摘 要

近年来，随着我国国民经济的快速发展和科学技术的进步，人民的衣食住行都在同步提升。在我国全面铺开的高速铁路建设中，大跨径预应力混凝土桥梁占了很大一部分比重，成为了我国最有竞争力的桥梁类型之一。大跨径预应力混凝土桥梁具有结构刚度大、抗震能力强、结构合理、外观优美、性价比高等优点。桥梁结构成桥状态（线形与应力）与设计是否一致，施工过程中的监测监控就尤为重要。为了客观研究速铁路无砟轨道大跨径预应力混凝土桥梁的施工特点，本文运用结构有限元分析软件，对建设中的大跨径预应力混凝土桥梁进行施工过程模拟，分析大跨径预应力混凝土连续刚构桥结构受力与变形，以及相应的桥梁线形控制，以保证结构的施工安全和施工质量。

关键词：预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续刚构桥、施工监控、悬臂施工、线形控制

Abstract

In recent years, with the development of economy, people's basic necessities of life have been upgraded simultaneously. In the high-speed railway in China, long-span prestressed concrete bridge accounts for a large proportion and has become one of the most competitive bridge types in China. Long span prestressed concrete bridge has the advantages of reasonable cost, simple structure and beautiful appearance. Whether the final effect of the bridge is consistent with the original design is particularly important in the construction process monitoring. For objective research without a frantic jumble orbital speed railway construction characteristics of long-span prestressed concrete bridge, this article will be to the construction of long span prestressed concrete bridge model simulating the construction process by finite element software, the analysis of long-span prestressed concrete continuous rigid frame bridge structure stress and deformation, and the corresponding linear control of bridge, to ensure the construction quality and construction safety of the structure.

Key Words：Prestressed concrete continuous beam bridge，Prestressed concrete continuous rigid bridge，Construction control，Cantilever construction，Linear control

目 录

第1章 绪论 5

1.1大跨径预应力混凝土梁桥的概述 5

1.1.1大跨径预应力混凝土梁桥的发展 5

1.1.2悬臂浇筑施工法的施工工序及特点 6

1.2预应力混凝土桥梁线性控制的目的和意义 7

1.3问题的提出和本文的主要研究内容 7

第2章 大跨径预应力混凝土桥梁施工结构分析 8

2.1大跨径预应力混凝土桥梁施工结构分析方法 8

2.1.1前进分析法 8

2.1.2倒退分析法 8

2.1.3无应力状态法 9

2.1.4分析方法的选择 9

第3章  某高速铁预应力混凝土桥梁有限元模型建立 10

3.1工程概述 10

3.1.1结构主要材料 10

3.2 有限元软件的介绍 11

3.3 预应力混凝土桥梁有限元模型的建立 11

荷载参数 13

施工阶段划分 13

3.4 模型计算结果分析 14

3.4.1 挠度计算 14

3.4.2 应力计算 15

第4章 预应力混凝土桥梁线性控制 16

4.1线形监控 16

4.1.1预拱度设置与调整 17

4.1.2挂篮变形值的设置 18

4.1.3主梁高程观测 18

4.1.4测试工作的要求 19

4.1.5线形监测结果分析 19

第5章 总结与展望 24

5.1总结 24

第1章 绪 论

1.1 大跨径预应力混凝土梁桥的概述

1.1.1大跨径预应力混凝土梁桥的发展

早在二战之前，预应力混凝土梁桥这个概念就在欧洲被提出，而在经过了第二次世界大战，预应力混凝土连续梁桥才逐步发展。由于战争消耗了大量的钢材，欧洲各国在基础建设方面缺乏钢材来进行基础建设。因此，预应力结构才开始被广泛的研究与使用，一方面以提升建筑结构的强度，另一方面也是节省使用原材料。

建国之前，我国梁桥建设工艺主要采用的满堂支架法。包括施工工艺以及施工技术等等种种原因，一直限制着梁桥建设行业的发展。当时的混凝土桥跨径小、结构单一，在建设上处于落后水平。随着国家基础建设能力的提升，国家才有能力去注意梁桥工程施工建设中需要注意的结构与线性条件的监测，随后悬臂浇筑法才慢慢进入梁桥的施工方案中，大大改善了施工原状。

伴随着经济的发展，梁桥性能的要求也在一步步的提高。预应力混凝土梁桥具有的整体性优秀、车辆运行平稳、桥面平整、抗震性能好和跨径大等优点让它成为梁桥建设的首选，在诸多工程的广泛推广下，梁桥施工的技术也在不断完善、进步。预应力混凝土连续梁桥截面形式多种多样，其中大跨径预应力混凝土连续梁桥采用的都是箱型截面。主要源于箱型截面可控性高，其截面顶板、腹板、底板厚度都可以按照要求自由变化，足以满足各种形式梁的施工要求。随着衍生的如预应力技术、粱臂拼装技术、和悬臂浇筑等技术的发展，预应力混凝土梁桥渐渐地成为世界上都广泛采用的主流梁桥结构形式之一。随着技术的成熟和进展，我国的运营力混凝土梁桥逐步向着更大跨径发展，诸如兰州黄河大桥、松花江大桥等连续梁桥相继建成，都是我国在预应力混凝土梁桥建设技术上一个个不可磨灭的里程碑。

预应力混凝土连续梁桥通常在150米跨径以下时，具有巨大的优势，被广泛使用。但是一旦跨径超过150米时，跨径过大，导致箱梁需要更大吨位的支座进行支撑。这样的支座往往会花费巨大的支出用于养护和管理，并且不可避免的缩短使用年限，经济效益较低。所以在150米以上的跨径，往往都是连续刚构桥的领域。

虽然迄今为止，预应力混凝土梁桥的发展仍旧处于初级阶段，但是随着工程不断使用和理论研究不断丰富发展，其结构会不断推进，应用到更广泛的情况下。

1.1.2悬臂浇筑施工法的施工工序及特点

在实际的梁桥工程施工中，主要运用到的梁桥施工方法有两种，分别是悬臂浇筑法和悬臂拼装法。悬臂浇筑施工法由于它与大跨径预应力混凝土桥梁的施工要求相符，故多用于桥梁施工中，又称挂篮施工法。悬臂浇筑施工法有更好的安全性，在一定程度上提升了跨越的能力，所以其拥有广泛的应用前景和使用范围，尤其是在城市桥梁和山区桥梁的建设中。

悬臂浇筑施工的基础步骤是先施工桥墩和0号块节段，再用0块节段为支点用挂篮将模板用钢筋捆扎好，在相应的节段箱梁上用混凝土浇筑。随后等待其弹性模量达标，再进行张拉预应力钢筋，完成这一节段。随后不断重复以上过程直至合龙。如图1-1所示。

图1-1桥梁悬臂法施工流程

悬臂浇筑施工法的优点有如下几点：

（1）施工时不需要用到支架，适用于周边环境不便的情况如铁路通航河流峡谷时桥梁的建设，或者城市环境中立交桥的建设，不需要占用其他净空，不影响车辆通行；

（2）不需要用到大量的大型设备和重型起重设备，大大降低桥梁建设成本；

（3）桥梁的梁箱受力便于控制，而梁箱受力和成桥后受力状况接近，故在建设中就可以保证成桥后的受力控制；

（4）施工方式简单，提高施工效率。多个工作面可同时施工互不影响。

（5）悬臂施工属于分段施工，可进行变高度桥梁施工，既节约成本还可以丰富桥梁形态。

正是由于悬臂施工有这么多的优势，预应力混凝土桥才得以在工程中得到快速的发展，成为如今桥梁建设时的首选。

1.2 预应力混凝土桥梁线性控制的目的和意义

现如今，尽管我国桥梁工程发展良好，大跨度预应力混凝土桥梁一座又一座的建立在华夏大地上，连接一道道天堑，但是其中所展现出来的问题也不可忽视，一旦忽视，就将造成巨额的经济损失，所以必须在施工过程中对线形进行及时、有效的控制，事无巨细的保证整体的施工质量。

就整个工程而言，大跨度预应力混凝土桥梁是一项大工程，不仅施工量大，全程需要关注的动态变化也多。所以在实际进行桥梁工程施工的时候，对容易产生影响的种种因素，例如混凝土浇筑过程，预应力张拉程度以及构件内外温差大小等等就需要严加控制，不然轻则影响接下来的施工进度，重则直接导致桥梁线形失衡，无法合龙，造成极大的隐患。

时代的进步带来丰富的物质需求，桥梁作为衣食住行的一部分，近年来受到的质量要求也是节节拔升。只有在桥梁建设中对桥梁及时的进行控制，才能对整体质量有所保障。

1.3 问题的提出及本文主要研究内容

在桥梁施工进行中，很容易发现的是往往桥梁的线形坡度会明显对桥梁的线性造成影响。在进行铁路大跨径预应力混凝土桥梁施工的时候，需要同时考虑到应力作用和线形控制，其中线形控制更为关键。铁路桥梁通常承受载荷较一般桥梁更大，穿梭在山谷中时跨度大且墩高，所以线形的控制表现的更为明显。但是在实际的生产生活中，线性控制并没有引起它实际应有的重视。因此在桥梁整体的建设施工中，线形控制是非常重要的。

本文模拟一条高速铁路无砟轨道大跨径预应力混凝土连续梁桥，结合依托工程（三跨一联大跨径预应力混凝土连续梁桥，主跨100m，设计速度350km/h）大跨、挂篮悬臂分段施工、预应力索张力、混凝土收缩与徐变等，针对大跨径预应力混凝土桥梁的特点，充分考虑到材料对时间和温度的效应，完成结构计算分析，在实际工程中学习预应力混凝土桥梁施工中的结构分析和线形控制，了解相应的施工线形监控技术。

第2章 大跨径PC桥梁施工结构分析

在大跨径预应力混凝土桥梁的实际施工过程中，普遍采用的是分阶段逐步完成施工法。一般是在桥的桥墩两侧设置简易工作平台，通过可在与墩身连城整体的移动挂篮，逐段地对称地向跨中施工，也是逐段施加预应力。最后还要经历一个繁杂的结构体系转换的过程才能最终形成所要的桥梁结构。施工监测过程中需要逐步计算桥梁在每个节段上施工时的线形变化和应力情况，然后跟实际桥梁结构的各个参数进行分析与比较，从而不断减小误差，指导实际施工，保证施工安全稳定地进行。前进分析法、倒退分析法和无应力分析法是目前主要的三种结构分析法，三种分析方法的思路各不相同，而在实际生产中不同形式的桥梁结构对应的施工方法也不同，所以在实际应用时需要结合实际工程的情况具体情况具体分析。

2.1前进分析法

前进分析法又名正装分析法。是一种在施工过程中沿着桥梁结构的施工顺序，先将每一个阶段分开来，从第一个节段开始对每一个节段的状态进行依次计算，最后得到施工完成后整个结构的结构应力状态和线形变化情况。

对于一般的结构而言，在整个施工过程完成之后再对结构进行应力分析以及线性变化分析是允许的。但是对于悬臂浇筑法这样分阶段逐段施工的施工方式，实际荷载是慢慢地施加在连续梁桥结构上的施工步骤。实际施工中每一步都会对后续施工操作造成影响，影响的要素包括混凝土徐变，边界约束的改变等等。所以可以看到每一步都是需要具体分析的，最后成桥的结构状态与施工中每一步操作都息息相关。

这种从施工前期一直到施工后期分阶段地对桥梁结构状态进行结构分析的方法就叫做前进分析法。

2.2倒退分析法

在施工监控中，线形控制和强度控制都非常重要。线形如果有较大的误差，会导致最后的桥梁难以合龙，甚至影响桥梁的交付和使用。在实际施工中一般会设置一个预拱度值，从而使桥梁结构能一直按照设计线形进行施工。那些分阶段施工的桥梁，还会给各个阶段设置预抛高。这些都是前进分析法难以解决的，但是倒退分析法却能很好地解决这些问题。

首先需要假定结构的内力与线形在同时刻满足前进分析的结果。从假定的最后成桥状态开始，按照实际的施工步骤的逆过程，依次倒拆结构的每一个部分，分析计算并且记录每一个移出部分对其他结构的影响。而每次得出的结构线形和应力的状态就是下一次倒拆计算的初始值，从而得到各个施工阶段中桥梁线形和内力的理想状态。