摘 要：预应力混凝土结构由于其具有能充分利用材料的高强度性能，有效防止混凝土裂缝， 减轻结构自重， 增大桥梁跨径， 刚度大行车舒适等优点。 桥梁施工控制是桥梁建设的安全保证 。为了保证安全可靠的建好每座桥梁， 施工控制将变得非常重要。
关键词：大跨度，预应力混凝土，桥梁施工
预应力混凝土结构由于其具有能充分利用材料的高强度性能，有效防止混凝土裂缝， 减轻结构自重， 增大桥梁跨径， 刚度大行车舒适等优点。 桥梁施工控制是桥梁建设的安全保证 。为了保证安全可靠的建好每座桥梁， 施工控制将变得非常重要。
一、桥梁结构的理论计算分析
桥梁结构的理论计算通常用有限元素法进行分析, 主要是对各节段施工工况下的相应截面的应力 、位移进行分析, 作为监测和施工控制的依据。 目前桥梁施工控制的结构计算方法主要包括: 正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。正装计算法能较好地模拟桥梁结构的实际施工历程, 得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态, 同时, 能较好地考虑结构的非线性问题和混凝土收缩、 徐变等问题 。对于大跨度预应力混凝土桥梁,首先必须进行正装计算。
施工预拱度应按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程(倒装计算法) 来进行结构行为计算和予以确定。 只有按照倒装计算出的桥梁结构各阶段中间状态去指导施工, 才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。
在进行有限元分析时, 根据其结构特点建模 。一般地说, 大跨度预应力混凝土梁桥可按空间(平面)梁单元进行分析。 在选用计算分析软件时, 应考虑工程应用的方便, 选用国内外有相当声誉的正版结构有限元分析软件包(如桥梁博士、AN、 SYS 、CO S2、 MO S 、SU PSA P、 GQJS等) 进行计算与分析, 这些软件有很好的前后处理功能。 结构载荷应包括: 混凝土自重、 挂篮自重及钢筋、 人员和设备的重量, 挂篮移动各施工阶段的施工荷载, 同时考虑二期恒载的重力; 预应力索张拉力;温度荷载、 风荷载及与结构的形成过程中有关的荷载, 如混凝土的收缩徐变等。 这些荷载能引起结构的附加变形和应力。 一般而言, 以正装计算结果作为应力监测的依据, 以倒装计算结果作为预拱度控制的依据。
二、 主梁线形测量
1、主梁挠度、 轴线和主梁顶面高程的测量
在每一节段悬臂端梁顶设立 2 4 个标高观测点和一个轴线点。 测点用短钢筋或钢板预埋,并用红色油漆标明编号。 标高用水准仪进行测量,根据各节段施工次序,每一节段按三种工况对主梁挠度进行平行独立测量,相互校核。 轴线使用全站仪和钢尺等进行测量,采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。 视准时,将轴线后视点引至过渡墩,用远点控制近距离点 。在主梁顶面混凝土高程测量过程中,同一截面测 2 4 点,根据其横坡取其平均值,这样可得到主梁顶面的高程值。 同时,在不同工况下,由观察得到的主梁挠度(反拱)变化值,与给定立模标高(含预拱度)立模的高程值,也可得到主梁顶面的高程值,两者比较后,可检验施工质量。
2、主梁立模标高的测量
用精密水准仪测量立模标高, 立模标高的测量应避开温差较大的时段 施工单位立模到位,测量完毕后,监理单位对施工各节段的立模标高进行复测,监控单位不定期进行抽测。
3、同跨两边对称截面相对高差的直接测量和多跨线形的通测
当两边施工节段相同时, 对称截面的相对高差可直接进行测量和分析比较 。当施工节段不同时, 对称节段的相对高差不满足可比性,此时,可选择较慢的一边最末端截面和较快的一边已施工的对应截面作为相对高差的测量对象。 在测量过程中,同一对称截面可测多点,根据其横坡取其平均值,可得到对称截面的对应点的相对高差除保证各跨线形在控制范围内外, 主梁全程线形应定期或不定期进行通测,确保全桥线形的协调性。
三 、线形控制原理与技术
1、预拱度控制
主梁悬浇段的各节段立模标高可按下式确定：
Hi=H0+fi+(- fi预)+f篮+fx(1)
式中:Hi为待浇筑段主梁底板前端底模标高;H0 为该点设计标高;fi为本施工段及以后浇筑的各段对该点的影响值;fi预为本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值;f篮为挂篮弹性变形对该施工段的影响值;fx 为由徐变、 收缩 、温度 、结构体系转换 、二期恒载、 活载等影响值 。上述各参数在有限元倒向分析基础上,根据实测信息,对计算预拱度进行调整和预测,确定最佳预拱度。
2、预拱度
指令预拱度是主梁线形控制的主要参数, 也是决定主跨和边跨能否顺利合拢,应力分布是否合理的关键。 施工预拱度指令,一般由监测监控单位拿出方案,经设代组计算审核后,桥梁专业监理工程师签字才能组织施工 。施工预拱度指令除保证其合理性 、科学性外,下达时间应保证施工的连续性和及时性。
四、 主梁结构应变测量与应力分析
1、布点时间
在主梁钢筋布置基本就绪 。混凝土浇筑之前,在控制断面预埋传感元件,并做好相应的防护工作 对于预应力混凝土梁桥,主要是测试和控制桥梁结构纵向应力。 因此,布点时,传感元件沿纵向(桥的里程或桩号方向)布置,用铁丝捆扎在主梁纵向钢筋的上(下)缘。
2、传感元件测试原理及其应变测量
混凝土应力测试传感元件类型较多,目前通常使用钢弦应变计,其测试效果较好。 钢弦传感器应变与频率间的关系通常是以标定表和折线图的形式给出的,用二次曲线或三次曲线进行最小二乘拟合,便能得到较好数学表达式。
五、测试应力的影响因素
1、钢弦元件初值设定时机
钢弦应变计埋设后, 在混凝土泵送过程中, 将承受各类影响读数的非混凝土应力的因素, 为此需在混凝土初凝时刻设定应力初值。 而初读数的时机把握是相当困难的， 如果该时机把握不好, 混凝土未承载时钢弦已反应出的应力就不能及时排除, 主梁测试应力将小于 (大于) 实际结构真实应力。
2、温度变化
温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大。 在不同时刻对结构状态， 包括结构应力以及变形进行量测 ，其结果是不一样的 ，有时由于温差过大， 会使结构产生过大的变形和附加应力，从而也难以保证控制的有效性。所以， 必须考虑温度变化的影响 ，温度变化相当复杂， 包括季节温差 、日照温差、 骤变温差、残余温度、 不同温度场分布等。而在原定控制状态下又无法预先知道温度的实际变化情况。 所以在控制中是难以考虑的要考虑也将是非常复杂的。 通常都是将控制理想状态定位在某一特定温度下 ，从而相对排除温度变化。对结构的影响， 一般是将一天中温度变化较小的早晨作为控制所需实测数据的采集时间， 但对季节性温差和桥体内温度残余影响要予以重视。
3、 应变滞后性
测试数据表明, 预应力混凝土的应变具有滞后性。 预应力索张拉完后, 由于种种因素的影响, 应变在主梁各截面的传播速度随施工节段的不同而各异。 当预应力索较短 ，管道较畅通时, 应变的滞后性不明显 。当预应力索较长 ，管道不太畅通时, 各截面应变的滞后性与张拉端的位置有关; 靠近张拉端的截面与索较短时的情况比较接近; 远离张拉端的截面, 应变的滞后性十分明显。
4、 材料收缩 、徐变
对混凝土桥梁结构而言， 材料收缩、 徐变对结构内力 、变形有较大的影响。 这主要是由于施工中混凝土普遍加载龄期短， 各阶段龄期相差较大， 控制中要予以认真研究， 以期采用合理的符合实际的徐变参数和计算模型。
5、其它因素的影响
混凝土的弹性模量随其“ 龄期 ”变化, 且逐步达到其设计值, 如果不能准确测量钢筋混凝土实际弹性模量, 主梁实际结构的弹性模量与按规范取值存在一些差别。 此外, 钢弦的质量(即元件的稳定性、 重复性) 对测量数据有影响。 排除这些影响因素, 测试的结果才具有可靠性。
参考文献：
[1] 吴穷. 大跨度预应力混凝土桥梁的设计与测量[J]. 交通标准化, 2011,(13)
[2] 郑明坊, 苗连军, 张月辉. 大跨度连续梁桥施工监控关键技术[J]. 铁道建筑, 2011,(10)
[3] 石维城. 公路桥梁加固中的新技术探讨[J]. 交通世界(建养.机械), 2011,(09)