混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究

1、左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究f建造技術j 混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究左登發(fā)(合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院,安徽合肥230009摘要:在國內(nèi)外梁橋上部結構控制技術及其發(fā)展趨勢基礎上,結合析梁施工監(jiān)控實例,進行了有針對惟的研究。由于連續(xù)箱粱橋施工過程中結構受力復雜,材料參數(shù)、環(huán)境影響時變性較強,施工監(jiān)控的目的就是要保證橋梁成橋線形及受力狀態(tài)符合設計要求,以免出現(xiàn)質鼉和安全事敞隱患。有效的組織管理,分析、反饋施工現(xiàn)場的真實狀態(tài),同時進行結構仿真分析,在現(xiàn)代橋梁施工中起到重要的作用。關鍵詞:連續(xù)鋼箱梁橋;施工監(jiān)控;組織管理,結構仿真分析中圈分類號:U445.4文獻標識碼:A文章編號

2、:16735781(200902-0243-03橋梁施工監(jiān)控是保證橋梁建設安全可靠的重要環(huán)節(jié)。結構內(nèi)力和變形可以通過計算來預測,并可通過檢測手段了解工程實際的內(nèi)力和變形。施工階段中應用這種預測和跟蹤檢測手段,來掌握施工進度和發(fā)展情況,能迅捷地根據(jù)施工條件,有效地確定控制值,對施工加以指導,保證結構參數(shù)與設計值基本一致。良好的橋梁施工監(jiān)控不僅能確保橋梁建設的工程質量,而且為今后橋梁營運的安全性和耐久性提供有價值的參考信息1。目前國內(nèi)橋梁施工監(jiān)控仍處于起步階段,無論是理論研究,還是實踐操作都無標準和規(guī)范,很不成熟。施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響因素比較多,如何在混亂的數(shù)據(jù)中整理出合理的信息是相當困難的,而這些

3、必要的數(shù)據(jù)恰恰是施工控制反饋分析的基礎。另外監(jiān)控目標和施工實際也有脫離現(xiàn)象,進行理論計算的控制參數(shù),而在施工中往往出現(xiàn)偏差。這就使得不斷積累施工監(jiān)控技術顯得尤為重要,自動化程度較高的施工分析軟件系統(tǒng)也有待開發(fā)2。1混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控目標橋梁施工監(jiān)控是橋梁結構高技術施工不可缺少的部分,是一項技術性、時間性、協(xié)調性要求都很強的工作,其貫穿于整個施工過程的始終。在大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋的工程建設中,許多結構構件在施工期內(nèi)都會產(chǎn)生變化復雜的內(nèi)力和位移。為確保施工安全和質量,尤其是成橋后的線形,針對上部箱梁結構的理論力學計算分析和現(xiàn)場監(jiān)控都是非常必須的。與施工同步的監(jiān)測,對施工過程中各階段各種

4、工況下控制斷面的內(nèi)力、撓度等出現(xiàn)的問題進行跟蹤測試,并進行預應力損失和箱梁日變化規(guī)律等方面的測試,收集大量試驗檢測數(shù)據(jù)和資料,將現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與設計單位提供的理論計算結果進行比較,不僅可以是一個安全報警系統(tǒng),及時發(fā)現(xiàn)和避免橋梁結構在施工過程中出現(xiàn)超出設計范圍的參數(shù)和結構的破壞,還可以起到修正某些理論參數(shù)、或調整設計中可能出現(xiàn)的不足等作用L3“J。2施工階段的跟蹤檢測內(nèi)容2.1裂紋調查混凝土連續(xù)箱梁施工過程中,經(jīng)常存在不同發(fā)育程度的裂紋,除有可能在底板出現(xiàn)裂紋外,大多出現(xiàn)在腹板上。根據(jù)檢測資料統(tǒng)計,裂紋基本上分布在各跨1/4至3/4梁段之間,寬度大部分在0.1一-0.2ITllTI 之間,裂紋之間

5、的間距一般為2一-.5m。裂紋形狀主要表現(xiàn)為腹板外壁下寬上窄,腹板內(nèi)壁中間寬、兩頭窄。如果有關施工方案調整好,結構裂縫可以有效地控制。設計單位應該做好配合工作,在結構設計時盡量考慮施工的可行性,使結構計算模型接近施工實際工況;施工單位在積極調整配合比的同時,盡可能地克服因氣候、工藝等不利條件給養(yǎng)護帶來的不便,同時加強施工現(xiàn)場的管理,確保施工工藝符合結構設計受力的要求。試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,設計及施工方面的共同努力能取得一定的成效。牧稿日期:200810-28;修改日期:2009-0120作者簡介:左登發(fā)(1963一,男,安徽舒城人,合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院工程師.-r程與建設'200

6、9年第23卷第2期243左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究2.2撓度觀測在第一跨箱梁底板筋預應力張拉過程中,箱梁跨中部位有上撓趨勢;第二、三跨的完成對第一跨跨中的上撓趨勢影響較大;第四、五跨及以后的施工對第一跨的撓度影響則較微弱。2.3應力測試通過施工各階段監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,在箱梁的不同施工階段,結構的受力狀態(tài)在不斷變化,對于已成的箱粱部分來說,隨著下一施工階段的進行,其受力性能得到不同程度的改善。通常第二施工段的完成,使第一段跨中截面下緣由受拉變?yōu)槭軌?第二、三施工段的完成,都使第一跨跨中截面下緣壓應力大為增加;而以后各施工段,則對第一跨箱梁跨中應力影響較小。應力測試要求,各跨箱梁底板筋張

7、拉試驗以及各施工節(jié)段過程中,應力實測值與設計單位提供的計算值應基本接近,滿足規(guī)范要求。2.4預應力損失測試連續(xù)箱梁結構跨度一般較大,張拉力能否有效傳遞,張拉時的預應力損失是施工、設計等有關部門極為關注的問題。施工張拉時雖然采取油壓表與延伸率雙向控制,還是有必要采取其他方法。測試預應力損失可在梁段兩端的錨墊板與錨具之間預置鋼套環(huán),并在鋼套環(huán)上粘貼金屬應變片,通過跟蹤測試箱梁預應力張拉時的兩端鋼套環(huán)的應力差,反映出預應力的摩阻損耗情況。同時對照張拉時使用的油壓表與延伸率雙向控制結構,確定檢測應力損失值。根據(jù)設計單位提供的有關預應力損失計算參數(shù),包括鋼束松弛率、摩擦系數(shù)、孔道偏差系數(shù)、錨具回縮變形等

8、,可計算各施工節(jié)段箱梁預應力筋的應力損失。預應力損失實測值與設計計算值必須基本相符合5t6。2.5日變化規(guī)律測試由日變化規(guī)律測試可知,在跟蹤觀測日,箱梁室外陰、陽面溫差較大,而箱梁室內(nèi)溫度變化不明顯,箱梁受日溫及光照影響變化不是很均勻。在室外溫度變化值較大時,梁底撓度有明顯的影響。有資料表明,某些結構當溫度升高時箱梁標高上升;當溫度下降時箱梁標高下降。同時箱梁底板跨中順橋向應力在一定程度上受晝夜溫差影響。3施工仿真分析橋梁施工是分階段逐步完成的,漫長而又復雜的施工過程,使結構體系不斷地轉化,已建部分的受力、244工程與麓設'2009年第23卷第2期位移都隨著工程進展而調整。對施工過程中

9、每個階段的計算、分析,是施工控制中最基本的內(nèi)容,特別是預測下一步的狀態(tài)更是很有必要口。施工仿真計算可以對整個施工過程進行描述,也能事先確定各個不同旌工階段的中間狀態(tài)?，F(xiàn)階段施工仿真分析的計算方法主要包括正裝分析法、倒裝分析法和無應力狀態(tài)分析法。對于不同形式的橋梁結構,以及不同的施工方法。施工仿真分析是有昕側重的。正裝計算法是按照實際施工加載順序來進行,能模擬橋梁結構的實際施工歷程,能得到橋梁結構在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)。也能考慮一些與橋梁結構形成歷程有關的因素,如結構的非線性問題和混凝土的收縮、徐變問題。倒裝計算法能得出橋梁結構在各個施工階段理想的安裝位置(主要指標高和較理想的受力狀態(tài)。

10、無應力狀態(tài)控制法用構件單元的無應力狀態(tài)量建立起過程狀態(tài)之間、過程狀態(tài)與最終成橋狀態(tài)的聯(lián)系,是確定分階段施工橋梁結構過程狀態(tài)與最終狀態(tài)關系的方法,通過無應力狀態(tài)量可以由橋梁最終狀態(tài)的內(nèi)力、線形直接求解橋梁施工中間狀態(tài)的內(nèi)力和線形。概念更加清晰,適應性更強,是一種相對較新的方法,特別適用于大跨度拱橋和懸索橋的施工控制。目前,國內(nèi)橋梁施工仿真分析軟件較多采用的是橋梁博士、Midas和G叫s等軟件。同濟大學開發(fā)的橋梁博士為平面桿系有限元分析軟件,是應用較為廣泛的一種,集可視化數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、結構分析等功能為一體的綜合性橋梁結構設計與施工計算系統(tǒng)。按照橋梁設計與施工過程進行,結合橋梁設計規(guī)范,利用

11、現(xiàn)代計算機技術,較符合我國工程設計人員的習慣。Midas軟件系統(tǒng)為三維空間有限元分析軟件,該系統(tǒng)將通用的有限元分析內(nèi)核與土木結構的專業(yè)性要求有機地結合而開發(fā)的土木結構分析與設計軟件,是韓國浦項制鐵集團研發(fā)機構開始開發(fā)的系列軟件。國內(nèi)有較多的用戶。GQJS橋梁結構專用分析軟件是交通部公路科學研究院推出的橋梁結構分析系統(tǒng),按照文獻8,9對預應力鋼筋松弛損失計算、混凝土收縮徐變計算、作用效應組合等進行補充修改。不僅是單純進行結構分析,還包括的動態(tài)可視化的數(shù)據(jù)前處理界面、數(shù)據(jù)圖形檢驗、結果圖形瀏覽和檢索、預拱度設置、施工圖繪制等一系列的設計功能。左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究4施工監(jiān)控實例4

12、.1工程概況某連續(xù)梁橋中的五跨一聯(lián)50m箱梁,單箱單室,頂板寬16.35rn,底板寬7.5m,梁高2.8m。設計采用移動模架造橋機施工。監(jiān)控單位對施工過程進行跟蹤監(jiān)測,收集內(nèi)力、位移等各有關參數(shù)的變化情況,了解施工中結構的狀態(tài)是否符合設計思想,為設計及施工提供技術參數(shù),為有關部門科學決策提供依據(jù)。4.2主要監(jiān)控項目(1箱梁撓度。在各施工階段,對跨箱梁控制斷面的腹板梁頂面及梁底各測點標高進行測量并跟蹤檢測,根據(jù)其反映的撓度變化范圍判斷箱梁的剛度是否滿足設計要求,同時了解各工況下各施工段梁的撓度變形趨勢。(2箱梁混凝土及構造鋼筋應力。在箱梁的控制斷面處埋設相應的應力測試元件,以測定各施工階段箱梁混

13、凝土的應力。在必要的情況下,可在混凝土內(nèi)的鋼筋上預埋測試設備,了解相應的受力狀況。(3預應力損失。在箱梁兩端的錨墊板與錨具之間預置鋼套環(huán),并在鋼套環(huán)上粘貼金屬應變片,通過跟蹤測試箱梁底板四束預應力張拉時的兩端鋼套環(huán)的應力差反映出預應力的摩阻損耗情況。(4溫度影響和裂紋普查。水化熱溫升控制和環(huán)境溫度影響是大體積混凝土澆筑要考慮的重要因素。大跨徑連續(xù)箱梁施工中,不僅溫度始終變化而且在同一時刻結構各部分也存在溫差。加強觀測、及時掌握規(guī)律,盡可能排除溫度影響尤為重要。對于難免出現(xiàn)的裂紋,準確地確定位置、長度、寬度等幾何參數(shù),建立裂紋跟蹤監(jiān)測的初始資料。(5施工階段仿真分析。為了達到施工控制的目標,可通

14、過計算確定橋梁結構施工過程中每個階段受力和變形的理想狀態(tài),控制施工中相應階段的結構行為,使最終成橋狀態(tài)能滿足設計要求。施工階段仿真分析的計算模型,是將全梁簡化成平面結構,離散為梁單元,共101個梁單元,102個節(jié)點,支座為5個活動鉸,1個固定鉸。比較分析可知,計算結果與實測值之間比較吻合。施工階段初期兩者有一些差別,是隨著施工階段的增加,差距逐漸縮小;發(fā)展趨勢基本一致,只是計算值普遍要大一些。4.3施工監(jiān)控的作用通過施工監(jiān)控反饋實測信息,對箱梁施工進行調整控制,實測值與理論計算進行比較,對誤差進行分析研究,使施工效果達到一定的精度。特別是在第一跨施工后,箱梁腹板出現(xiàn)大體積混凝土澆筑難以避免裂紋

15、。監(jiān)控單位配合設計單位做了大量的設計調整工作,盡可能考慮施工的可行性,使結構計算模型與施工實際工況相符;施工單位在積極調整配合比的同時,盡可能地克服了因氣候、工藝等不利條件給養(yǎng)護帶來的不便,同時加強施工現(xiàn)場的管理,確保施工工藝符合結構設計受力的要求。之后的試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,設計及施工方面的努力取得一定的成效,為下一階段的箱梁施工積累了諸多有益經(jīng)驗。5結束語施工控制是目前橋梁施工技術的重要組成部分。過去的橋梁跨徑不大、規(guī)模較小、影響因素少,所以很少進行專門的橋梁施工監(jiān)控工作。其實以往橋梁施工單位對橋梁施工中的撓度變化、外觀裂縫觀測等也屬于施工監(jiān)控的內(nèi)容,只是缺乏系統(tǒng)性和專業(yè)性而已。現(xiàn)在的橋梁工程

16、隨著施工難度增大,對施工狀態(tài)進行識別、調整、預測,以及全面地分析,加強控制,也更有必要性F10。此外橋梁施工監(jiān)控過程中,通過試驗測得的各項數(shù)據(jù)和結構分析的結果等資料,是施工過程檔案,也對橋梁的竣工驗收以及今后營運階段的維護都有較大的作用。(參考文獻1徐君蘭.大跨度橋梁施工控制M.北京:人民交通出版社。2000.23向中富.橋梁施工控制技術M.北京:人民交通出版社,2001. 37唐云清.大跨度連續(xù)箱粱橋施工監(jiān)控技術研究D.南京:河海大學土木工程學院,2007.4向木生,張世飆,張開銀,等.大跨度預應力混凝土橋梁施工控制技術J.中國公路學報,2002,15(4:3849.5譚德盼.預應力混凝土連

17、續(xù)梁橋施工控制技術與應用I-D.廣州:廣東工業(yè)大學土木工程學院,2007.6李超凡.淺議預應力混凝土橋梁施工控制探討J.科技創(chuàng)新導報,2008,22(8:89.7余志武,談遂.預應力混凝土橋梁施工控制結構分析計算方法J.鐵道科學與工程學報,2006,3(6:713.IsJTG D60-2004,公路橋涵設計通用規(guī)范S.9YrG D62-2004。公路黝黝嘲耐圾預應力混凝土橋涵i殳i葉規(guī)剜S l10秦順全.分階段施工橋梁的無應力狀態(tài)控制法J.橋梁建設,2008(1:814.1工程與建設2009年第23卷第2期245 混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術研究作者:左登發(fā), ZUO Deng-fa作者單位:合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院,安徽,合肥,230009刊名:工程與建設英文刊名:ENGINEERING AND CONSTRUCTION年,卷(期:2009,23(2被引用次數(shù):0次參考文獻(10條1.徐君蘭大跨度橋梁施工控制 20002.向中富橋梁