鋼混組合結構簡支梁橋施工監控策略研究

【摘 要】鋼混組合結構橋梁其成橋狀態與施工過程密切相關，該橋型受力復雜，很有必要對其施工過程進行監控，本文對鋼混組合結構橋梁的施工監控內容及監控的具體實施步驟進行了詳細的分析，對該類型橋梁的施工監控具有很強的參考價值。

【關鍵詞】鋼混組合結構簡支梁橋；施工監控；監控策略

Steel-concrete composite structure simple beam bridge construction Monitoring Strategy

Feng Xu-feng1，Xue Xiong2

(1.Hangzhou construction engineering quality supervision station Hangzhou Zhejiang 310005；

2.River City Construction Headquarters of the Department of Basic Hangzhou Zhejiang 310000)

【Abstract】Steel-concrete composite structure and construction of the bridge Liang Qicheng bridge state is closely related to a complex bridge-type force， it is necessary to monitor the process of its construction， this steel-concrete composite structure for the bridge construction supervision and monitoring of the content of the specific implementation steps a detailed analysis of the type of bridge construction monitoring has a strong reference value.

【Key words】Steel-concrete composite structure simple beam bridge;Construction monitoring;Monitoring strategies

1. 引言

組合結構通常指由鋼材和混凝土共同形成的結構體系，組合結構橋梁具有整體受力的經濟性，發揮兩種材料各自優勢的合理性以及便于施工等突出優點，在我國橋梁建設中將發揮越來越重要的作用。然而組合梁橋受力機理復雜、在我國還無專門的設計規范，且組合橋梁的成橋狀態與施工過程密切相關，因此有必要根據實際的施工組織設計，對橋梁施工過程進行監測與控制，確保設計成橋的實現。

2. 鋼混組合結構簡支梁橋監控內容

2.1 成橋狀態檢算。

根據設計圖紙，采用桿系有限元方法，對橋梁的整體受力、穩定性等進行計算，對橋梁正常使用狀態性能進行評估，以明確設計思想及在后續的監控中貫徹設計意圖。

2.2 施工過程模擬。

根據施工單位提供的安裝工序和流程，分別用正裝和倒拆的方法，對橋梁結構在施工過程中各工況下的應力、變形等進行分析；并在考慮風荷載的條件下，對正處于安裝狀態的橋梁結構穩定性進行評估。

2.3 安裝參數確定。

根據施工過程正裝和倒拆的分析結果，確定本橋梁的安裝參數：構件無應力長度和安裝預拱度。其中無應力長度，用于各構件的工廠下料；安裝預拱度，用于控制現場各梁段的安裝定位。

2.4 施工過程監測與預警

根據理論分析結果，確定結構受力最為不利的區域，并在該區域布置應力、溫度和變形監測的傳感器，對整個施工過程的結構應力、溫度及變形等進行監測，并根據監測結果，對結構的安全進行評估和預警。

3. 鋼混組合結構簡支梁橋監控實施策略

3.1 監控思路。

鋼混組合結構簡支梁橋施工過程中應對其局部穩定和應力水平、空間受力特性及鋼梁的變形等進行綜合考慮。其中局部穩定、應力及空間受力狀態是控制的關鍵點。為此，宜采取以下控制思想：在局部穩定性和應力狀況滿足安全要求的前提下，對變形、應力（變）進行雙控，從宏觀上控制結構的變形，從微觀上控制結構的應力。施工控制中需建立準確的結構計算分析模型；考慮外界的環境因素（如濕度等）對實測應力的影響。通過上述措施使所測得的應力能正確反映結構的實際應力情況，從而為后續施工提供可靠的依據。

在上述控制原則的前提下，可用自適應控制方法對該橋進行施工控制，這種方法是在閉環反饋控制的基礎上，再加上一個系統參數識別過程，即為施工→量測→參數識別→分析→修正→預告→施工的循環過程。

3.2 分析計算。

施工監控計算可采用專用土木工程結構分析系統及國際通用大型有限元分析軟件系統進行施工過程及成橋狀態的模擬分析。具體分析計算內容主要包括以下幾點：

3.2.1 基于桿系有限元理論，考慮組合結構施工過程，如：先鋼結構后混凝土結構的施工過程，進行結構的分析計算。計算內容包括如下幾個方面：

（1）施工過程結構應力驗算；

（2）成橋正常使用狀態下結構應力及變形驗算；

（3）成橋極限承載狀態下結構強度驗算；

（4）施工過程橋梁變形分析，以確定設計預拱度。

3.2.2 其計算分析的基本思路如下：

（1）認真閱讀設計施工圖和施工組織設計，掌握橋梁的具體設計狀況，了解橋梁的整個施工過程。

（2）確定計算中各設計參數的取值，確定荷載和荷載組合情況。

（3）建立橋梁桿系結構模型模擬施工階段，并進行初步分析。

（4）分析計算結果，與設計計算結果進行比較，認真檢查、校準計算模型。

（5）進行結構最終分析，形成分析報告。

（6）采用另一套分析軟件，對橋梁結構分析進行實質性復核，確保橋梁結構分析的準確性。

3.3 安裝參數分析。

對于鋼混組合結構橋梁，其成橋狀態是由鋼結構的安裝狀態決定的，因此對于鋼結構部分必須設置的合理安裝參數：工廠下料參數、預拱度。在此，通過狀態傳遞法確定鋼結構從工廠下料到現場安裝等各工況下的標高情況。具體步驟如下：

3.3.1 根據施工過程模擬結果，確定結構在恒載及活載下的結構變形。

3.3.2 按1.0恒載＋1/2活載工況，對橋梁結構進行預拱度設置，同時考慮到橋梁跨徑較小，橋梁結構受力行為可認為是線彈性的，由此可確定其無應力狀態線形為成橋線形＋預拱度。

3.3.3 按照無應力狀態線形，根據施工分段情況，以折線代替曲線，確定各梁段的上下緣鋼板的下料長度。

3.3.4 在無應力線形的基礎上分別加上鋼結構自重、混凝土自重、橋面二期恒載等引起的變形，可得到相應工況下的結構狀態，以此作為各階段結構線形狀態控制的依據。

3.4 鋼混組合結構橋梁狀態監測的內容及方法。

鋼混組合結構橋梁施工監控內容主要包括結構應力監控：用以反映結構受力狀態；結構線形監控，主要反映施工質量同時兼顧結構受力監控；溫度場及效應監測，反映溫度對結構受力的影響。

3.4.1 鋼混組合結構橋梁應力監控可采用鋼弦式應力計對結構進行應力測試，應力測試過程中需特別注意溫度對測試結果的影響。溫度影響主要體現在兩個方面：（1）對傳感器而言的，溫度變化會引起弦振頻率改變，在進行頻率應變換算時須考慮對溫度進行修正；（2）對結構的影響，由于材料的熱脹冷縮效應，溫度變化為引起結構自由伸長和縮短，當這種自由變化受限制時，便會產生應力，在應力計算時須將溫變引起的自由應變予以扣除。因此，為修正溫度影響每個弦式應力計都必須配置一個溫度傳感器。溫度測量相對比較簡單，采用熱敏電阻型溫度傳感器置于被測位置，根據電阻值與溫度變化的相應關系，可實現對溫度的監測。

3.4.2 對于標高監測，采用幾何水準法進行測量，通過標高變化情況，來評估橋梁結構的變形；對于橋梁中線，采用全站儀進行監測。

對于鋼混組合結構簡支梁橋應力測點應選擇在跨中截面，另外對鋼混結合界面也應布置適當的傳感器進行監測。對于線形監測應在橋梁縱橫向均布設一定密度的測點，考慮施工過程測量的方便，可將工廠加工階段各測點布置于梁底，成橋后相應測點移至梁頂面。對于溫度測點可選在跨中附近截面或支座附近截面埋設溫度傳感器進行溫度監測。

3.5 施工誤差處理。

橋梁結構的實際施工狀態與理想施工狀態總是存在著一定的誤差，即理論預測存在誤差。橋梁施工控制的主要目的是使施工實際狀態最大限度地與理想設計狀態相吻合。要實現實際與預測相吻合，就必須全面了解可能使施工狀態偏離理論設計狀態的所有因素，以便對施工過程進行有效控制。

3.5.1 引起理論預測誤差的原因是多方面的，歸納起來主要有以下幾個方面：結構參數誤差、施工誤差、施工監測誤差、結構分析模型誤差及溫度變化不一致等。結構參數是施工控制中進行結構施工模擬分析的基本資料，它主要包括構件截面尺寸、材料彈性模量、容重、熱膨脹系數、施工荷載、索力等，其正確性直接影響分析的結果。實際研究表明，模型誤差及設計參數誤差是引起大跨度橋梁施工控制的誤差主要因素之一。

3.5.2 對施工過程中的預測誤差將采取如下處理方案：

（1）采用準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測值，若兩種誤差在允許范圍內，則按原預測值繼續下一節段的施工，否則進行第(3)步工作；

（3）進一步分析誤差的原因，特別對實際的設計參數進行識別，采用較為準確的設計參數進行結構分析，據此確定下一階段的施工參數，對今后的施工狀態進行預測。

4. 結語

鋼混組合結構橋梁具有巨大的市場推廣潛力，鋼混組合結構橋梁其成橋狀態與施工過程密切相關，鑒于目前我國還沒有相關設計及施工規范，其施工監控顯得尤為重要。本文詳細分析了鋼混組合結構橋梁的施工監控策略，對該類橋型的施工監控具有重要參考意義。

參考文獻

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