的了解。随着科技水平的不断深化，这项技术也必将得到深化发展和更加广泛的应用。
参考文献
[1]李志浩.梁桥施工控制中的应力控制分析[J]，安徽建筑，2011
[2]周文忠，雷俊抑，大跨度混合梁料拉桥参数敏感性分析[J]北京交通大学学报，2012
[3]张倩楠，预应力混凝土桥梁线形控制分析[J]桥梁施工管理，2012
关键词：预应力混凝土；桥梁施工；线形控制
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
在连续桥梁跨度施工过程中，由于跨度的增加，使得桥梁的受力也在增加，这都直接影响到连续梁成桥之后的线形和受力情况。因此，加强线形控制非常重要。
二、预应力混凝土桥梁及其线形控制
32m预应力混凝土(PC)简支梁在桥梁中早已大量使用，在其施工过程中并无明显的线形控制问题，原因是梁基本为厂制，存放时间较长，架设时徐变收缩已大部完成，加之其跨度不大，张拉引起的拱度也不大。近年来，桥梁采用大跨度PC连续梁、刚构梁日趋增多，而其中相当一部分是用悬灌或分段拼装施工的，这样，随着梁跨的增大，梁的线形控制就成了人们关注的问题。
桥梁在悬臂灌筑过程中，会因其自重作用而使其悬臂端向下位移，当张拉预应力束时，又将梁体向上位移，上下位移统称挠度。当灌筑合拢段进行张拉时，梁结构变成超静定体系，沿梁体纵向有的点向上、有的点向下位移。另外，随着梁段的增多，作用于墩顶上的荷载相应增大，数千吨的梁重将使桥墩下沉。
实际上除混凝土自重和预施应力外，梁和墩还同时承受着挂篮自重、混凝土徐变、收缩及温度变化等多种内外因素的作用。在悬臂较短时，单独一种因素只作用一次，所产生的挠度甚小，一般仅数毫米，可忽略不计。然而当悬臂较长，施工全过程中上述各因素综合持续作用，将使最终梁顶的高程与灌筑前的模板高程明显不同，有的点相差5-10cm，墩越高，梁跨越大，进度越快，相差也越多。因此，如果严格按设计标高立模板，到中间合拢段时其两端梁段将产生较大的高程差，边跨悬臂梁端的底板就可能明显低于墩顶面，使成桥后的梁体高程明显偏离设计高程。
三、大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂浇注施工线性控制
1、线形监控的意义
对于分节段悬臂浇筑施工的大跨度预应力混凝土连续梁桥来说, 施工控制主要包括线形控制、应力控制、稳定控制。目前, 大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制主要以线形控制为主，施工控制主要内容之一是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段模拟计算, 确定出每个悬浇节段的挠度进而确定立模标高, 并在施工过程中根据施工监测的结果对所产生的误差进行分析、预测和调整, 以此来保证成桥后桥面线形以及合龙段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值, 同时, 保证结构内力状态符合设计要求。通过施工过程的数据采集和严格控制,确保结构的安全和稳定, 保证结构的受力合理和线形平顺,避免施工差错, 尽可能减少工作量, 为大桥安全顺利建成提供技术保障。
2、 悬臂浇注施工立模标高的确定
线性监控最直接、最有效的方法是根据实测值对理论计算值进行修正后确定各箱梁节段的立模标高。各种误差引起主梁标高的变化, 都可以通过调整立模标高予以修正,从而使主梁合龙后的成桥线形尽可能与设计线形吻合。箱梁立模标高的理论计算公式为:
H=H-b+f+f+f
H是第n个施工阶段第i个节点实际标高，H是理论高度，b是桥面铺装厚度，f是通过软件测算出来的i节的拱度，
通过上述对预应力混凝土连续梁的线形监测, 及时掌握施工各阶段预应力混凝土连续梁的线形变化历程, 但要将预应力混凝土连续梁的线形控制在设计允许误差范围内, 就必须在施工各阶段进行实时修正与预测。
3、悬臂浇注施工中预拱度的计算
本桥主桥的总体静力计算采用空间杆系有限元软件MIDAS进行计算, 计算过程模拟了连续梁桥分节段悬臂浇注的整个施工过程, 其中包括预应力的张拉、挂篮前移、浇注梁段混凝土湿重的施加、悬臂阶段临时固结、梁段合龙以及支座变换等过程, 同时考虑了混凝土收缩徐变的影响。
依据桥梁施工的具体过程, M idas模型的分析过程共划分为: 悬臂浇筑阶段、施工合龙段和施加二期恒( 活) 载。其中:
( 1) 悬臂施工阶段共划分为27个施工步骤(即每个施工节段为一个施工步骤), 每个施工阶段按8天考虑;
(2) 合龙段施工共分三个阶段: 由于6# 墩施工进度较5#墩快15 d左右, 在结构分析时, 6#墩边跨合龙段先合龙。其次是5# 墩边跨合龙。最后中跨合龙。
(3) 二期恒载及活载: 考虑了13 cm 厚的桥面铺装、两侧防撞栏杆、10年的结构收缩徐变及汽车荷载。经过分析计算, 得到长松大桥的预拱度曲线如图1所示
图1 梁段预拱度曲线
预应力混凝土连续梁桥悬臂施工中预拱度计算与计算模型的选取息息相关, 而且与许多影响挠度的因素有关,如梁体自重、预应力张拉、混凝土收缩徐变、施工临时荷载(包括悬浇的挂篮、模板机具设备、人群荷载)等。这些主要影响因素中, 还有许多模糊不定及随机变化的因素, 如混凝土材料的弹塑性、各节段施工工期的不定性造成混凝土加载龄期的变化、预应力损失的随机性、日照温度产生的温度应力等, 故要精确计算挠度非常困难。但是MIDAS软件在这方面的分析计算已经比较成熟、完善, 所以得到的数据还是比较可靠的.
4、预抛高的确定
现在我国已经修建了很多跨径很大的预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥, 但很多都有一个致命缺点,即成桥运营后中跨下挠度很大, 且逐年增加。如虎门大桥辅助道桥为一座三跨预应力混凝土连续刚构桥, 跨径布置为150 m + 270 m + 150 m, 于1997年建成通车, 是当时世界上跨径最大的预应力混凝土连续刚构桥。连续7年观测表明, 承台竖直变位和墩顶角位移很小, 但主跨跨中挠度却因混凝土收缩徐变等因素而逐年增长, 而且尚未停止。2003年11月该桥测量数据表明, 与成桥时相比, 左幅桥跨中累计下挠达2212 cm, 右幅累计下挠达2017 cm。这既影响桥梁美观, 又使车辆运行舒适性下降。鉴于对跨中下挠问题的担忧, 我们通过增设预抛高来克服这种后期隐患。具体施加方法为: 在中跨施加峰值为10 cm 的二次抛物线( 跨中10 cm, 墩支点处为0 cm, 其他各点通过插值得到), 在边跨按比例施加峰值为515 cm 的半个抛物线(边跨墩支点为51 5 cm, 中跨墩支点为0 cm, 其他各点通过插值得到)。
四、实际工程案例分析
1、线形监控的目的
预应力连续梁桥分节段施工，其成桥的线形和内力受各方面影响，如挂篮、温度荷载、混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变以及人员、机具荷载等，如何确定梁体立模标高，保证成桥后线形和受力狀态满足设计要求为线形监控关键内容。施工监控就是根据现场实际测量的参数进行建模计算，模拟桥梁施工过程，计算出每个节段的立模标高，再根据现场测量数据对误差进行分析，预测和调整后一节段的立模标高，确保桥梁能顺利合龙、施工过程中结构的可靠度和安全性，保证成桥后线形美观及受力状态符合设计要求。
2、梁体线形预测与监控
悬臂浇筑连续梁施工要经历一个漫长而复杂的过程，结构体系随施工阶段不同而不断变化。施工过程中，因设计参数误差( 如材料特性、几何尺寸、徐变系数) 、施工误差( 如制造误差、安装误差等) 、测量误差与结构分析模型存在一定的偏差，故梁体线形预测与监控是一个不断识别与修正的循环过程，根据施工组织设计、设计图纸、已知参数和经验参数，采用软件对梁体施工状态进行模拟，计算出不同施工状态下的挠度变化并指导施工。悬臂施工过程中，通过监测梁体结构在各个施工阶段的实际变形情况，及时掌握结构实际挠度变化。通过监测数据及误差分析对原施工计算参数进行修正，经过再计算调整确定下一节段梁体的立模高程。如此反复循环，直至大桥严格按照设计标准建成。梁体线形预测与监控流程如图 2 所示。
图 2梁体线形预测与监控流程
3、哪些桥梁的施工要进行线形控制
由上述的概念及规定可知，除用架桥机架设的整孔预制的混凝土简支梁外，凡是梁段的模板或梁体本身在施工时初始高程与最终高程不同的，均需进行线形控制。本文是就悬灌施工的预应力混凝土连续梁进行论述的，实际上斜拉桥、悬拼及顶推施工的大跨度桥梁和拱桥也都有线形控制工作，如:《铁路桥涵施工规范》第8.1.2条就是针对混凝土拱桥的预拱度作出的规定;对斜拉桥线形控制重要性要比非斜拉桥更突出;用造桥机拼装桥梁，同样要计算预拱度，以确定在施工中摆放梁段的高程。
明确线形控制的质量标准是做好这项工作的前提，而这一点并不像对混凝土和张拉质量那样明确。下面结合规范和施工实际加以比较系统的说明，并指出应当采取的主要措施。在悬灌过程中，梁的线形是呈动态变化的，梁段的高程将因后灌梁段各工序的影响而改变，竣工后的长期徐变、收缩、温变及活载等，将继续使该梁段的高程产生变化，我们称竣工后某一时刻的线形为最终线形。
五、结束语
通过上述分析，我们对预应力混凝土桥梁的施工技术和线形控制检测技术有了一定的了解。随着科技水平的不断深化，这项技术也必将得到深化发展和更加广泛的应用。
参考文献
[1]李志浩.梁桥施工控制中的应力控制分析[J]，安徽建筑，2011
[2]周文忠，雷俊抑，大跨度混合梁料拉桥参数敏感性分析[J]北京交通大学学报，2012
[3]张倩楠，预应力混凝土桥梁线形控制分析[J]桥梁施工管理，2012