[01327842]基于混凝土材料时变特性的多跨连续梁桥悬臂施工控制关键技术

(1)任务来源： 河南省教育厅科学技术研究重点项目（14A560016）。

(2)应用领域和技术原理 本项目属于桥梁工程领域，涉及连续箱梁桥悬臂施工控制技术的开发与应用。

悬臂施工是连续梁桥常用的一种施工方法。多跨连续梁桥悬臂施工形成的T构和施工段数较多、工期长，而混凝土强度、弹性模量和收缩徐变均随龄期的增长而变化，进而导致相同编号的施工段混凝土强度、弹性模量和收缩徐变等性能在不同T构中不尽相同。

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中未明确混凝土强度时变特性，因而目前连续梁桥悬臂施工控制中，一般不考虑混凝土强度时变特性，即使考虑混凝土强度时变特性也是参考国外规范中混凝土强度时变本构关系。

实际工程为缩短工期常采用早强、高强混凝土，且施工现场环境条件恶劣，混凝土时变特性与国外规范给出的标准养护条件下的理论曲线具有一定差别。另外，悬臂施工一般工期较长，分段浇筑的混凝土配合比会根据施工季节做相应的调整，致使各施工段混凝土强度等级设计值虽然大致相同，但混凝土配比不同，后期强度发展也不同。

故悬臂施工中，在相同时间点上，不同施工段混凝土的强度、弹性模量、收缩和徐变等力学特性是不一致的，若假定力学特性一致而进行施工分析控制会产生一定的误差，甚至产生合龙困难，最终导致成桥后使用性能较差，降低桥梁的安全度。

悬臂施工梁桥应力监控是确保施工安全和运营安全的重要措施，但振弦应变计在安装或者使用中常有损坏，不能实现全寿命应力监控，且人工查看数据较为繁琐也不利于总体上了解监控部位的应力历史。

此外，悬臂施工中合龙施工分析和墩梁固结施工分析时，一般未考虑混凝土时变特性的影响。

为解决上述问题，本项目所应用的技术原理，包括以下几点：

1)考虑材料时变特性的悬臂施工控制方法

2)基于材料时变特性的合龙施工分析方法

3)基于材料时变特性的墩梁固结分析方法

4)基于空间受力分析的支架安全性验算方法

5)结构受力全寿命监控系统

（3）性能指标

1)通过实测强度时变本构曲线与理论本构曲线的对比，获得了强度时变特性对悬臂施工连续梁桥挠度和应力的影响规律，通过混凝土强度、收缩和徐变等时变特性对梁体挠度和应力的对比分析，明确了各时变特性对梁体挠度和应力的影响程度，为基于材料时变特性悬臂施工控制奠定了基础;

2)通过试验和数值模拟，获得了混凝土收缩、徐变和强度时变特性对多跨连续梁桥悬臂施工阶段和运营阶段梁体挠度和应力的影响规律，非均匀收缩徐变和剪力滞对挠度和应力的影响规律，从而在施工控制时采取针对性的措施，防止挠度和应力超限，确保桥梁施工和运营安全，最终形成了一套基于材料时变特性的悬臂施工控制方法;

3)基于材料时变特性的合龙施工对悬臂施工连续梁挠度和应力的详细分析，明确了自重、预应力、收缩徐变等因素对连续梁内力和变形的影响程度，确定了最优合龙顺序;

4)基于材料时变特性的墩梁固结施工分析模型，分析了不同墩梁固结工艺对梁体在施工阶段和运营阶段应力和变形的影响，确定了最优墩梁固结方案;

5)结合工程实际，研发了一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法，解决了损坏应变计的更换问题，开发了多跨连续梁桥悬臂施工应力控制分析软件，解决了大数据存储与查看问题，进而实现了结构全寿命受力监控。

（4）与国内外同类技术比较

1)现在悬臂施工控制大多采用空间梁单元进行分析模拟，而该项目采用的是三维实体单元模型，考虑了以往未考虑的非均匀收缩徐变、剪力滞效应和混凝土铺装层时变特性对梁体内力和变形的影响;

2)以往悬臂施工控制基本不考虑强度时变特性，本项目系统分析了实测、理论强度时变特性对悬臂施工连续梁体内力和变形的影响;

3)以往合龙施工分析时仅考虑合龙施工过程或者全桥合龙时刻的梁体内力和变形，本项目基于材料时变特性系统分析了合龙施工对合龙施工和运营阶段梁体内力和变形的影响;

4)以往采用简化受力模型考虑墩梁固结施工方案，未考虑材料时变特性对墩梁固结方案的影响，本项目基于材料时变特性，得到了墩梁固结对悬臂施工阶段和运营阶段梁体内力和变形规律;

5)以往振弦应变计安装损坏或者运行过程中损坏后无法更换，且数据分析较为繁琐，查找不方便且容易出错，本项目研发了可更换安装技术，开发了数据库系统，实现了全寿命应力数据自动化数据分析。

（5）成果的创造性、先进性

1)建立了基于材料时变特性的悬臂施工控制方法;

2)揭示了强度时变特性对悬臂施工连续梁内力和变形的影响;

3)揭示了不同合龙施工方案在合龙施工阶段和运营阶段梁体内力和变形的影响规律;

4)揭示了墩梁固结施工对施工阶段和运营阶段梁体内力和变形的影响规律;

5)揭示了支架的内力和变形规律，提出了基于空间受力的支架安全性验算方法;

6)建立了悬臂施工连续梁桥应力全寿命检测系统。