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。【摘要】預(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(jìn)行橋梁施工監(jiān)測(cè) 與控制。以大跨度變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)楸尘埃?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(guó)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(guò)程中的諸多因素都會(huì)影響 橋梁結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力方面與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。當(dāng)上述因素與設(shè) 計(jì)不符，而且不能及時(shí)識(shí)別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時(shí) 必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯(cuò)誤的糾偏措施，引 起誤差積累1。因此，需要對(duì)掛籃懸臂澆筑施工過(guò)程進(jìn)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(jì)狀態(tài)和要求；另一方面可確保懸臂澆筑施工過(guò)程中結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定和安全，以使得整個(gè)施工過(guò)程安全順利的進(jìn)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(xiàng)系統(tǒng)工程，具 體而言就是對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)懸臂澆注施工的過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力、 變形及穩(wěn)定性等的監(jiān)測(cè)與控制，其施工監(jiān)控工作具體包括:對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的進(jìn)一步分析復(fù)核，確保橋梁施工過(guò)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(duì)施工組織進(jìn)行詳細(xì)審查，對(duì) 施工方案的安全性進(jìn)行分析，特別是

6、對(duì)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(jì)成橋狀態(tài)相應(yīng) 的合理施工初始狀態(tài)。對(duì)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力及穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保 施工過(guò)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(duì)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(jìn)行以下幾個(gè)方面的基礎(chǔ)性分析計(jì)算，以 確保施工過(guò)程安全及施工控制參數(shù)的準(zhǔn)確性。施工過(guò)程結(jié)構(gòu)應(yīng)力驗(yàn)算；成橋正常使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形驗(yàn)算; 成橋極限承載狀態(tài)下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算；施工過(guò)程橋梁變形分析，以確定設(shè)計(jì)預(yù)拱度。預(yù)拱度設(shè)置。對(duì)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(guò)設(shè)置合理的預(yù)拱度來(lái)實(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高；fi _該施工階段及以后各施工階段對(duì)該點(diǎn) 撓度影響值，該值包括恒載、移動(dòng)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(yàn)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(shí)測(cè)信息，對(duì)計(jì)算預(yù)拱度進(jìn)行調(diào)整和 預(yù)測(cè)，確定最佳預(yù)拱度2,3。線形監(jiān)控。通過(guò)對(duì)懸臂澆筑掛籃變形及主

8、梁線形進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，可以掌握懸臂澆筑掛籃體系的變形情況，從變形上來(lái)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(jì)目標(biāo)線形間的差異情況；還可積累混凝土 梁施工過(guò)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(jìn)行的監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(cè)點(diǎn)布置及方法。為進(jìn)行線形監(jiān)測(cè)與控制，需要選擇合適的測(cè)量控制點(diǎn)，并在模板、混凝土梁段及掛籃的關(guān)鍵 位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。采用幾何水準(zhǔn)方法對(duì)懸臂澆筑過(guò)程各測(cè)點(diǎn) 的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)標(biāo)高的變化情況，來(lái)推算掛籃和 混凝土主梁的變形。測(cè)量時(shí)應(yīng)避

9、開(kāi)溫差較大的時(shí)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(cè)網(wǎng)，變形監(jiān)測(cè)基 準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在穩(wěn)定的地方。根據(jù)地面基準(zhǔn)點(diǎn)，再將基準(zhǔn)點(diǎn)引至 每一墩頂箱梁0號(hào)塊底板與頂板。底板作為立模高程控制點(diǎn)， 頂板作為撓度監(jiān)測(cè)工作點(diǎn)，并做好明顯的紅色標(biāo)識(shí)。懸臂澆 注施工過(guò)程中，一般在底模板前端選3個(gè)特征位置，以控制 施工立模誤差。為了進(jìn)行懸臂澆筑掛籃在混凝土自重作用下 的變形測(cè)量，需要對(duì)主桁架、底籃及行走滑道的標(biāo)高進(jìn)行測(cè) 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(cè)點(diǎn)，橫向與兩主桁架 的位置相對(duì)應(yīng)。對(duì)于各施工節(jié)段，沿縱向，在各施工節(jié)段懸 臂前端及0號(hào)塊中間、前端設(shè)置測(cè)點(diǎn)

10、；沿橫向，在腹板頂板 相交處、頂板中部設(shè)置測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)采用約30cm長(zhǎng)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(hào)。懸臂澆筑掛籃施工混凝土橋梁的線形如圖2所示 形測(cè)點(diǎn)布置示意2懸澆施工混凝土主梁線線形測(cè)量工況。在采用掛籃進(jìn)行各孔懸澆施工時(shí)，從線形控制的角度出發(fā)，共設(shè)置了如下的測(cè)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(cè)。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(guò)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(duì)掛籃懸臂

11、澆筑施工混凝土箱梁 的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法。采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的 應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)量測(cè)點(diǎn)應(yīng)變換算應(yīng)力值。對(duì)于鋼弦式 應(yīng)力計(jì)，是利用傳感器內(nèi)腔中鋼弦頻率的變化來(lái)反映被測(cè)物 體的應(yīng)變。鋼弦式應(yīng)力計(jì)的輸出信號(hào)為鋼弦的振動(dòng)頻率，其 與應(yīng)變的關(guān)系如式。f =121o p=121eg e p對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu) 采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)測(cè)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(cè)位置的真實(shí)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(cè)量對(duì)象及測(cè)量位置的不同而異。其應(yīng)力 測(cè)量的計(jì)算公式如下：o=e（et-eu）式中：o荷載作用下被測(cè)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力；e被測(cè)結(jié)構(gòu)材料的彈性模量；e t

12、 應(yīng)力計(jì)直接測(cè)得的應(yīng)變;各非應(yīng)力應(yīng)變成分的總和。對(duì)于埋入混凝土中與粘貼在混凝土表面的應(yīng)力計(jì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測(cè)試中，需要特別注意的是溫度對(duì)測(cè)試 結(jié)果的影響，在應(yīng)力計(jì)算時(shí)須將溫變引起的自由應(yīng)變予以扣 除。因此，從溫度對(duì)鋼弦式儀器進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試影響的角度考 慮，每個(gè)鋼弦式應(yīng)力計(jì)都必須配置一個(gè)溫度傳感器。編輯。 對(duì)于采用埋入鋼弦式應(yīng)力計(jì)進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力

13、測(cè)量，其測(cè) 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(duì)該非應(yīng)力應(yīng)變成分進(jìn)行剔除，目 前通常是在應(yīng)力計(jì)附近埋置無(wú)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償。本應(yīng)力 監(jiān)測(cè)將在目前測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)增加測(cè)量次數(shù)，即在各 關(guān)鍵工況前后分別測(cè)量應(yīng)變值，通過(guò)計(jì)算增量的方法減少混 凝土收縮、徐變對(duì)應(yīng)力測(cè)試真值的影響。應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置。為了掌握橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的實(shí)際 應(yīng)力狀態(tài)，須對(duì)主梁的關(guān)鍵受力截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。對(duì)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(cè)截 面。其中，主梁懸臂根部截面是施工過(guò)程應(yīng)力監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)截 面，必不可少。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇其中的一個(gè)t 構(gòu)，對(duì)懸臂

14、根部、1/4 l、1/2l處截面進(jìn)行全面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)， 對(duì)其它t構(gòu)關(guān)鍵截面選取應(yīng)力較大測(cè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。應(yīng)力 測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。應(yīng)力測(cè)試工況在施工過(guò)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(cè)試工況 同時(shí)要求每隔一段時(shí)間定期測(cè)量。應(yīng)力測(cè)試工作最好在溫度 較為恒定時(shí)進(jìn)行，同時(shí)須進(jìn)行溫度的測(cè)試。主梁溫度監(jiān)測(cè)。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(duì)主梁的撓度影響比較 簡(jiǎn)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(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀 測(cè)，以獲得準(zhǔn)確的溫度變化規(guī)律。測(cè)量方法。采用經(jīng)封裝的熱敏電阻作為監(jiān)測(cè)傳感器，用 自動(dòng)采集單元進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集，采樣間隔將依據(jù)溫 度場(chǎng)的變化速率進(jìn)行設(shè)置。如對(duì)混凝土水化熱的測(cè)量，可按 15分鐘采樣一次，而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)大氣溫度效應(yīng)的測(cè)量可半 小時(shí)一次。溫度測(cè)點(diǎn)布置。該橋主梁截面形式為單箱雙室，其施工 過(guò)程及成橋運(yùn)營(yíng)期間的溫度效應(yīng)往往較為明顯，對(duì)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(dòng)采集單 元進(jìn)行主梁溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，其測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。為了保證測(cè)量結(jié)果的可靠性，在相應(yīng)位置設(shè)

16、置一輔助測(cè)試截面，其 測(cè)點(diǎn)布置與主測(cè)試截面相同，即共設(shè)置兩個(gè)溫度場(chǎng)測(cè)試截面， 每個(gè)截面布置35個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。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(guò)程中，結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài) 并不總是與其理想吻合。橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)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(cè)存在誤差。橋梁 施工控制的主要目的是使施工實(shí)際狀態(tài)最大限度地與理想 設(shè)計(jì)狀態(tài)相吻合。要實(shí)現(xiàn)實(shí)際與預(yù)測(cè)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(jì)狀態(tài)的所有因素，以便對(duì)施 工過(guò)程進(jìn)行有效控制。自適應(yīng)施工控制方法是目前最常用、 最先進(jìn)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(gè)誤差識(shí)別過(guò)程。當(dāng)結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)狀態(tài)與理論狀態(tài)不相 符時(shí)，分析誤差產(chǎn)生的原因，根據(jù)該原因重新調(diào)整計(jì)算，使 模型的輸出結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相一致。自適應(yīng)控制是一個(gè)預(yù)告 -施工-量測(cè)-計(jì)算-參數(shù)識(shí)別-分析-修正-預(yù)告的循環(huán)過(guò)程。 即在施工過(guò)程中，比較結(jié)構(gòu)測(cè)量的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果 依據(jù)兩者的誤差進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè) 量的結(jié)果相一致。利用修正的計(jì)算模型參數(shù)，重新計(jì)算各施 工階段的理想狀態(tài)，按反饋控制方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。這樣， 經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)識(shí)別后，計(jì)算模型就基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu) 相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。施工誤差調(diào)整。引起理論預(yù)測(cè)誤差的原因是多方面的，歸納起

18、來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差、施工誤差、 施工監(jiān)測(cè)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(jìn)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(shí)際研究表明，模型誤差及設(shè)計(jì)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。基于自 適應(yīng)的控制方法，對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁懸澆施工過(guò)程 中的預(yù)測(cè)誤差調(diào)整，采取如下策略：(1) 采用準(zhǔn)確模型進(jìn)行施工過(guò)程的模擬仿真分析，以盡 量較小模型誤差；(2) 比較實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值，若兩種誤差在允許范 內(nèi)，則按原預(yù)測(cè)值繼續(xù)下一節(jié)段的施工，否則進(jìn)行第(3)步工 作；(3) 進(jìn)一步分析誤差的原因，特別對(duì)實(shí)際的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn) 行識(shí)別，采用較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)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(duì)今后的施工狀態(tài)進(jìn)行預(yù) 測(cè)。4.結(jié)語(yǔ)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(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)工程，施工監(jiān)控的項(xiàng)目組織 應(yīng)和項(xiàng)目的施工組織計(jì)劃