【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固結模型的準確選用和邊跨合龍工程的仿真模擬，對成橋狀態(tài)線型控制的影響程度，用以說明結構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)是我們期望在每個節(jié)段施工期間實現的目標，而實際施工期間的某一狀態(tài)總是偏離相應階段的理想狀態(tài)，這就是誤差所致【1】，根據誤差產生的原因和修正的辦法的不同，將其分為設計參數誤差、施工誤差、測量誤差和結構分析模型誤差等四大類型，其中設計參數的誤差分析和修正有較多的研究成果，有許多成熟的實踐積累【2，3】。而對于大跨徑連續(xù)梁橋，準確選用結構分析模型（本文所指結構分析模型包括結構模型和工況模擬兩部分），尤其是懸臂施工期間的墩頂！臨時固結模型和邊跨合龍的仿真摸擬，將直接關系到結構體系轉換后的線型狀態(tài)，對結構最終的合龍和成橋狀態(tài)線型起著關鍵的作用。因此，根據實際施工情況，選用準確、合適的墩頂臨時固結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固結模型的準確選用和邊跨合龍工況的仿真模擬，對成橋狀態(tài)線型控制的影響程度，用以說明結構分析模型在大跨徑連續(xù)梁橋工程控制中的重要性。
天津永定新河大橋為唐津高速公路跨越永定新河的一座大型橋梁，大橋主橋為三跨預應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。橫斷面為兩個分離的單箱單室箱型梁，箱型梁頂板定12.0m，箱寬6m，兩側挑臂各3m。大橋采用懸臂澆筑法施工，主墩墩頂零號段長度為 22.0m，節(jié)段長度有 3.0m、3.5米和 4.0m三種，主墩每側各 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。邊跨支架現澆段長度為 26.6m，中跨和邊跨合龍段長度均為2.0m。
大橋于1999年8月開始箱梁零號段施工，2000年6月全橋結構合龍。

二、結構模型誤差
連續(xù)梁橋的結構模型問題關鍵是懸臂施工期間墩頂臨時固結的模擬問題。由于墩頂臨時固結的方式很多，而不同的墩頂固結方式會產生不同的成橋線型。在結構分析時，每一種固結方式都需要簡化成一種力學和位移條件與實際相適應的結構模型，如何選擇適當的簡化模型，避免工程控制中由于結構模型選擇不當引起的計算狀態(tài)和實際狀態(tài)之間的誤差，這是工程控制首先要解決的問題。圖1所示為三種常用的墩頂臨時固結方式。

圖2所示為四種計算采用的臨時固結模型，模型1將撤頂兩側的固結混凝土墊塊用兩個鏈桿支座代替；模型2將實際墩身結構模擬在計算模型中，并把墩頂固結墊塊按實際剛度和面積作為一個桿單元處理；模型3在模型2的基礎上，將實際采用的墩身兩側輔助混凝土立柱作為桿單元與墩身共同構成固結模型；模型4也是在模型2的基礎上，將墩身兩側抵抗不平衡力矩用的鋼絞線模擬為可調值索單元，計算中可通過索單元軸向力調值模擬實際施工中對鋼絞線的分批張拉。

對以上四種模型分別進行計算，其前進分析成橋時主要節(jié)點的位移狀態(tài)和主要單元的力狀態(tài)結果見表1所示，施工期（以12號節(jié)段澆筑混凝土和張拉預應力為例）的位移狀態(tài)、撓度和理論拋高值見表二所示。結果表明，不同的臨時固結模型，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％，相應在表2可見，其岸測和河側12號節(jié)段理論拋高值也分別相差41％和18.5％。顯然，圖1中（a）的固結方式采用圖2中模型2來模擬是合適的，若采用模型1來模擬，就會產生較大的誤差。類似地，比較模型2和模型4可以知道，雖然兩者澆筑節(jié)段混凝土和張拉預應力產生的撓度非常接近，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12號節(jié)段理論拋高值相差30％。可見，若忽視固結鋼絞線的作用，將圖1中（ C）的固結方式簡單采用模型2來模擬，同樣會產生較大的誤差。另外，四種臨時固結模型的成橋內力狀態(tài)又都是非常接近的。
連續(xù)梁懸臂施工期的墩頂；臨時固結模型誤差的特點是：在每一節(jié)段的施工中，各階段的實測值撓度和計算值很接近，誤差不大，因而其原因不易發(fā)覺，通常會計入設計參數誤差中而被修正；模型誤差引起的線型偏離是伴隨結構體系轉換而發(fā)生的，因而會形成無法修正的局面，造成合龍困難。

三、工況模擬誤差
結構分析中的工況模擬應盡可能接近實際施工步驟，方可減少由于工況模擬誤差帶來的施工期和成橋狀態(tài)的線型與內力誤差。連續(xù)梁橋邊跨合龍時，實際操作是分階段、分步驟實現的。具體工況劃分和施工周期見表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步驟簡化為采用一個工況模擬，稱為邊跨合龍工況模擬2。對兩種邊跨合龍的工況模擬分別進行計算，其成橋時主要節(jié)點的位移狀態(tài)和主要單元的力狀態(tài)見表4所示。由表可見， 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，將導致計算值與實橋線型發(fā)生較大的誤差，根據零位移倒退分析進行工程控制，會使實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，同固結模型的影響一樣，兩種邊跨合龍工況模擬對結構內力影響很小。

工況模擬誤差導致成橋線型偏高理想狀態(tài)的主要原因在于各計算工況中產生混凝土收縮、徐變等變形時的結構應力狀態(tài)及時間與同期實橋的應力狀態(tài)、施工周期存在著差異。其誤差產生的特點類似于固結模型誤差，只有在邊跨合龍完成后，誤差全部發(fā)生時才被發(fā)覺，且已無法調整。

四、實橋線型控制成果
永定新河大橋兩個主墩分別屬于兩個施工單位，南北兩個主墩采用了不同的施工掛籃和墩頂臨時固結方式，南側主墩（SP27號墩）采用圖1（C）所示的固結方式，計算采用固結模型4，北側主墩（NP28號墩）采用圖1（b）所示的固結方式，計算采用固結模型3。兩個主墩采用不同的臨時固結方式，使得懸臂施工期間兩側箱梁頂面標高不具有可比性，給標高控制和撓度判斷帶來了困難。

圖4、圖5給出了大橋下游箱梁邊跨合龍并實現體系轉換和中跨合龍完成這樣兩個狀態(tài)線型的計算值和實測值（圖中標高放大100倍）。由于兩個主域運用了不同的固結方式，計算也相應采用了不同的固結模型，因而，在邊跨合龍并解除固結實現體系轉換以后，南側半橋中跨懸臂端產生的總豎向位移量的計算值和實測值分別為一34毫米和一23毫米，北側分別為一48毫米和一41毫米，南北兩側的計算值和實測值均比較接近，說明了工程控制中采用的兩個主墩的固結模型和邊跨合龍施工的工況模擬達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程中產生的線型誤差。

五、結語
對于大跨徑連續(xù)橋梁工程控制而言，建立簡單、明確的墩頂臨時固結模型和仿真的工況模擬有助于減小伴隨著結構體系轉換而出現的線型偏離，以避免對結構內力不利的強迫合龍，也有助于判斷修正設計參數等誤差時排除結構模型誤差的干擾。
為了減少結構分析模型誤差對大跨徑連續(xù)梁橋工程控制的影響。一方面必須從結構實際支承條件和實測數值出發(fā)，通過對各種具有類似支承狀況的墩頂臨時固結模型進行比較分析，以獲得最能反映實際固結方式的位移和力學條件的墩頂固結模型。另一方面應對設計安排的施工順序和施工單位制定的施工組織設計進行反復協(xié)調，確定實際執(zhí)行的施工步驟，將其細化成為計算工況，并根據實際施工狀況進行不斷調整，最終才能得到反映實際施工的工況模擬。