曲线连续刚构桥线形控制施工技术

1、 2008年度总公司科技进步奖 曲线连续刚构桥线形控制施工技术曲线连续刚构桥线形控制施工技术1. 工程概况1.1 桥型布置巴阳2号特大桥起讫里程为K182+600K183+177，全长577m，采用双向分离式，左右线桥净距0.518.0m。左线桥平面部分位于直线、部分位于R=3000m的圆曲线上，桥面纵坡部分为R=9700m的凸曲线、部分为+0.5%和-2.45%双向坡，桥面横坡为单向2%；右线桥平面部分位于直线、部分位于R=4200m的圆曲线上，桥面纵坡部分为R=10000m的凸曲线、部分为+0.5%和-2.35%双向坡，桥面横坡为单向2%。本桥主跨为100+180+100m的预应力混凝土混

2、凝土连续刚构，左右线引桥均为4×30(云阳岸)，2×30m(万州岸)预应力混凝土连续T梁。1.2箱梁结构主桥采用单箱单室变高度截面，为三向预应力结构。箱梁顶板高12.1m，底板宽7m，外翼板悬臂长2.55m。箱梁0号段长15m(包括墩两侧各外伸2.25m)，每个“T”构纵桥向分为20个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为5×3.5m8×4m7×4.5m，累计悬臂总长81.0m。1号20号梁段采用挂篮悬臂浇注施工，悬臂浇注梁段最大控制重量2332.5KN(未考虑施工荷载)，挂篮设计自重1000KN。全桥共有6个合拢段(两幅桥)，分别是4个

3、边跨合拢段和2个中跨合拢段，合拢段长度均为3m，边跨现浇段长8.36m。箱梁根部断面梁高10.5m，跨中及边跨支架现浇段梁高3m(箱梁高均以腹板外侧为准)，从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化。从1号梁段至6号梁段腹板厚70cm，从6号梁段至13号梁段腹板厚60cm，从13号梁段至21号梁段腹板厚50cm，边跨21梁段号至23号梁段腹板厚60cm，腹板变厚处设50cm渐变段过渡。每号梁段的腹板上设有抗剪齿口。箱梁底板厚除0号梁段为150cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的120cm厚渐变至跨中及边跨合拢段截面的36cm厚。1.3预应力束布置每个T构悬臂浇筑段设预应力钢束80束，其中肋板

4、束40束，顶板束40束，此外还有预备束4束。箱梁悬浇完成后，未利用的顶板预备束孔应灌浆填塞。中跨连续底板束36束，顶板束2束；每边跨连续底板束16束，顶板束4束。钢束均采用OVM15系列锚具或其它合格产品，用配套系列千斤顶对称张拉。箱梁腹板上设有竖向预应力筋，采用精扎螺纹粗钢筋，箱梁顶板上设有横向预应力束。经过建设单位、设计单位、监理单位、监控单位、施工单位及所有参建员工的的共同努力，巴阳2号右幅特大桥于2007年1月26日顺利实现中跨合拢。2. 线形控制方案连续刚构梁跨度大，悬臂施工节段多，重量大，时间长，工况多变，影响因素多，如何保证施工高精度，最终实现设计的桥梁线形，达到预期的受力状态，

5、是连续刚构桥施工的关键技术之一。为了更好的控制好连续刚构桥的线形，建设单位将云万线的七座刚构桥梁监控任务进行了招标，每座刚构桥的都有监控单位，而且监控单位住到施工现场，和施工单位一起对刚构桥的线形进行监控。巴阳2号特大桥的监控单位是重庆建筑科学研究院。线形控制的内容包括两部分：施工节段挠度的预测以及误差的调整，流程如下： 图51 线形控制流程图具体的工程步骤和措施如下：1 根据预计的工程进程及施工设备，制定线形控制实施计划。按照施工技术规范的要求，对0号节段的施工托架进行等效预加载来消除其塑性变形，测定其弹性变形，在安装模板时，预抬高底模，抬高值与弹性变形值相等。对挂篮进行等效预加载消除其非弹

6、性变形，测定其弹性变形，得到挂篮的荷载和挠度的对应关系，并根据各节段的重量及其施工荷载，确定了施工各节段时挂篮的变形值。灌注每一节段梁体混凝土前，在顶面埋设挠度测点钢桩。在施工过程中实测各施工阶段的挠度变化及挂篮变形，实测预应力管道摩阻、梁体混凝土的容重和弹模。根据工期变化、实际荷载参数及实测结果，及时调整预拱度值，控制立模标高。严格控制混凝土质量及张拉质量。在混凝土施工过程中，准确控制混凝土的配合比和塌落度等技术参数，使混凝土的龄期强度、弹性模量符合设计要求。在预应力张拉过程采用张拉力及伸长值双控，并在混凝土达到张拉强度时张拉。保证实测各梁段挠度与理论值相符，以达到线形控制的目的。同一T构两

7、端均衡作业，移动挂篮的距离差控制在40cm以内，移动速度不超过10cm/min，移动时挂篮后部必须设保险设施。在悬灌接近合拢段时提前联测以减小合拢段两侧悬臂梁段的相对高差。为了减少温度的影响，测量尽量在清晨或傍晚进行。现场配置一台笔记本电脑，使用桥梁专业专用有限元程序进行变形、内力分析，计算挠度、预拱度和立模标高。3.大跨曲线连续刚构桥线形控制的关键技术大跨度曲线连续刚构桥梁悬臂施工最困难的任务之一就是线形控制。施工中梁体线形控制不仅关系到桥型的美观，更关系到桥梁受力。线形控制技术复杂、难度大，影响因素多，需要考虑到诸如挂篮弹塑性变形、挂篮及梁体自重、施加预应力、混凝土收缩与徐变、温度应力、地

8、基沉降等各个方面因素，能否准确预计并及时调整，关系到施工的成败。3.1施工挠度的计算与控制大跨曲线刚构桥梁悬臂浇筑施工中，挠度控制极为重要。而影响挠度的因素较多，主要有挂篮的变形、箱梁段自重、预施应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土收缩与徐变、日照和温度变化等。挠度控制将影响到合拢精度及成功与否，故必须对挠度进行精确的计算和严格的控制。目前由于计算机应用水平的提高，对于悬臂灌注梁体的挠度控制带来了方便，通过设定挠度目标函数控制，在大量的计算机施工仿真分析计算基础上，取得控制参数，反推出悬臂灌注施工中的重要数据，如预拱度的设置、临时预应力束的布置等，就可以加强施工过程中梁体线形与挠度的控制。

9、3.2梁体预拱度的设置科学合理确定悬臂每一待浇梁段的预拱度非常重要，因为它们直接影响到合拢束孔道的顺直、成桥线形及支座的受力状况。只有预拱度设置合理，才能保证一个跨径内将要合拢的两个悬臂端可能在同一水平线上，也才能使桥梁上部结构经历施工和运营状态，反复发生向上或向下形式的挠度后，以保证结构在运营一定时间后达到设计所期望的标高线形。一般设置预拱度的曲线和数值，是将从施工开始到完工后三年左右时间每一节点的弹性和徐变总挠度曲线及数值反向设置。考虑到各个桥梁工地的温度和湿度环境及桥梁施工方法与时间进度安排的不同，各系数取值不同，并与工地实际情况不完全相符，还必须依据各座桥梁施工中的试验实测值对系数项进

10、行修正，并结合施工实际酌情调整和控制。理论和实践的结合，是设置预拱度抵消挠度的有效方法。3.3合拢高差的调整与控制对大跨曲线预应力混凝土连续刚构桥，为了保证结构设计内力状态和成桥后的桥面线形，合拢高差的控制是十分重要的。为此，必须跟踪计算实施施工监控，分析弹性变形和徐变变形的规律性，及时调整。同时，严格的合拢精度还必须有行之有效的技术保证措施，使合拢高差控制在1.5cm以内，满足设计要求。3.4纠编措施尽管在桥梁设计和施工时已计算了挠度并设置了预拱度，也进行了施工精密测量和挠度监控，但是因施工过程中不定因素太多，加之每一平衡悬臂施工时间长短不同，难免会有挠度误差和不符合设计要求的标高以及纵轴向

11、梁体线形不平顺等现象出现，为了保证合拢段混凝土浇筑过程中，在混凝土强度不高的情况下，使合拢段的两侧标高之差控制在不变状态下，并使线形平顺，这时必须采取一些纠编措施。如根据施工现场条件，在合拢段两悬臂端增加平衡配重，或使用临时预应力钢束，纠正梁端竖向或水平向的悬臂挠度差。通过纠编可达到设计所要求的梁体线形，但当悬臂端梁段有扭转变形发生时纠编则相当困难。因此，施工中必须控制好箱梁的横向变形，防止发生扭转挠度与变形。3.5收缩徐变的计算目前，对简支梁的徐变研究资料较多，而对连续梁，特别是大跨连续刚构桥梁研究较少。影响徐变拱度的因素很多，如水灰比、砂石料级配、张拉龄期、养护措施、应力状态、运营条件，尤

12、其是相邻跨的相互影响等。由于各桥实际情况千差万别，因此按理论的经验公式推算的徐变值往往难以与实际值相吻合。必须结合施工实际情况，才能得到较精确的收缩徐变计算值。4线形控制的基本原理4.1线形控制的重要性及要求桥梁（特别是大跨度桥梁）施工过程中的安全和成桥状态是否能满足设计要求是桥梁建设者必须解决的问题。要达到施工安全符合特定线形与受力状态要求，仅通过事后检查是无法实现的，必须对施工全过程进行控制。为了克服桥梁悬臂施工中引起的静定结构的短期弹性挠度和长期徐变挠度，保证梁在同一跨度内合拢时两悬臂端的标高误差不大，对于静定悬臂施工的两端应保持平衡并预设上拱度。工程结构在恒载、预应力以及由此产生的徐变

13、等作用都要产生变形，这些变形一般均属永久变形。线形控制的目的就是在考虑给定因素作用所发生的永久变形后，所控制的桥梁梁跨构线形、内力与设计要求尽可能吻合，使之误差最小。为了达到线形控制的目的，悬臂浇筑的连续梁在T构施工时，每一节节段立模浇筑要进行预抬高设置，即立模标高为设计标高和预抬高值之和。不设置预抬高进行悬臂浇筑的连续梁，合拢时对接误差也可能小，但梁的线形将和设计线形产生较大误差。线形控制首先必须对各主要因素作用下梁跨的变形进行分析计算，然后根据计算值分析确定各节段立模时预抬高值。由于梁跨结构是逐段形成的，在形成过程中，梁体各点标高和梁体结构长度都是变化的，因此预抬高值不能简单地按各种因素作

14、用下梁跨变形的挠曲线上的量值进行反向设置，它的数值应该等于梁段形成以后，各因素作用所产生的变形之和，但方向相反。施工中梁体线形控制不仅关系到桥型的美观，更关系到桥梁受力。线形控制技术复杂、难度大，影响因素多，需要考虑到诸如挂篮弹塑性变形、挂篮及梁体自重、施加预应力、混凝土收缩与徐变、温度应力、地基沉降等各个方面因素，能否准确预计并及时调整，关系到施工的成败。4.2线形控制的基本公式大跨度桥梁的施工采用分阶段逐步完成的施工方法，结构的最终形成，必须经历一个漫长而又复杂的施工过程以及体系转换过程，施工阶段中每个施工过程的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本内容。桥梁结构施工控制的目的就是

15、确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形及受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，我们必须对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必须通过合理的计算和理论分析来确定桥梁结构施工过程中每个节段在受力和变形方面的理想状态，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受力状态满足设计要求。通过对悬臂结构施工时结构分析，可以确定出结构在施工阶段的理想状态，这种理想状态是我们期望在施工中实现的目标。但是在实际施工中，结构的实际状态并不总是与其理想状态吻合，甚至结构的实际状态很难达到其理想状态。换而言之，桥梁结构的实际状态与理想状态总是存在着一定的误差。

16、究其原因，主要是由设计参数误差（如材料特性、截面特性、容重等）、施工误差（如制作误差、架设误差、预应力张力误差等）、测量误差、结构分析模型等综合干扰所致。4.2.1立模标高的确定对于梁段立模标高的计算方法有相对挠度法和绝对挠度法两种。所谓相对挠度法是假定所有梁段模板一次全部立好 (节段 1灌注时，节段 2、3等虽不存在，但却产生了挠度 )，相对于统一的基线计算总挠度，进而以相邻两节段的相对转角 (为零 )和相对挠度来确定立模标高。这一方法的缺点是前面梁段的误差将被放大后用于确定后序梁段的立模标高，不利于精确控制。实际所用的梁段立模标高计算方法为绝对挠度法。绝对挠度法以桥梁最终成桥状态作为控制状

17、态，各梁段在整个施工过程中的累积挠度值为预抛高值。该法认为梁体在灌注之后才会有挠度，各节段挠度相互独立，不存在统一的基线。为全面分析箱梁在整个施工过程中的挠度变形情况，并为下一节箱梁立模提供依据，每浇筑一段箱梁，应分为五个节段进行挠度观测：浇筑混凝土后；张拉预应力前；张拉预应力后；移动挂篮后；浇筑下一节混凝土前。立模标高公式如下： 公式（1）式中：立模标高； 设计标高；各梁段自重在i节点产生的竖向变形总和；张拉预应力束在i节点产生的竖向位移变形总和；挂篮自身在自重作用状态下产生的变形，包括挂篮的非弹性变形； 后序段对当前浇筑i节点产生的下挠值； 混凝土的收缩徐变在i节点引起的竖向变形值； 第i

18、节点的误差调整值。具体要求见（4、误差调整的原理和方法）4.2.2施工过程中精度控制要求结合施工测量中的实际条件，要求各箱梁顶、底面底标高误差小于10mm；各截面的垂直度误差小于箱梁高度的1/1000；各断面的长度误差小于10mm。箱梁悬臂施工过程中的挠度监测控制，要求能反映1mm的变化值。4.2.3刚构桥合拢精度要求施工中最低要满足公路工程质量检验评定标准（JTG F80/12004）中对刚构桥合拢精度的控制要求，见刚构桥施工中线合龙精度的要求。 刚构桥施工中线合龙精度要求 表51项 目允许偏差悬臂梁端高程与设计高程之差15mm合拢前两悬臂端相对高差15mm梁段模板中线与设计中线之差5mm轴

19、线偏差15mm顶面高程差10mm4.3误差产生的原因桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态（线形与受力）相吻合。要实现上述目标，就必须全面了解可能使施工状态偏离理论设计状态的所有因素，以便对施工实施有的放矢的有效控制。桥梁施工控制是一个预告施工量测识别修正预告的循环过程。施工控制的目的首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目的，施工过程中应对主梁断面应力和标高进行双控。为了避免在悬臂浇筑过程中及合拢后主梁出现拉应力，要求控制系统除了具备常规的结构分析计算手段外，还应具备测量主梁断面应力和主梁标高的数据，通过误差分析，正确判断误差原因

20、，并在下一节段施工中进行修正。如果在施工过程中对产生的误差不及时修正，势必对桥梁质量产生影响，特别是对于某些产生累积的误差，影响就更大。4.3.1结构参数不论何种桥梁的施工控制，结构参数都是必须考虑的重要因素，结构参数是结构施工模拟分析中的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。事实上，实际桥梁结构参数一般是很难与设计所采用的结构参数完全吻合的，总是存在一定的误差，施工控制中如何恰当地计入这些误差，使结构参数尽量接近桥梁的真实结构参数，是首先需要解决的问题。结构参数主要包括： 结构构件截面尺寸任何施工都可能存在截面尺寸误差，验收规范中也允许出现不超过限值的误差，而这种误差将直接导致截面特性

21、误差，从而直接影响结构内力、变形等的分析结果。所以，控制过程中要对结构尺寸进行动态取值和误差分析。结构材料弹性模量结构材料弹性模量和结构变形有直接关系。对通常遇到的超静定结构来讲，弹性模量对结构分析结果影响更大，但施工成品中要根据施工进度做经常性的现场抽样试验，特别要注意混凝土强度波动较大的情况，随时在控制分析中对弹性模量的取值进行修正。材料容重材料容重是产生结构在施工过程中的内力与变形的重要因素，控制中必须要计入实际容重与设计取值间可能存在的误差，特别是混凝土材料，不同的集料与不同的钢筋含量都会对容重产生影响。施工控制中必须对其进行准确识别。施工荷载在所有自架设体系中，都存在施工荷载，这部分

22、临时荷载对受力与变形的影响在控制分析中是不能忽略的，一定要根据实际情况进行实际测量和合理估计。预加应力预加应力是预应力混凝土结构内力与变形控制考虑的重要结构参数，对桥梁成型后的线形影响非常大，但预加应力值的大小受很多因素的影响，预应力束张拉误差一方面由张拉千斤顶的油压表读数误差引起，另一方面由各种预应力损失引起。预应力损失包括: 管道摩阻力；锚具损失；温度损失；钢丝松弛；砼收缩、徐变损失。预应力束张拉对梁轴力产生一定的影响，最终影响主梁断面应力。从表面现象看预应力束张拉对结构位移影响不大，但从主梁受力看，预应力起了很大作用，如果预应力不足，会引起主梁混凝土开裂。控制中要对其取值误差作出合理估计

23、。挂篮变形误差浇筑混凝土过程中，挂篮会发生变形，变形包括纵向变形和横向变形，也包括弹性变形和非弹性变形。挂篮的非弹性变形，对于施工质量控制有非常大的影响，尤其是采用后支点施工的挂篮。通过挂篮变形试验可以减小线形控制中的挂篮变形误差。4.3.2材料收缩、徐变对于混凝土桥梁而言，材料收缩、徐变对结构内力、变形有一定的影响，这主要是由于大跨度混凝土桥梁施工中混凝土普遍存在加载龄期小、各节段龄期相差大等引起的。4.3.3结构计算分析模型无论采用什么分析方法和手段，总要对实际桥梁结构进行简化和建立计算模型，这种简化使计算模型与实际情况之间存在误差，包括各种假定、边界条件的处理、模型化的本身精度等。4.3

24、.4施工工艺施工控制为施工服务，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现。除要求施工工艺必须符合控制要求以外，在施工控制中必须计入施工条件的非理想化而带来的构件制作、安装方面的误差，使施工状态保持在控制之中。施工控制是个连续的过程，任何后期荷载的影响或施工方案的改变都会影响桥梁的线形和内力。4.4误差调整的原理及方法通过对结构的施工模拟分析，我们可以确定桥梁结构各个施工阶段的理想状态，这种理想状态是我们期望的在施工中实现的目标。但是在实际施工中，结构的实际状态并不总是与其理想状态吻合，甚至说结构的实际状态很难达到它的理想状态。换而言之，桥梁结构的实际状态与理想状态总是存在着一定的误差。实际施

25、工中，我们必须去调整这些误差，使得桥梁结构的实际线形与理想线形尽可能一致。悬臂施工中，各个节段是逐段施工的，后一个节段的施工是建立在前一个节段施工的基础上的。因此如果对开始的节段产生的施工误差没有进行调整，那么误差将产生积累，合拢节段产生的误差将可能超过允许值，因此，误差调整的最基本思路是将已施工完成节段产生的误差逐渐减小。参考数值分析方法中二分法原理，对于标高误差的调整方法如下：由于前述各种因素的影响，导致同一梁段的桥面板实际标高值与按立模标高设置的设计施工标高不一致，产生标高残差值。如果差值小于10mm，可不进行调整；如果差值大于10mm，则应调整，调整值为1/2标高差值。通过这种调整方法

26、能够保证合拢高程平顺对接。理论证明如下：设每个节段的施工是独立的，则施工节段i时产生误差。节段i施工完成后，累计误差为。由公式（1）可知各个变量之间的关系为线性，如果不进行误差调整，可得到累积误差和各个节段误差的关系： 公式（2）累积误差为：； ；公式（3）合拢时的误差：； 公式（4）对比公式（3）和公式（4）可见，施工中某个节段产生的误差，通过调整之后，在其后第二段误差的贡献已经为不进行调整前的1/16，因此第n段合拢时（通常n值较大），由开始节段传递过来的误差已经接近为零。由此可见此方法的可行性与效率。具体施工时，如果前一段所产生的误差比较小，没有必要进行调整，因此在具体施工中可以设定误差

27、调整的阀值，阀值取为10mm。5线形控制的计算方法5.1施工过程以及荷载工况的划分大跨度刚构桥在施工中，采取悬臂施工的方法。根据结构悬臂施工特点，任一节段分为如下四个施工工况：立模板浇筑梁段混凝土张拉预应力钢束移动挂篮。在进行施工模拟计算时，根据施工的过程进行仿真计算。5.1.1连续刚构桥的施工过程根据巴阳1、2号连续刚构桥施工过程中结构受力特点，按施工工况进行计算。浇注一段梁段的工期按10天考虑。施工流程描述如下：成桩基础、墩身施工，在托架上浇筑0号段，张拉N1束后，拼装挂篮，浇筑1号梁段混凝土。图52浇筑1号梁段混凝土2 张拉1号段顶板束N2和腹板束N30。图53张拉1号梁段预应力筋3 挂

28、篮前移，调整立模标高，准备浇筑2号段。图54移动挂篮4 浇筑2号段混凝土。图55浇筑2号段混凝土5 张拉2号梁段顶板束N3和腹板束N31。图56张拉2号梁段预应力筋6 挂篮前移，调整立模标高，准备浇筑3号梁段混凝土，按上述步骤完成其他梁段的浇筑。7 浇筑单T最后一个梁段混凝土。8 张拉单T最后一个梁段顶板束和腹板束。完成单T最后一个梁段的预应力筋的张拉后，首先进行边跨的合拢施工（边跨梁段已提前现浇施工完毕），边跨的合拢段如边跨的合拢段图所示。图57边跨合拢段图图58中跨合拢段图边跨合拢段图边跨合拢后，便可进行两个T型刚构的合拢施工，根据精度要求：合拢前两悬臂端相对高差不超过15mm，进行合拢段

29、施工。中跨合拢施工如图58所示。线形控制计算主要目的是在各个节段的施工过程中，为各个节段提供预拱度。因此，荷载计算的工况为施工开始之后到合拢施工之前的各个荷载计算工况。5.1.2连续刚构桥悬臂施工的模拟计算将刚构桥理想化为互相连接单元的组合，每个节段上的单元具有相同的龄期、收缩徐变特性以及材料特性，并假设每个单元温度分布相同。将浇筑、张拉混凝土过程划分为与施工过程相适应的时段(如建造新单元、张拉预应力筋、施加施工荷载等)。其中，假设施工过程中结构外荷载发生变化(如建造新单元、张拉预应力筋、体系转换、施加施工荷载等)在瞬时内完成，即相应的时段长度为零；而其余时段内无外荷载变化，结构在该时段内发生

30、收缩徐变等。在每一节段，都对当时已形成的结构进行一次全面的分析，求出该时段内产生的全部节点位移和节点力 (即结构内力和变形量)。5.2线形计算模型的确立通常桥梁施工软件的分析计算过程，是将各个施工节段简化为梁单元，施加的预应力作为各个杆件的外力施加在各个单元上，这样简化的好处是，计算简便。由于采用了梁单元计算模型，计算效率加快。但是，这样计算的缺点为把各个梁段视做梁单元，在通常的情况下，各个梁段的长度为35m，而高度最小也为5m，因而，计算上存在着明显的模型误差。同时，把预应力作为外力添加在梁单元上，而梁单元在模型中的位置是实际位置的轴线，故预应力不能客观反映各个梁段由于张拉预应力而在截面上产

31、生的应力变化。因此在进行悬臂施工线形控制计算分析的时候，计算模型的建立非常重要，这种模型必须能考虑以下问题：真实反映各个施工梁段的几何形态，使得各个梁段的几何形态产生的误差对施工控制产生的影响减少到最小；考虑预应力在各个截面上不同位置的分布；能够正确反映施工过程中各种可能的计算工况。故在进行施工模拟分析时，采用三维有限元模型进行结构分析。5.2.1计算假定在计算分析过程中，对结构进行了如下简化： 结构工作时，仅考虑小位移、小变形； 施工过程中由于是以T型对称结构存在的，因此在计算过程中，取一半结构； 每一个阶段内的混凝土浇筑均匀，内部不存在缺陷，进而可将每一个节段视为均匀弹性体，以弹性模量和泊

32、松比表示材料的特性；预应力通过锚具作用于梁段，锚具的影响在线形计算中忽略不计。5.2.2荷载处理在施工过程中，结构承受的荷载有自重、预应力、挂篮荷载、施工机具和人群荷载。在有限元计算过程中，自重通过定义结构的密度和计算时考虑重力加速度来实现，挂篮自重、施工机具和人群荷载重量简化为当前施工节段上顶面作用的均布荷载。预应力转化为外荷载，在截面上的锚具部位处通过施加外荷载来实现，其大小为预应力张拉应力（应计入各项预应力损失）乘以预应力筋的面积得到。5.2.3边界条件的确定 在悬臂施工计算模型中，将悬臂端部视为固定端约束，具体位置见悬臂结构示意图。图59悬臂结构示意图根据以上假定以及有关施工图纸，建立

33、了本桥的三维有限元计算模型。图510施工模拟分析的三维计算模型5.2.4网格剖分对所建立的三维模型，根据ANSYS中提供的前处理功能，对模型进行有限元剖分，剖分的过程中采用8节点的块体单元。图三维模型的有限元剖分图为第15节段的有限元网格剖分图。图511三维模型的有限元剖分图5.3线形控制中各项预拱度的确定立模标高的确定按公式（1）： 自重和预应力对当前施工节段预拱度的计算内容，在立模标高的计算公式里面主要体现为：、和三项。通过前面建立的三维有限元模型，可以确定出每个施工节段上这三项的值。其中，即各梁段自重在i节点产生的竖向变形值总和，通过各个节段的有限元计算来实现；，梁段上预应力产生的竖向变

34、形值，通过在结构上施加外力来实现；，后序段对当前浇筑i节点产生的下挠值，在本桥计算完21号段后，读出各个节段相应的位移，同该节段施工时的位移值相减得到；，混凝土的收缩徐变在i节点引起的竖向变形值，根据所采用的收缩徐变计算方法，对弹性模量进行修正得到。5.4挂篮产生变形的确定以及挂篮的验算挂篮施工时整个结构由挂篮、待浇筑的混凝土和已浇筑的混凝土组成。整个结构的行为具有明显的空间性。挂篮的受力和变形，不仅对于挂篮自身的刚度和强度比较重要，而且，在刚构桥的施工控制中，对于预拱度的设置也起非常重要的作用。所以对挂篮施工时候的结构，进行三维整体性分析，是非常必要和重要的。对结构进行三维有限元分析的关键是

35、对结构作出符合实际的模型简化。在以往的挂篮分析中，往往是将混凝土截面分块，分别施加在挂篮上。同时对施工人群荷载简单地作用在节点上，没有完全符合实际施工中的情况，对于具有明显空间和整体效应的挂篮施工时的结构就难以体现实际情况了。此外，结构各个部分的有限单元类型、性质及相互之间的连接等的简化对分析结果也将产生很大影响。根据对挂篮设计和施工蓝图的认真研究，其三维有限元分析模型建立如下：浇筑梁段为后张拉三向预应力混凝土，所受内力以压为主，质量占整个结构的绝大部分。分析中采用8节点的三维块体单元。模板在结构中起着将混凝土的重量传递给挂篮的作用，质量较小，厚度不大，分析中采用板壳单元。挂蓝的前端下横梁，后

36、端下横梁以及前端上横梁，设计中采用型钢组合截面，主要为平面变形和受力，分析中采用二维梁单元。挂蓝的后端主桁架和承重吊带，截面变化不大，主要承担轴向荷载，两端采用销结的固定方式，计算中采用三维杆件单元来模拟。考虑到结构和荷载自身具有对称性，可仅建立结构的一半模型进行分析，但为了整体分析挂篮结构的受力和变形，仍采用全模型进行计算。6用三维有限元对施工模拟的计算结果6.1施工模拟的变形计算结果根据刚构桥悬臂施工的三维有限元计算模型，可以比较详细地分析出所施工梁段及已经施工梁段的变形情况，以及各种工况下任一结点的位移，下图为位移计算中箱形截面上各个计算点的位置。图512箱形截面图513悬臂段有限元计算

37、的变形图6.1.1各个施工节段在自重和预应力作用下的变形结果在有限元分析中，首先考虑自重和预应力联合作用，关于徐变对与刚构桥施工的影响，在有限元建模的时候根据按龄期调整的折算模量法已经在弹性模量中进行了考虑。表52为各个施工节段在自重和预应力作用下的变形值。由该表可见，刚构桥的梁部在自重和预应力的作用下，由于预应力的作用，悬臂端要发生上挠，上挠值的大小在14节段处达到了最大，14节段之后由于悬臂增大，在自重作用下上挠值出现减小的趋势，但是仍然为正值。对于同一个截面上由于翼缘部分悬臂的影响，翼缘端的上挠值较中心部分处小。在施工过程中，当前的施工梁段上已存在施工荷载（挂篮、人群荷载）。表5-3为考

38、虑自重、预应力和施工荷载的作用后，位移计算结果。为了对比各个施工节段在自重和预应力作用下的变形值表和考虑自重、预应力和施工荷载的作用后的变形值表差别，对每个截面上7个点的位移进行了平均，以代表这个截面上中心点处的位移值。下图中横坐标为各个梁梁中心截面到0号段中心的距离。图514各阶段施工时在不同荷载工况下的位移值图中B曲线为C曲线和D曲线的差值，反映了悬臂施工过程中在自重和挂篮作用下产生的挠度。从整体上看，刚构桥施工过程中的结构是悬臂结构，因此在变形曲线上反映为比较规则的多次曲线形式。每个正在施工节段的线形控制过程中不仅要考虑当前施工状态下各种荷载作用对悬臂挠度的影响，还需要考虑后序段对当前施

39、工节段挠度产生的影响，表54为后序节段对正在施工的当前节段的挠度产生的影响。后序节段对正在施工的当前节段的挠度产生的影响表 表5-4段号挠度大小（mm）123456710.1410.1750.12670.1640.13-0.257-0.25120.0190.0710.1020.0570-0.426-0.4363-0.199-0.156-0.114-0.158-0.202-0.665-0.6594-0.584-0.585-0.517-0.585-0.587-0.952-0.9485-1.068-1.072-1.031-1.082-1.072-1.382-1.386-1.796-1.752-1.7

40、25-1.755-1.803-2.089-2.0897-2.778-2.809-2.791-2.821-2.792-3.086-3.0918-4.211-4.304-4.329-4.317-4.228-4.607-4.6179-6.277-6.349-6.387-6.364-6.297-6.651-6.66410-9.046-9.303-9.555-9.315-9.095-9.431-9.45611-13.474-13.831-14.253-13.853-13.511-13.945-13.96912-18.768-19.132-19.488-19.152-18.798-19.161-19.18

41、113-20.326-20.394-20.433-20.413-20.351-20.514-20.5314-20.651-20.647-20.605-20.66-20.666-20.732-20.74215-19.827-19.733-19.782-19.744-19.841-19.727-19.73516-16.113-16.075-16.015-16.076-16.129-16.123-16.1317-15.172-15.222-15.297-15.244-15.191-15.126-15.11618-12.276-12.528-12.782-12.546-12.304-12.407-12

42、.42519-7.642-7.666-7.732-7.709-7.692-7.54-7.57320-0.242-0.010.173-0.058-0.3230.1530.093注：表中正号表示位移向上。各个施工节段在自重和预应力作用下的变形值表 表5-2段号自重预应力（mm）123456710.0840.0670.0510.0730.0880.0940.08320.330.2570.1490.2630.3360.3600.36430.6220.5520.4210.5420.6090.7220.70541.0821.0590.9061.0461.0661.1191.10351.6721.6381.

43、5121.6341.6571.6451.63262.4662.3912.2772.3812.4532.4562.44673.5273.5193.3973.5203.5243.5633.55785.0745.0434.9155.0475.0765.0935.09397.0997.0126.8527.0187.1047.1027.107109.6749.7659.8789.7719.7119.7499.7671113.78914.09914.42714.11413.81614.03314.0521218.71519.05919.37919.07318.73318.96618.9801319.973

44、20.01119.97120.01819.98320.03420.0421420.18420.12719.94820.13020.18220.13320.1341519.52819.37819.29619.37019.52419.30719.3041616.32416.24216.06316.22316.31816.24016.2351716.30016.31616.29316.31716.29116.18516.1781814.70314.98015.18414.97314.69214.83114.8231911.81311.85911.87111.86311.80211.72711.719

45、206.4346.3076.1186.2996.4226.1696.160注：表中正号表示位移向上。考虑自重、预应力和施工荷载的作用后的变形值表 表5-3段号自重预应力+挂篮、施工人群荷载（mm）123456710.0520.044-0.0760.0500.0570.0890.07820.2900.2120.0140.2170.2950.3400.34430.5660.4850.2590.4750.5530.6820.66440.9980.9610.7110.9490.9821.0481.03251.5461.5041.2711.4931.5311.5301.51862.2802.1881.9

46、722.1782.2672.2802.27073.2513.223.0033.2223.2483.2893.28384.6664.5994.3614.6034.6684.6804.68096.5106.3706.0866.3766.5166.4986.502108.8108.8168.8278.8218.8478.8598.8781112.53912.78812.97412.80312.56612.75212.7711216.95517.21217.40917.22516.97317.17217.1861317.55717.53117.34517.52717.56617.58217.5901416.93416.81816.49416.82016.93616.85016.8521515.24815.03614.80915.01615.24414.99014.9871610.77210.31110.30410.59710.76610.65010.64517