1、 悬臂施工技术简述
　　随着桥梁施工技术的迅速发展，在40～200m范围内的大跨径桥梁施工中已普遍采用了自架设体系施工方法。它是以已经完成的墩顶段即通常所说的0#块为起点，通过悬吊的挂篮将桥梁上部结构分节段施工，逐段对称的向两侧跨中合拢，形成整桥。但是逐段浇筑施工各节段混凝土龄期不同，合拢时需要进行体系转换，混凝土的收缩、徐变而产生的结构内力和变形也十分复杂，同时还受到诸如温度、湿度等因素相互影响，且这种相互影响又各有特点，因此造成各节段内力和变形随施工进程而偏离设计目标值。因此，桥梁悬臂施工中，最困难的任务就是施工挠度的计算与控制。科学合理确定悬臂施工的预拱度或通过预应力手段控制施工挠度对全桥顺利合拢是至关重要的。
　　预应力混凝土连续梁桥悬臂施工时的受力状态与成桥后的结构受力较为接近，所以其结构受力状态有利于悬臂施工。施工时的预应力筋张拉既是施工时的临时需要，又是成桥后的结构受力筋。
　　2、影响桥梁挠度的因素
　　2.1、施工阶段影响挠度的因素
　　施工阶段影响挠度的主要因素主要包括施工阶段一期恒载；施工临时荷载；悬浇的挂篮和模板机具、设备重量；温度效应；湿度变化；风载；桥墩变位、基础沉降等。这些因素中还包含了许多随机性变化的影响，比如混凝土材料自身的弹塑性性能，各节段加载时间的不确定性使混凝土加载龄期发生变化，具有不确定性。预应力损失因施工偏差产生的无规律性。日照温差使结构内外温度变化的不均衡性等，给挠度变形的精确预估造成较大困难。
　　2.1.1、结构参数
　　1、结构构件截面尺寸。任何施工都可能存在截面尺寸误差，而这种误差将直接导致截面特性误差，进一步影响结构内力、变形等。
　　2、材料弹性模量和材料容重。结构材料的弹性模量和结构变形有直接的关系。材料容重是引起结构内力和变形的主要因素，不同的集料和不同的钢筋含量都会对容重产生影响。
　　3、施工荷载。在所有的自架设体系中都存在施工荷载，这部分荷载属于临时荷载，是施工控制中是不容忽视的，一定要根据实际取定。
　　2.1.2、预加应力。
　　预加应力是影响预应力混凝土结构的重要参数，其预应力值大小受很多因素影响。文献[1]中指出预应力损失对结构极限强度影响很小，但影响使用荷载下的结构性能，过高和过低的估计预应力损失都是不利的。文献 [2]中给出了预应力损失的计算公式。
　　2.1.3、温度效应
　　研究表明，桥梁结构由日照温差、季节温差、骤变温差、残余温差、不同温度场等温度差效应引起的最大应力可以达到甚至超过活载应力，有时也是预应力混凝土桥梁产生裂缝的主要原因。文献[3]还对温度滞后效应、温度场模式的取用对桥梁施工挠度的影响进行了研究。文献[4]对温度效应对桥梁挠度和内力的影响也进行了阐述。对于单室箱梁竖向沿梁高与横向沿梁宽的温度分布，文献[6]提出了温差分布的简化计算公式：
　　
　　
　　式中：T0y—箱梁顶、底的温差，一般取值约为15℃，仅计算竖向温差时取约20℃；
　　 T0x—箱梁两侧腹板的温差，一般取值为15℃；
　　 Cx 、Cy—指数系数（一般取7，仅考虑竖向温差时 Cy取5，x、y以米计）。
　　单室箱梁温差分布如图3.1所示：
　　
　　图1 沿梁高和梁宽温差分布
　　2.1.4、混凝土收缩、徐变
　　文献[6]详细阐述了收缩、徐变的数学模型及收缩、徐变的应力－应变关系方程及分析方法。关于混凝土收缩、徐变的各种理论和假设，迄今为止还没有一种能被广泛接受。但由于混凝土加载龄期短、各节段龄期相差较大，混凝土收缩、徐变对结构内力、变形又有较大的影响。因此从桥梁施工控制的角度对混凝土收缩、徐变进行研究有着重要意义。
　　2.2、使用阶段影响挠度的因素
　　2.2.1、预应力筋松弛
　　预应力钢索在持久荷载作用下会产生随时间增长而增加的应变，即预应力钢索发生蠕变，应力也相应下降。松弛应力损失与加载时间有关，计算时要根据加载时间的不同采用不同的松弛损失值。预应力结构施加预应力后，随即产生徐变，造成预应力损失。一般张拉时控制索力N＝0.75Tmax（Tmax为极限拉力）。由于悬臂索有平弯、竖弯的管道摩阻、夹片松弛以及箱梁阶段砼的收缩和轴向压缩所造成的预应力索缩短，使有效预应力损失后降至（0.55～0.60）Tmax。
　　2.2.2、收缩、徐变
　　混凝土收缩、徐变是混凝土的固有特性也是造成预应力筋中应力随时间而降低的主要因素。收缩是混凝土的一个重要性能,它对混凝土及钢筋混凝土结构的性能有很大影响,在一般使用条件下,由于混凝土的收缩而引起的应力,足以使结构产生变形,以至裂缝,从而降低其强度和刚度,它还会使混凝土内部产生微裂缝,破坏混凝土的微观结构,降低混凝土的耐久性能,对于预应力钢筋混凝土结构,由于混凝土收缩,会产生应力损失。混凝土随着时间的推移,收缩加大,由于张拉产生偏心力,使梁顶的混凝土收缩加剧,而对于下部,由于偏心力的作用,收缩减缓,因而对梁必然产生向下的挠度。混凝土的徐变变形,随着外荷载的长期作用而增大。由于张拉应力作用下而压应力使箱梁下挠值也在持续增长。而且合拢后进入运营状态若干年后，砼徐变和收缩影响，使梁在轴向变形加剧，预应力N进一步降低到（0.45～0.50）Tmax，，由收缩、徐变产生的预应力损失加剧了跨中下挠。
　　3、控制桥梁挠度的措施
　　3.1、设置预拱度
　　设置预拱度是目前最常用的消除下挠的方法。其目的是克服桥梁悬臂施工引起的静定结构的短期弹性挠度、长期徐变挠度及预应力长期损失造成的下挠，保证桥梁在同一跨内合拢时两悬臂端的标高相差不大，对于静定悬臂施工的两端应保持平衡并预设上拱度。一般设置预拱度的曲线和数值，是将施工开始到完工后四年每一节点的弹性挠度、收缩徐变挠度和使用阶段汽车荷载的挠度曲线及数值向上反拱，即为主桥理论的预拱度。
　　从力的平衡观点分析，“预拱度”仅是改变了底模的标高，来控制梁面的高程，并没有改变梁内的不平衡弯矩的存在，也就没有消除初始转角θ（如图2）。当砼徐变发生后连续梁将继续沿初始转角θ的方向下挠。而且设置预拱度也是运营后砼徐变产生的原因之一，预拱度越大将来持续下挠也就越多，因此“预拱度”不能解决力的平衡，因此不能消除合拢后箱梁后期的继续下挠，认为设置预拱度能解决砼徐变下挠的观念是错误的，其作用仅仅在于调整桥梁线形符合设计要求。
　　
　　图 2 连续梁转角θ示意图
　　3.2、恒载零弯矩设计
　　1988年范立础院士主编《预应力砼连续梁》书中第301页中提出一种减少由混凝土徐变引起次应力的途径：即选择预加力引起的弯矩，使它刚好抵消建造过程中产生的弯矩，这样结构不产生挠度，砼徐变对结构的影响也被消除。此方法简称“零弯矩法”。
　　这种观点以挠度为目标控制，其特点是用预应力的配置来抵消悬臂施工自重弯矩Mg保证了施工中梁各截面恒载弯矩∑Mi＝Mt－Mg＝0时，即消除了挠度和梁初始转角θ。这样当砼徐变发生时，梁体仅有轴向位移而不产生挠度，这样就可以不设预拱度。
　　所采用的预应力N值是按几年以后考虑徐变的有效值，即N＝（0.45～0.50）Tmax。因此在悬臂施工时（未发生徐变）其索力N＝（0.55～0.60）Tmax偏大，将造成梁面普遍上抬，在实例桥计算中，如果抬高量超过了3cm时将影响箱梁的线形控制。此时应考虑在箱梁面上预压重，将预应力过高所产生的上翘降低。
　　
　　图3.连续梁桥施工状态和合拢状态下跨中弯矩比较图
　　3.3、施工阶段“预压抛重”
　　一般以挂篮的重量做压重。当挂篮太轻和预应力损失较小时，还需另加（铁块和储备的钢筋等）压重。随着伸臂的加大，如果又发生意外的下挠度时，可以搬动和减少压重来调整。
　　3.4、跨中预应力索与箱梁压重
　　在桥梁使用阶段，混凝土收缩、徐变及预应力长期损失是无论如何不可避免的，由其产生的下挠值也是一个随时间变化的变量。跨中底板束的作用是抵抗由于体系转换、二期恒载、汽车活载等产生的跨中正弯矩，张拉跨中底板束时在跨中附近产生负弯矩，能够引起跨中上拱。为了控制大跨径预应力混凝土梁桥跨中下挠过大，可以增加跨中底板束，改善跨中受力状态，减小混凝土收缩徐变对跨中下挠的影响。合拢段浇筑砼后应进行体系转换。随着箱梁下缘预应力的逐步张拉，箱梁跨中逐渐抬高，当下缘张拉预应力所产生的负弯矩能抵消连续梁恒载正弯矩Mg+时，则连续梁结构就基本形成。但在桥梁使用阶段，混凝土收缩、徐变及预应力长期损失是无论如何不可避免的，由其产生的下挠值也是一个随时间变化的变量。计划后期张拉的下缘预应力索，如果在合拢后就张拉将引起箱梁面的上翘；如果在发生了下挠后再张拉，其挠度也很难上抬。为了解决这个矛盾，可以引入“提前张拉”和“跨中预压重”两个工序同时进行的概念。经实例桥计算：形成连续梁后箱内预压重100t可产生1.5cm的挠度，来抵消张拉下缘预应力的1.5cm上抬值，这样就可保持了跨中箱梁面高程不变。这样在使用阶段就可以通过调整配重来调整桥梁的长期下挠，使桥梁线形常年基本不变。
　　
　　参考文献
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　　[2] 中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社
　　[3] 佘小年,方志,汪剑，周宏林.大跨径预应力混凝土连续梁桥的温度效应[J].公路 ,2003(11)，135-138.
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