魚洞長江大橋主橋施工監控分析

【摘 要】在分析了魚洞長江大橋的施工監控的特點之后，提出了具有針對性的監控方法和監控內容，然后介紹了本橋的線形控制和應力監測的內容和方法；對比大橋的實測數據與理論數據表明大橋線型滿足控制精度要求。

【關鍵詞】施工監控；線形控制；應力監測；數據對比

The analysis of construction supervision for Yudong Yangtze river bridge

Cui Feng-hua1，Liao Jiang2， Leng Bing-lin3

(1. The Tiefa Suiyu expressway group Co.， LTD. of China Chongqing 401121;

2. Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074;

3.95080 Troops， Shantou Guangdong 515823)

【Abstract】By the analysis on construction supervision characteristics of the yudong Yangtze river bridge， it gives out a directional control method and monitoring content.Then it introduces the content of linear control and method of stress monitoring to the bridge.Finally， it shows that the linear of bridge meets precision requirements by comparing with the measured data and the theoretical data of the bridge.

【Key words】Construction supervision;Linear control;Stress monitor;Data contrast

1. 工程概況

魚洞長江大橋正橋起點樁號為k23+384.12，終點樁號為k24+925.72，橋梁全長1541.6m。橋跨布置為12×40m(連續箱梁引橋)+145.32m+2×260m（連續剛構）+145.32m（主橋）+6×40m(連續箱梁引橋)，在橋臺及6、12、16、22號橋墩和上游幅橋20號墩接南橋立交匝道處設置伸縮縫。全橋共分四聯，即0號橋臺至6號墩為第一聯，6號墩至12號墩為第二聯，12號墩至16號墩為第三聯，16號墩至22號墩為第四聯。全橋共設一個橋臺，即0號橋臺，采用重力式U型橋臺。22號墩為交界墩。

平面線形：12號橋墩以北位于R=600m的圓曲線和緩和曲線上，19號橋墩以南位于R=1500m的圓曲線上。橋面縱坡：2號橋墩以北為-2.5%，3號橋墩至20號墩之間為-1.8%，21號橋墩以南為0.5%，兩個變坡點的半徑分別為70000m和5500m。橋面橫坡：近期為1.5%的單向橫坡，遠期為1.5%的雙向橫坡。主橋主梁為單箱雙室斷面，分上下游雙幅橋（現實施的是上游幅）。橋面總寬41.6m，單幅寬20.3m，箱寬12.9m，最大懸臂4.8m根部梁高15.1m，跨中梁高4.6m，箱梁高均以外腹板外側邊緣為準，箱梁高度從合龍段中心到懸臂端根部按1.8次拋物線變化。邊跨現澆段底板厚從合龍段到支承端按直線變化。

主橋上部結構主梁：23-30節段為C60混凝土（纖維0.8Kg/m3），其余為C55混凝土（纖維0.8Kg/m3）。采用三向預應力，縱向均采用鋼鉸線φs15.24，橫向采用鋼鉸線φs15.24和JL32精扎螺紋鋼，豎向采用JL32精扎螺紋鋼。

2. 監控方法和監控內容

2.1 本橋施工控制特點。

重慶魚洞長江大橋正橋工程由于其結構和活載的特殊性，分期施工帶來的恒載不對稱性構成了本橋的自身的特點：

2.1.1 本橋主跨跨徑達260m，且偶數跨的鋼筋混凝土連續剛構橋，這在國內，乃至全世界也是少有的，本身建設難度大，體系轉換多，結構受力復雜。

2.1.2 本橋主跨跨徑達260m，合龍（剛成橋）時的線形與服務一定年限（一般為混凝土收縮徐變終止的年限）后的線形差異明顯，實現最終設計目標的難度大，對線形控制的要求高。

2.1.3 主橋箱梁在掛籃逐塊對稱現澆施工階段，由于箱梁截面的不對稱性，恒載也在橫向存在不對稱，隨著節段的延長，這種恒載引起的扭矩會逐漸增大，在梁的橫截面上產生扭曲變形和剪應力也將逐漸增大。監測與控制這種扭曲變形和剪應力成為本橋監控的一個重點和難點問題。

2.1.4 結構內力、幾何狀態監測工作量大，“真實值”識別難度大。

2.1.5 通長預應力束長度達260m，其有效預應力有待研究和考察。

2.2 施工控制理論與技術。

根據本橋的上述特點，提出了具有針對性的監控方法，具體辦法包括：

提出并編制完整的施工監控實施方案。［1］

對主梁結構的施工過程進行預分析，包括扭轉變量的計算和分析。［2］

進行材料、成品及預應力管道摩阻測試等試驗。

2.2.1 箱梁高程控制與撓度觀測。

2.2.1.1 豎向線形（標高）控制 。

目前，施工標高控制的方法很多，有事后控制法、預測控制法、自適應控制法等。本橋采用預測控制法進行施工控制，其基本結構下圖所示。

2.2.1.2 立模標高。

在建立了正確的模型和材料性能指標之后，依據設計參數和控制參數，結合橋梁結構的結構狀態、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入前進分析系統中。從前進分析系統中可獲得結構按施工階段每階段的內力和撓度及最終成橋狀態的內力和撓度。接著，假設成橋時為理想狀態，對橋梁結構進行倒拆分析，利用前進分析所得的數據，可獲得使橋梁結構最終成為理想狀態的各階段的預拋高值，得出各施工階段的立模標高以及混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的預計標高。

立模標高為：

掛藍變形值根據掛藍加載試驗，綜合各項測試結果，最后繪制出掛藍荷載－撓度曲線，進行內插而得。這就要求施工單位在做掛藍變形時，必須分級加載。根據國內同類橋梁的施工控制看，掛藍變形值是否準確，直接影響到大橋的線型和合龍精度。

但是，實際的施工狀態與理想的施工狀態是有差別的，這就是說，如果按照計算的預拋高值施工，最終成橋狀態不一定是理想的狀態，這時，具有反饋控制的實時跟蹤分析系統就是實現橋梁結構施工控制的關鍵。通過參數調整（如溫度影響調整），預告出各階段的實際狀態值，結合實際觀測值，得出調整方案，最終完成整個控制過程。

2.2.1.3 關于預拱度值計算。

預拱度值是施工控制中必須考慮的一個重要參數。根據相關的規定，必須計算長期撓度值作為預拱度值。

預拱度值主要包括由混凝土收縮、徐變及長期使用荷載產生的撓度。

預拱度值由施工控制專用程序計算，并與設計單位提供的預拱度進行校核，考慮到目前許多連續剛構橋建成幾年后普遍出現下撓、變形過大的問題，中跨跨中預拱度應比理論計算值增大實施。

2.2.1.4 撓度觀測。

(1)主梁撓度（標高）觀測點的布設。

主梁的標高（位移或扭曲）觀測點設置：

A縱向：在0號塊中心位置和墩頂橫隔板中央所對應橋面共3個截面的橋面位移（標高）觀測斷面，從1號節段至29號節段的每一節段的前端（距前邊緣50cm）布置主梁位移（標高）觀測斷面。

B橫向：各觀測斷面各設置5個位移（高程）觀測點，分別布置在橋軸線、箱梁腹板的外側、兩懸臂板外側（距邊緣20cm）。觀測點用短鋼筋預埋。

每3個月對水準點（基點）進行1次復核。

(2) 撓度（標高）觀測。

撓度（標高）觀測定時在當天早晨8點以前完成。對懸臂施工節段每個可觀測點在每個階段施工前（掛籃就位前后）、鋼筋安裝前后、節段混凝土澆注前后、預應力張拉前后用水準儀進行一次標高觀測，同時記錄下大氣溫度。

偏差=實測-理論；、表中理論標高含設計預拱度：兩邊跨跨中13.2cm，兩中跨跨中27.5cm

在懸臂掛籃施工的主橋，選定9節段、18節段、24、28節段進行24小時連續觀測（每隔2.0小時觀測一次），確定溫度對標高的影響。另外、如有需要、可增加觀測次數。

2.2.2 橋墩及箱梁主要截面施工應力觀測、分析、處理。

2.2.2.1 應力監測點的布設。

主橋縱向斷面：各薄壁墩底部（每片薄臂墩2個應力點），主梁的各T的0號塊（懸臂段根部，）、懸臂段的1/4處（8號節段）、 1/2處（18號節段）、合龍段。

主橋斷面橫向：懸臂段根部截面上緣3點、下緣2點，合龍段截面只在下緣布置2個點，其余斷面中各布設5個應力監測點（截面上緣2點、下緣3點）。

每個應力測試點布設2個鋼弦式應力傳感器。布置在上緣的傳感器距箱梁頂面5-8cm，布置在下緣的傳感器距箱梁底面5-8cm，

圖4 應力觀測點斷面布置圖

圖5 理論標高與實測標高比較

2.2.2.2 應力觀測。

應力觀測與標高觀測同步進行。即定時在當天早晨8點以前完成，對懸臂施工節段每個可觀測點在每個階段施工前（掛籃就位前后）、鋼筋安裝前后、節段混凝土澆注前后、預應力張拉前后，同時記錄下大氣溫度。

2.2.2.3 監測應力的分析處理。

由于受溫度、濕度、混凝土收縮徐變、測試元器件易在施工中受損等因素的影響，結構應力、尤其是長期應力測試是施工控制中測試難度最大的一個項目。根據長期在施工控制及工程測試中積累的經驗，對于需長期監測的斷面(或測點)和一些重要的控制部位宜采用穩定性較好的鋼弦應力計進行測量。

鋼弦應力計具有溫度系數小、穩定性好、抗干撓能力強的特點，適合砼應力的長期測量。采用砼鋼弦應力計和測讀儀器組成應力測試系統。

采用頻率讀數儀測出鋼弦應力計的頻率，根據該鋼弦應力計應變與頻率關系標定曲線，確定得到鋼弦應力計所在點的測讀應變（應力），再扣除非受力應變（應力），進而確定監測點的真實應力，將這個應力與理論值進行比較分析。

2.3 結構計算。

根據設計文件和施工組織設計，分階段計算橋梁產生的變形和截面應力。整個計算采用（同濟大學）非線性橋梁施工控制計算程序來完成，并用橋梁博士系統程序校核。

對不對稱荷載在不對稱截面上產生的扭曲（變形和內力）影響采用大型結構分析程序（NASTRAN或ANSYS）進行空間實體單元仿真分析。

2.3.1 計算模型的簡化。

在對魚洞長江大橋主橋的各施工階段實施線形控制時，擬將其簡化為平面桿系結構。為便于分析和控制，將各個節段離散為梁單元，兩個主墩底部為固定支座，兩邊跨梁端視為活動鉸支座。由于主橋合攏前后結構體系將發生轉變，即由對稱的單“T”靜定結構轉變為對稱的超靜定結構。將每個節段的施工分為3個工序進行模擬計算：移動掛籃、鋼筋幫扎混凝土澆注、預應力張拉。

2.3.2 信息輸入。

模型根據橋梁節段的澆筑順序，依次輸入計算程序中，數據包括幾何拓撲結構、支撐條件、材料和幾何特性、預應力信息、施工階段等全部信息。

將每個節段（梁段）劃分為移動掛藍（支架）、澆筑混凝土與張拉預應力筋等3個施工過程，便于分離出各個施工過程中截面應力、變形等控制數據，也便于與理論計算作比較，和參數的識別和調整。

2.3.3 利用剛臂單元和零桿單元，簡化數據輸入。

為更好地模擬實際結構的受力，采用了剛臂梁單元，模擬薄壁墩與主梁的連接、薄壁墩與承臺的連接。同時，將未澆筑混凝土的桿件用零剛度代替（零桿單元），一旦混凝土澆筑并達到一定強度，即恢復其真實剛度，參與受力，簡化了數據輸入，這是目前平面桿系中常采用的一種有效方法。

2.3.4 計算參數的輸入與調整計算。

本施工控制計算程序采用了變截面剛度矩陣，較好地模擬結構的實際情況。對計算參數，采用規范取值和適時調整的方法。如預應力截面積、預應力彈性模量、節段截面面積、混凝土容重、彈性模量，混凝土齡期等重要參數。對預應力筋，通常其參數是不變的，今后也不再調整，相反，混凝土的參數需根據現場測試后調整。

3. 監控結果

3.1 主橋成橋標高測量結果。

橋面鋪裝施工完成后，實測橋面標高如下表1。從表中數據曲線可以看出，主橋成橋橋面標高與理論標高偏差在允許范圍之內。其線型如圖5

3.2 主橋成橋應力監測結果。

主橋成橋狀態應力監測數據如下表。測量值與計算值相近，且應力值小于混凝土的設計強度，說明當前狀態下是安全的。

由于篇幅所限，下表2和表3列出了13#墩0#塊及18#塊在橋面鋪裝完成后的軸向應力。

4. 結語

該橋由于設計荷載的布載特點而造成了結構橫向不對稱的特點，再加上跨徑大的特點，因此自然加大了施工監控的難度。從最終的線性控制和應力監測情況來看，該橋的施工監控計算分析是正確的，為大橋的順利建成提供了足夠的技術支撐和安全保障。同時為類似橋梁的施工監控工作提供了重要的經驗。

參考文獻

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