預應力混凝土連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)控

摘要:本文針對連續(xù)剛構橋梁的施工監(jiān)控，論述了橋梁施工監(jiān)控的目的和意義。通過對橋梁主跨模擬施工及運營階段的結構分析，結合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，對橋梁主跨的位移、內(nèi)力、溫度進行監(jiān)控，來指導橋梁施工。

關鍵詞:連續(xù)剛構橋 施工控制 健康檢測 結構分析

0 前言

大跨度連續(xù)剛構橋因其跨越能力大、受力合理、行車平順、經(jīng)濟實用等優(yōu)點，是目前大跨徑橋梁中主要采用的橋型之一。連續(xù)剛構橋一般采用掛藍懸臂現(xiàn)澆施工，施工過程中受材料、人員管理、施工工藝、環(huán)境、施工精度等各種因素影響，使橋梁線形和內(nèi)力偏離設計要求，甚至導致合攏困難。所以施工中需要實時了解橋梁所處的受力、線性狀態(tài)，就要在施工過程中進行監(jiān)測、控制和調(diào)整，故施工監(jiān)控就顯得尤為重要。

1、施工監(jiān)控項目研究目的和意義

連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控的目的是通過在施工過程中對位移、撓度、應力、溫度的監(jiān)測和采取施工控制，從而確保施工的安全和結構內(nèi)力符合設計規(guī)范要求，確保大橋主橋順利合攏，線形符合設計要求。根據(jù)施工單位提出的施工方案，對大橋進行模擬施工、運營階段的結構驗算和結構分析，在技術角度對施工方案作出一定評價，以便相關單位及時對施工方案進行修改或確認。

2、實測相關參數(shù)

結構設計的參數(shù)一般是按規(guī)范取用，而施工控制，部分主要設計參數(shù)必須采用實測值，以便在施工前對部分結構設計參數(shù)進行一次修正，通過結構計算分析修正原設計線形，確保該橋在成橋后滿足設計要求。以橋梁施工環(huán)境，現(xiàn)場使用的材料，如混凝土鋼材鋼絞線材料，按實際施工工藝及工序等來測定。一般需要測定的參數(shù)有:混凝土的3天、7天、14天、28天、3月、半年和一年齡期的彈模。混凝土的容重，采用現(xiàn)場取樣，實驗室測定。

混凝土的收縮、徐變對主跨應力、撓度影響較大，要進行實際的樣本測量，但一般由于監(jiān)控立項晚，而相關試驗時間需一年多，可以采用部分試樣短期測量，獲得部分數(shù)據(jù)，再參考資料確定。

3、橋梁主跨模擬施工運營階段的結構分析

結構分析是結構施工控制的一項重要工作，結構分析采用非線性有限元法，結構施工過程一般有倒退分析與前進分析兩種方法。結構分析需要在橋梁主跨施工前提前進行。在橋梁的主跨施工懸澆施工前，監(jiān)控人員根據(jù)施工方案中的施工過程與成橋運營情況，通過相關專業(yè)軟件，參考施工方案和實測相關數(shù)據(jù)，進行各施工狀態(tài)及成橋后的內(nèi)力與位移計算，從而確定結構各施工階段的內(nèi)力與位移理論值，計算還可分析確定出橋梁的預拱度。

4、主跨結構施工監(jiān)測

結構施工監(jiān)測包括結構線形及位移監(jiān)測、應力梁體溫度場的監(jiān)測。通過監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，在考慮溫度的影響下，和理論計算值進行比較分析，及時進行修正和糾偏。

4.1 主跨結構線形及位移監(jiān)測

位移監(jiān)測分為豎直面、水平面內(nèi)的線形及位移監(jiān)測，通過兩個面內(nèi)的測量，能準確掌握主跨的狀況，有效地控制主跨的施工質量。控制橋梁線形的關鍵就是對橋梁撓度的控制，從而做好關鍵位置的高程觀測至關重要。在每個施工塊件上，布置兩個對稱的高程觀察點，不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉變形。施工過程中，對每個截面需在立模后、混凝土澆筑前后、鋼絞線張拉前后進行高程觀測，以觀測各點的撓度及箱梁曲線的變化情況，確保箱梁懸臂端的合攏精度及橋面的成橋線形。高程控制點布置在離塊件前端20cm處，采用Ф14鋼筋，與結構鋼筋焊牢并豎直，露出箱梁混凝土表面5cm左右。

測點的布置:如本工程零號塊的頂板布置11個高程測點，控制頂板的設計標高，還作為后續(xù)各懸澆節(jié)段的基準高程觀察點，如圖一所示。其他的各懸澆節(jié)段設5個測點，如圖二所示。

將各施工階段2、4兩點的設計標高、預拱度、預測立模標高、實測數(shù)據(jù)繪制成曲線，控制橋梁立面線形。將各施工階段1、3、5點的水平坐標實測數(shù)據(jù)繪制成曲線，控制橋軸線的平面偏離。

4.2主跨結構應力、溫度監(jiān)測

通過對主跨結構應力監(jiān)測，可以了解主跨結構受力狀況，及時判定主跨應力是否符合設計規(guī)范要求，是否在計算分析的預期范圍內(nèi)，從而可了解主跨安全狀況。溫度是影響主梁撓度的主要因素之一，通過對主跨各節(jié)段溫度監(jiān)測，以獲得與應力及位移相對應的大氣溫度以及主跨箱體溫度，從而分析其對撓度的影響。目前很多應力傳感器可以同時測應變和溫度。通過應變和實測的彈模，可計算出應力:σ=ε·Es (σ----應力;ε-----應變，Es為混凝土或鋼材彈模)

結構各截面測點布置:本工程11m寬箱梁各主敦與箱梁的根部截面(2、3、7、8截面)均布置14個測點，其中腹板有2個測點與水平成45度方向布置、有2個測點豎直布置外(測主應力)，其余測點均為順橋向布置。其它各截面均布置8個測點，均為順橋向布置。各跨中截面應增加腹板測點，豎直布置。兼顧運營階段在各截面腹板處的上下緣應增加部分測點(4個)。其具體位置如圖三。

傳感器按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面，施工過程中注意對傳感器和引出導線的保護。傳感器原始數(shù)據(jù)采集分為以下階段進行:掛籃移動前、后;澆筑箱梁砼、后，張拉預應力束前、后。 數(shù)據(jù)采集要每天采集，盡量在早晨9:00前，注明施工階段、日期。數(shù)據(jù)采集后，將各塊件張拉前后的實測應力值，繪制成曲線研究其其變化規(guī)律，并與各施工階段的理論應力進行比較分析。

5、施工控制

施工控制包括應力控制和線形控制。應力控制原則是將實測值和理論值、規(guī)范容許值進行比較。線形控制原則是保證合攏誤差滿足設計和使用要求，確保橋梁使用運營階段線形良好。

由于理論計算分析參數(shù)、計算假定與實際情況存在一定差異，以及施工、測量誤差等原因，實際施工的結構總與設計目標有一定的差異。通過對橋梁結構的位移、應力、溫度監(jiān)測，找出實際施工與理論計算情況存在的具體偏差，進行定量分析，并及時進行調(diào)整和糾偏。

在橋梁施工過程中，對橋梁主跨結構進行監(jiān)測，對實測結構數(shù)據(jù)進行誤差分析，可對施工中橋梁的線形及位移作出預測，提供相應立模標高、預拱度等施工控制參數(shù)，以及調(diào)整后的施工方案和優(yōu)化橋梁施工的建議，科學的指導施工，確保施工安全和質量，確保橋梁應力和線形符合設計要求。

6、結語

橋梁施工控制作為一門新興的學科，主要指導橋梁施工，做好過程控制，確保目標橋梁線形、內(nèi)力符合設計要求，其涉及結構、試驗、計算機、測控儀器、通訊等多學科領域知識。本人覺得以下幾方面仍需從事監(jiān)控的科研工作者繼續(xù)努力:橋梁控制要不光只在施工階段，還要在橋梁使用階段長期進行健康檢測。因此研發(fā)出性能穩(wěn)定、使用壽命長(如可達50年)的應力溫度傳感器，可以做到施工時埋設傳感器，兼顧橋梁的使用階段進行健康監(jiān)測。多學科配合，開發(fā)出成熟穩(wěn)定的智能控制研究系統(tǒng)， 有配套的分析軟件，能實時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，將結果能以圖像動態(tài)的直觀顯示，使得橋梁健康監(jiān)測智能化、系統(tǒng)化、信息化。在實際的監(jiān)控中，多積累橋梁結構監(jiān)控經(jīng)驗，形成系統(tǒng)的理論和方法，供橋梁設計施工參考采用。

參考文獻:

[1] 徐君蘭，大跨度橋梁施工控制 ，人民交通出版社，2000年

[2] 向中福，橋梁結構理論與計算方法，人民交通出版社，2001年

[3] 藍章禮、周建庭、周志祥，箱梁橋撓度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究，重慶交通大學學報，2008年第4期