【摘要】本文以唐津高速公路永定新河大橋工程控制為背景，分析大跨徑連續(xù)梁橋懸臂施工期間墩頂臨時(shí)固結(jié)模型的準(zhǔn)確選用和邊跨合龍工程的仿真模擬，對(duì)成橋狀態(tài)線型控制的影響程度，用以說(shuō)明結(jié)構(gòu)分析模型誤差在大跨徑連續(xù)梁橋工程控制中的重要性。
關(guān)鍵詞 大跨徑 連續(xù)梁橋 分析模型 誤差 影響
一、前言
按零位移倒退分析得到的理想狀態(tài)是我們期望在每個(gè)節(jié)段施工期間實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，而實(shí)際施工期間的某一狀態(tài)總是偏離相應(yīng)階段的理想狀態(tài)，這就是誤差所致【1】，根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因和修正的辦法的不同，將其分為設(shè)計(jì)參數(shù)誤差、施工誤差、測(cè)量誤差和結(jié)構(gòu)分析模型誤差等四大類型，其中設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差分析和修正有較多的研究成果，有許多成熟的實(shí)踐積累【2，3】。而對(duì)于大跨徑連續(xù)梁橋，準(zhǔn)確選用結(jié)構(gòu)分析模型（本文所指結(jié)構(gòu)分析模型包括結(jié)構(gòu)模型和工況模擬兩部分），尤其是懸臂施工期間的墩頂！臨時(shí)固結(jié)模型和邊跨合龍的仿真摸擬，將直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后的線型狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)最終的合龍和成橋狀態(tài)線型起著關(guān)鍵的作用。因此，根據(jù)實(shí)際施工情況，選用準(zhǔn)確、合適的墩頂臨時(shí)固結(jié)模型和邊跨合龍工況模擬也是非常重要的。
本文以唐津高速公路（唐山至天津段）永定新河大橋工程控制為背景，分析大跨徑連續(xù)梁橋懸臂施工期間墩頂臨時(shí)固結(jié)模型的準(zhǔn)確選用和邊跨合龍工況的仿真模擬，對(duì)成橋狀態(tài)線型控制的影響程度，用以說(shuō)明結(jié)構(gòu)分析模型在大跨徑連續(xù)梁橋工程控制中的重要性。
天津永定新河大橋?yàn)樘平蚋咚俟房缭接蓝ㄐ潞拥囊蛔笮蜆蛄?，大橋主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁，跨徑組合為：
82.75＋ 110.0＋ 82.75＝ 275.5（m）。主墩支點(diǎn)梁高6m，是主跨的1／18.3，跨中梁高2.5米，是主跨的1／44。橫斷面為兩個(gè)分離的單箱單室箱型梁，箱型梁頂板定12.0m，箱寬6m，兩側(cè)挑臂各3m。大橋采用懸臂澆筑法施工，主墩墩頂零號(hào)段長(zhǎng)度為
22.0m，節(jié)段長(zhǎng)度有 3.0m、3.5米和 4.0m三種，主墩每側(cè)各 12塊懸澆節(jié)段，最大節(jié)段重量約
1180kN，最小節(jié)段重量約 680kN。邊跨支架現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為 26.6m，中跨和邊跨合龍段長(zhǎng)度均為2.0m。
大橋于1999年8月開(kāi)始箱梁零號(hào)段施工，2000年6月全橋結(jié)構(gòu)合龍。
二、結(jié)構(gòu)模型誤差
連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)模型問(wèn)題關(guān)鍵是懸臂施工期間墩頂臨時(shí)固結(jié)的模擬問(wèn)題。由于墩頂臨時(shí)固結(jié)的方式很多，而不同的墩頂固結(jié)方式會(huì)產(chǎn)生不同的成橋線型。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，每一種固結(jié)方式都需要簡(jiǎn)化成一種力學(xué)和位移條件與實(shí)際相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型，如何選擇適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化模型，避免工程控制中由于結(jié)構(gòu)模型選擇不當(dāng)引起的計(jì)算狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)之間的誤差，這是工程控制首先要解決的問(wèn)題。圖1所示為三種常用的墩頂臨時(shí)固結(jié)方式。
圖2所示為四種計(jì)算采用的臨時(shí)固結(jié)模型，模型1將撤頂兩側(cè)的固結(jié)混凝土墊塊用兩個(gè)鏈桿支座代替；模型2將實(shí)際墩身結(jié)構(gòu)模擬在計(jì)算模型中，并把墩頂固結(jié)墊塊按實(shí)際剛度和面積作為一個(gè)桿單元處理；模型3在模型2的基礎(chǔ)上，將實(shí)際采用的墩身兩側(cè)輔助混凝土立柱作為桿單元與墩身共同構(gòu)成固結(jié)模型；模型4也是在模型2的基礎(chǔ)上，將墩身兩側(cè)抵抗不平衡力矩用的鋼絞線模擬為可調(diào)值索單元，計(jì)算中可通過(guò)索單元軸向力調(diào)值模擬實(shí)際施工中對(duì)鋼絞線的分批張拉。
對(duì)以上四種模型分別進(jìn)行計(jì)算，其前進(jìn)分析成橋時(shí)主要節(jié)點(diǎn)的位移狀態(tài)和主要單元的力狀態(tài)結(jié)果見(jiàn)表1所示，施工期（以12號(hào)節(jié)段澆筑混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力為例）的位移狀態(tài)、撓度和理論拋高值見(jiàn)表二所示。結(jié)果表明，不同的臨時(shí)固結(jié)模型，其成橋狀態(tài)線型是不同的，有的甚至存在較大的差別。既使是圖1中（a）的固結(jié)方式與模型1的支承條件非常相似，其成橋線型也存在較大的差別。模型1和模型2的邊跨成橋線型相差28.8％，中跨相差22.89％，相應(yīng)在表2可見(jiàn)，其岸測(cè)和河側(cè)12號(hào)節(jié)段理論拋高值也分別相差41％和18.5％。顯然，圖1中（a）的固結(jié)方式采用圖2中模型2來(lái)模擬是合適的，若采用模型1來(lái)模擬，就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。類似地，比較模型2和模型4可以知道，雖然兩者澆筑節(jié)段混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的撓度非常接近，但其成橋線型相差較大，邊跨和中跨分別相差40％和
10.4％，河側(cè)12號(hào)節(jié)段理論拋高值相差30％?？梢?jiàn)，若忽視固結(jié)鋼絞線的作用，將圖1中（ C）的固結(jié)方式簡(jiǎn)單采用模型2來(lái)模擬，同樣會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。另外，四種臨時(shí)固結(jié)模型的成橋內(nèi)力狀態(tài)又都是非常接近的。
連續(xù)梁懸臂施工期的墩頂；臨時(shí)固結(jié)模型誤差的特點(diǎn)是：在每一節(jié)段的施工中，各階段的實(shí)測(cè)值撓度和計(jì)算值很接近，誤差不大，因而其原因不易發(fā)覺(jué)，通常會(huì)計(jì)入設(shè)計(jì)參數(shù)誤差中而被修正；模型誤差引起的線型偏離是伴隨結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換而發(fā)生的，因而會(huì)形成無(wú)法修正的局面，造成合龍困難。
三、工況模擬誤差
結(jié)構(gòu)分析中的工況模擬應(yīng)盡可能接近實(shí)際施工步驟，方可減少由于工況模擬誤差帶來(lái)的施工期和成橋狀態(tài)的線型與內(nèi)力誤差。連續(xù)梁橋邊跨合龍時(shí)，實(shí)際操作是分階段、分步驟實(shí)現(xiàn)的。具體工況劃分和施工周期見(jiàn)表3所示，并稱為邊跨合龍工況模擬1。
若將邊跨合龍的以上三個(gè)步驟簡(jiǎn)化為采用一個(gè)工況模擬，稱為邊跨合龍工況模擬2。對(duì)兩種邊跨合龍的工況模擬分別進(jìn)行計(jì)算，其成橋時(shí)主要節(jié)點(diǎn)的位移狀態(tài)和主要單元的力狀態(tài)見(jiàn)表4所示。由表可見(jiàn)，
二者的位移狀態(tài)相差非常大，邊跨跨中和中跨跨中均相差36％。
顯然，若采用工況模擬2表示邊跨合龍的施工狀況，將導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)橋線型發(fā)生較大的誤差，根據(jù)零位移倒退分析進(jìn)行工程控制，會(huì)使實(shí)橋邊跨跨中比理想線型低14毫米，中跨跨中高出16毫米。但是，同固結(jié)模型的影響一樣，兩種邊跨合龍工況模擬對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很小。
工況模擬誤差導(dǎo)致成橋線型偏高理想狀態(tài)的主要原因在于各計(jì)算工況中產(chǎn)生混凝土收縮、徐變等變形時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)及時(shí)間與同期實(shí)橋的應(yīng)力狀態(tài)、施工周期存在著差異。其誤差產(chǎn)生的特點(diǎn)類似于固結(jié)模型誤差，只有在邊跨合龍完成后，誤差全部發(fā)生時(shí)才被發(fā)覺(jué)，且已無(wú)法調(diào)整。
四、實(shí)橋線型控制成果
永定新河大橋兩個(gè)主墩分別屬于兩個(gè)施工單位，南北兩個(gè)主墩采用了不同的施工掛籃和墩頂臨時(shí)固結(jié)方式，南側(cè)主墩（SP27號(hào)墩）采用圖1（C）所示的固結(jié)方式，計(jì)算采用固結(jié)模型4，北側(cè)主墩（NP28號(hào)墩）采用圖1（b）所示的固結(jié)方式，計(jì)算采用固結(jié)模型3。兩個(gè)主墩采用不同的臨時(shí)固結(jié)方式，使得懸臂施工期間兩側(cè)箱梁頂面標(biāo)高不具有可比性，給標(biāo)高控制和撓度判斷帶來(lái)了困難。
圖4、圖5給出了大橋下游箱梁邊跨合龍并實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換和中跨合龍完成這樣兩個(gè)狀態(tài)線型的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值（圖中標(biāo)高放大100倍）。由于兩個(gè)主域運(yùn)用了不同的固結(jié)方式，計(jì)算也相應(yīng)采用了不同的固結(jié)模型，因而，在邊跨合龍并解除固結(jié)實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換以后，南側(cè)半橋中跨懸臂端產(chǎn)生的總豎向位移量的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值分別為一34毫米和一23毫米，北側(cè)分別為一48毫米和一41毫米，南北兩側(cè)的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值均比較接近，說(shuō)明了工程控制中采用的兩個(gè)主墩的固結(jié)模型和邊跨合龍施工的工況模擬達(dá)到了模型仿真和施工仿真的目的，從而最大限度地減小了這一過(guò)程中產(chǎn)生的線型誤差。
五、結(jié)語(yǔ)
對(duì)于大跨徑連續(xù)橋梁工程控制而言，建立簡(jiǎn)單、明確的墩頂臨時(shí)固結(jié)模型和仿真的工況模擬有助于減小伴隨著結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)的線型偏離，以避免對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力不利的強(qiáng)迫合龍，也有助于判斷修正設(shè)計(jì)參數(shù)等誤差時(shí)排除結(jié)構(gòu)模型誤差的干擾。
為了減少結(jié)構(gòu)分析模型誤差對(duì)大跨徑連續(xù)梁橋工程控制的影響。一方面必須從結(jié)構(gòu)實(shí)際支承條件和實(shí)測(cè)數(shù)值出發(fā)，通過(guò)對(duì)各種具有類似支承狀況的墩頂臨時(shí)固結(jié)模型進(jìn)行比較分析，以獲得最能反映實(shí)際固結(jié)方式的位移和力學(xué)條件的墩頂固結(jié)模型。另一方面應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)安排的施工順序和施工單位制定的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)協(xié)調(diào)，確定實(shí)際執(zhí)行的施工步驟，將其細(xì)化成為計(jì)算工況，并根據(jù)實(shí)際施工狀況進(jìn)行不斷調(diào)整，最終才能得到反映實(shí)際施工的工況模擬。
