大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工監(jiān)控方案研究

1、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工監(jiān)控方案研究編輯?！菊款A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋采用懸臂澆注法 施工，施工中存在難以避免的誤差，需要進行橋梁施工監(jiān)測 與控制。以大跨度變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋為背景， 介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控的目的、內(nèi)容、施工 監(jiān)控細(xì)則和施工誤差調(diào)整策略，為大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的 安全施工和合理成橋狀態(tài)提供技術(shù)指導(dǎo)依據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，施工監(jiān)控，應(yīng)力監(jiān)控， 撓度監(jiān)控abst ract itisdifficult toavoiderrorsduringtheconstructionofprestressedcontinuousconcretebridgew

2、iththemethodofcantilevercasting. thusweneedtomonitorandcontrolbridgeconstruction. inthisarticle,withthebackgroundoftheconstructionofalarge-spanprestressedconcretecontinuousvaryingsectionboxgirderbridge,introducedthepurposes,contents,detailsofconstruetionmonitoringandthestrategiestoadjusttheconstruct

3、ionerroronitoring ， andprovioftheconstructionmdedthetechnicalguingbridgesafelyandcdanceforconstructiompletingthebridgeinareasonablestate【keywords】 prestr essedcontinuouscon cretebeam； construe tionmonitoring ； str essmonitoring ； def1 ectionmonitoring變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋作為一種結(jié)構(gòu)剛度大、 跨越能力大的橋型，在橋梁建設(shè)中具有廣泛的發(fā)展前景

4、。連 續(xù)梁的分段懸臂澆筑法是目前國內(nèi)外大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土 橋梁的主要施工方法，但在施工過程中的諸多因素都會影響 橋梁結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力方面與設(shè)計出現(xiàn)偏差。當(dāng)上述因素與設(shè) 計不符，而且不能及時識別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時 必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施，引 起誤差積累1。因此，需要對掛籃懸臂澆筑施工過程進行 監(jiān)控，制定有效合理的施工監(jiān)控方案一方面可確保橋梁結(jié)構(gòu) 在施工及成橋后受力合理，以使得橋梁結(jié)構(gòu)的成橋線形迗到 設(shè)計狀態(tài)和要求；另一方面可確保懸臂澆筑施工過程中結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定和安全，以使得整個施工過程安全順利的進行。1.工程概況某主線橋平面位于r =7m圓曲線上，主橋 采用45m

5、+2x80m+45m四跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié) 構(gòu)，上部箱梁采用單箱雙室截面，變高梁段箱梁底板上下緣 均為次拋物線。箱梁頂寬，底寬，根部梁高，跨中，腹板厚4060cm，墩頂處箱梁頂板厚60cm,其余處箱梁頂板厚28 cm, 底板為2555cm，采用掛籃懸臂澆筑法施工。2.施工監(jiān)控內(nèi)容大跨橋梁施工控制是一項系統(tǒng)工程，具 體而言就是對橋梁上部結(jié)構(gòu)懸臂澆注施工的過程進行應(yīng)力、 變形及穩(wěn)定性等的監(jiān)測與控制，其施工監(jiān)控工作具體包括:對橋梁設(shè)計的進一步分析復(fù)核，確保橋梁施工過程及成 橋狀態(tài)的受力與變形符合現(xiàn)行規(guī)范要求；在上部結(jié)構(gòu)正式施工前，對施工組織進行詳細(xì)審查，對 施工方案的安全性進行分析，特別是

6、對掛籃懸澆、施工支架 及墩梁固結(jié)設(shè)施等的復(fù)核與安全性分析；大跨度橋梁的施工均采用分階段逐步完成的施工方法， 為達(dá)到成橋的線形和受力狀態(tài)，需確定與設(shè)計成橋狀態(tài)相應(yīng) 的合理施工初始狀態(tài)。對施工過程的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力及穩(wěn)定性進行監(jiān)測，確保 施工過程結(jié)構(gòu)受力及幾何形態(tài)處于受控狀態(tài)。3 .施工監(jiān)控細(xì)則橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)核。對掛籃懸臂澆注施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連 續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，需要進行以下幾個方面的基礎(chǔ)性分析計算，以 確保施工過程安全及施工控制參數(shù)的準(zhǔn)確性。施工過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力驗算；成橋正常使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形驗算; 成橋極限承載狀態(tài)下結(jié)構(gòu)強度驗算；施工過程橋梁變形分析，以確定設(shè)計預(yù)拱度。預(yù)拱度設(shè)置。對于懸臂澆注施工的預(yù)

7、應(yīng)力混凝土橋梁， 其線形調(diào)整主要是通過設(shè)置合理的預(yù)拱度來實現(xiàn)的。因此， 線形控制的關(guān)鍵在于分析預(yù)拱度的組成以及確定各組成的 取值。預(yù)拱度控制主梁懸澆段的各節(jié)段立模標(biāo)高可按下式確 定：hi=ho+fi+f 掛籃+l/2fp式中：hi待澆筑段主梁底板前端立模標(biāo)高；h0 該點設(shè)計標(biāo)高；fi _該施工階段及以后各施工階段對該點 撓度影響值，該值包括恒載、移動荷載、徐變、體系轉(zhuǎn)化、 預(yù)加應(yīng)力等影響；f掛籃_本節(jié)段的掛籃變形值，由加載 試驗提供；fp_活載作用下產(chǎn)生的撓度。上述各參數(shù)在有 限元分析基礎(chǔ)上，根據(jù)實測信息，對計算預(yù)拱度進行調(diào)整和 預(yù)測，確定最佳預(yù)拱度2,3。線形監(jiān)控。通過對懸臂澆筑掛籃變形及主

8、梁線形進行監(jiān) 測，可以掌握懸臂澆筑掛籃體系的變形情況，從變形上來判 斷掛籃結(jié)構(gòu)的工作性能及安全狀況；可檢查施工好的混凝土 主梁的線形同設(shè)計目標(biāo)線形間的差異情況；還可積累混凝土 梁施工過程中懸臂澆筑掛籃的變形資料和混凝土主梁的變 形資料，為下階段主梁預(yù)拱度的設(shè)置提供參考，為線形控制 服務(wù)。因此需進行的監(jiān)測項目主要包括：掛籃結(jié)構(gòu)、混凝土 主梁標(biāo)高、混凝土主梁中線。線形測點布置及方法。為進行線形監(jiān)測與控制，需要選擇合適的測量控制點，并在模板、混凝土梁段及掛籃的關(guān)鍵 位置設(shè)置觀測點。采用幾何水準(zhǔn)方法對懸臂澆筑過程各測點 的變形情況進行監(jiān)測，根據(jù)標(biāo)高的變化情況，來推算掛籃和 混凝土主梁的變形。測量時應(yīng)避

9、開溫差較大的時段。懸臂澆 注正式施工前，應(yīng)首先確定統(tǒng)一的變形監(jiān)測網(wǎng)，變形監(jiān)測基 準(zhǔn)點埋設(shè)在穩(wěn)定的地方。根據(jù)地面基準(zhǔn)點，再將基準(zhǔn)點引至 每一墩頂箱梁0號塊底板與頂板。底板作為立模高程控制點， 頂板作為撓度監(jiān)測工作點，并做好明顯的紅色標(biāo)識。懸臂澆 注施工過程中，一般在底模板前端選3個特征位置，以控制 施工立模誤差。為了進行懸臂澆筑掛籃在混凝土自重作用下 的變形測量，需要對主桁架、底籃及行走滑道的標(biāo)高進行測 量。在主桁架前吊桿上錨固位置、底籃前吊桿下錨固位置及 行走滑道的前、中、后位置布置變形測點，橫向與兩主桁架 的位置相對應(yīng)。對于各施工節(jié)段，沿縱向，在各施工節(jié)段懸 臂前端及0號塊中間、前端設(shè)置測點

10、；沿橫向，在腹板頂板 相交處、頂板中部設(shè)置測點。各測點采用約30cm長的短鋼 筋，要求鋼筋頭露出澆注好的橋面約23cm，并要求將露 出橋面部分均用油漆涂成紅色并編號。懸臂澆筑掛籃施工混凝土橋梁的線形如圖2所示 形測點布置示意2懸澆施工混凝土主梁線線形測量工況。在采用掛籃進行各孔懸澆施工時，從線形控制的角度出發(fā)，共設(shè)置了如下的測量工況（1）立模后；（2）鋼筋綁扎后；（3）混凝土澆筑后；（4 ） 預(yù)應(yīng)力張拉前；（5）預(yù)應(yīng)力張拉后；（6）脫模后；（7）掛籃行 走后。主梁截面應(yīng)力監(jiān)測。為了掌握掛籃懸臂澆筑施工混凝土 箱梁的應(yīng)力隨施工過程的變化情況及確?；炷料淞菏芰?的安全性和合理性，有必要對掛籃懸臂

11、澆筑施工混凝土箱梁 的應(yīng)力進行監(jiān)測與控制。應(yīng)力監(jiān)測方法。采用鋼弦式應(yīng)力計對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的 應(yīng)力進行測試，通過測量測點應(yīng)變換算應(yīng)力值。對于鋼弦式 應(yīng)力計，是利用傳感器內(nèi)腔中鋼弦頻率的變化來反映被測物 體的應(yīng)變。鋼弦式應(yīng)力計的輸出信號為鋼弦的振動頻率，其 與應(yīng)變的關(guān)系如式。f =121o p=121eg e p對于混凝土結(jié)構(gòu) 采用鋼弦式應(yīng)力計測得的是總應(yīng)變，其包括了非應(yīng)力應(yīng)變成 分，要得到被測位置的真實應(yīng)力，必須準(zhǔn)確扣除非應(yīng)力應(yīng)變。 而非應(yīng)力應(yīng)變又因測量對象及測量位置的不同而異。其應(yīng)力 測量的計算公式如下：o=e（et-eu）式中：o荷載作用下被測結(jié)構(gòu)測點的應(yīng)力；e被測結(jié)構(gòu)材料的彈性模量；e t

12、 應(yīng)力計直接測得的應(yīng)變;各非應(yīng)力應(yīng)變成分的總和。對于埋入混凝土中與粘貼在混凝土表面的應(yīng)力計而言，的組成可分別由表迖式、給 出：e u=ec+es+et=ec+es+a at e u=eta at式中：et溫度變化引起的材料變形量；a鋼材的線膨脹系數(shù)；at 一溫度變化量；ec、es一分別 為混凝土徐變和收縮引起的非應(yīng)力應(yīng)變成分。在采用鋼弦式 儀器進行結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測試中，需要特別注意的是溫度對測試 結(jié)果的影響，在應(yīng)力計算時須將溫變引起的自由應(yīng)變予以扣 除。因此，從溫度對鋼弦式儀器進行應(yīng)力測試影響的角度考 慮，每個鋼弦式應(yīng)力計都必須配置一個溫度傳感器。編輯。 對于采用埋入鋼弦式應(yīng)力計進行混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力

13、測量，其測 量精度還受到混凝土徐變和收縮引起的非應(yīng)力應(yīng)變成分等 的影響，須采取相應(yīng)措施對該非應(yīng)力應(yīng)變成分進行剔除，目 前通常是在應(yīng)力計附近埋置無應(yīng)力計進行應(yīng)力補償。本應(yīng)力 監(jiān)測將在目前測試技術(shù)基礎(chǔ)上，通過增加測量次數(shù)，即在各 關(guān)鍵工況前后分別測量應(yīng)變值，通過計算增量的方法減少混 凝土收縮、徐變對應(yīng)力測試真值的影響。應(yīng)力測點布置。為了掌握橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實際 應(yīng)力狀態(tài)，須對主梁的關(guān)鍵受力截面進行應(yīng)力監(jiān)測。對于主 梁，一般選擇懸臂根部、1/4l、1/2l處截面作為應(yīng)力監(jiān)測截 面。其中，主梁懸臂根部截面是施工過程應(yīng)力監(jiān)測的重點截 面，必不可少。從技術(shù)、經(jīng)濟角度考慮，選擇其中的一個t 構(gòu)，對懸臂

14、根部、1/4 l、1/2l處截面進行全面的應(yīng)力監(jiān)測， 對其它t構(gòu)關(guān)鍵截面選取應(yīng)力較大測點進行應(yīng)力監(jiān)測。應(yīng)力 測試截面測點布置如圖3所示。應(yīng)力測試工況在施工過程中選擇各節(jié)段混凝土澆筑完畢、預(yù)應(yīng)力張拉完畢、掛籃前移到位以及各合攏段澆筑前后、 合攏段預(yù)應(yīng)力張拉后、上二期荷載前后等作為應(yīng)力測試工況 同時要求每隔一段時間定期測量。應(yīng)力測試工作最好在溫度 較為恒定時進行，同時須進行溫度的測試。主梁溫度監(jiān)測。溫度是影響主梁撓度的最主要因素之一 溫度變化包括日溫度變化和季節(jié)變化兩部分，日溫度變化比 較復(fù)雜，尤其是日照作用，季節(jié)溫差對主梁的撓度影響比較 簡單，其變化是均勻的。因此為了摸清箱梁截面內(nèi)外溫差和 溫度

15、在截面上的分布情況，在梁體上布置溫度觀測點進行觀 測，以獲得準(zhǔn)確的溫度變化規(guī)律。測量方法。采用經(jīng)封裝的熱敏電阻作為監(jiān)測傳感器，用 自動采集單元進行溫度場測試數(shù)據(jù)采集，采樣間隔將依據(jù)溫 度場的變化速率進行設(shè)置。如對混凝土水化熱的測量，可按 15分鐘采樣一次，而對混凝土結(jié)構(gòu)大氣溫度效應(yīng)的測量可半 小時一次。溫度測點布置。該橋主梁截面形式為單箱雙室，其施工 過程及成橋運營期間的溫度效應(yīng)往往較為明顯，對結(jié)構(gòu)的受 力和變形影響較大，從把握結(jié)構(gòu)受力及控制橋梁線形的角度 有必要選取一典型主梁截面布設(shè)溫度傳感器，用自動采集單 元進行主梁溫度場的監(jiān)測，其測點布置如圖4所示。為了保證測量結(jié)果的可靠性，在相應(yīng)位置設(shè)

16、置一輔助測試截面，其 測點布置與主測試截面相同，即共設(shè)置兩個溫度場測試截面， 每個截面布置35個溫度測點。施工誤差調(diào)整策略施工監(jiān)控方法。大跨度橋梁的施工均采用分階段逐步完 成的施工方法，在主梁各節(jié)段施工過程中，結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài) 并不總是與其理想吻合。橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工狀態(tài)與理想施 工狀態(tài)總是存在著一定的誤差，即理論預(yù)測存在誤差。橋梁 施工控制的主要目的是使施工實際狀態(tài)最大限度地與理想 設(shè)計狀態(tài)相吻合。要實現(xiàn)實際與預(yù)測相吻合，就必須全面了 解可能使施工狀態(tài)偏離理論設(shè)計狀態(tài)的所有因素，以便對施 工過程進行有效控制。自適應(yīng)施工控制方法是目前最常用、 最先進的施工控制方法。自適應(yīng)控制是在反饋控制的基礎(chǔ)上

17、 加上一個誤差識別過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)的實測狀態(tài)與理論狀態(tài)不相 符時，分析誤差產(chǎn)生的原因，根據(jù)該原因重新調(diào)整計算，使 模型的輸出結(jié)果與實測結(jié)果相一致。自適應(yīng)控制是一個預(yù)告 -施工-量測-計算-參數(shù)識別-分析-修正-預(yù)告的循環(huán)過程。 即在施工過程中，比較結(jié)構(gòu)測量的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果 依據(jù)兩者的誤差進行參數(shù)調(diào)整，使模型的輸出結(jié)果與實際測 量的結(jié)果相一致。利用修正的計算模型參數(shù)，重新計算各施 工階段的理想狀態(tài)，按反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進行控制。這樣， 經(jīng)過幾個工況的反復(fù)識別后，計算模型就基本上與實際結(jié)構(gòu) 相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。施工誤差調(diào)整。引起理論預(yù)測誤差的原因是多方面的，歸納起

18、來主要有以下幾個方面：結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差、施工誤差、 施工監(jiān)測誤差、結(jié)構(gòu)分析模型誤差及溫度變化不一致等。結(jié) 構(gòu)參數(shù)是施工控制中進行結(jié)構(gòu)施工模擬分析的基本資料，它 主要包括構(gòu)件截面尺寸、材料彈性模量、容重、收縮徐變系 數(shù)、熱膨脹系數(shù)、施工荷載、預(yù)加應(yīng)力等4，其正確性直 接影響分析的結(jié)果。實際研究表明，模型誤差及設(shè)計參數(shù)誤 差是引起大跨度橋梁施工控制的誤差主要因素之一?；谧?適應(yīng)的控制方法，對大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁懸澆施工過程 中的預(yù)測誤差調(diào)整，采取如下策略：(1) 采用準(zhǔn)確模型進行施工過程的模擬仿真分析，以盡 量較小模型誤差；(2) 比較實測值與理論預(yù)測值，若兩種誤差在允許范 內(nèi)，則按原預(yù)測值繼續(xù)下一節(jié)段的施工，否則進行第(3)步工 作；(3) 進一步分析誤差的原因，特別對實際的設(shè)計參數(shù)進 行識別，采用較為準(zhǔn)確的設(shè)計參數(shù)進行結(jié)構(gòu)分析，據(jù)此確定 下一節(jié)段的立模標(biāo)高等施工參數(shù)，對今后的施工狀態(tài)進行預(yù) 測。4.結(jié)語施工監(jiān)控在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的建 設(shè)中是必須的，是一項技術(shù)系統(tǒng)工程，施工監(jiān)控的項目組織 應(yīng)和項目的施工組織計劃