橋梁應力監測與控制

姜 鵬

(中鐵大橋局設計分公司，湖北 武漢 430050)

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橋梁應力監測與控制

姜 鵬

(中鐵大橋局設計分公司，湖北 武漢 430050)

分析了望東長江公路大橋江內引橋采用移動模架施工的技術，對橋梁施工全過程的應力監測與控制方法進行了研究，并通過對應力測試誤差處理以及對模型約束條件的修正，更真實的反映了橋梁實際受力狀況，對其他一些用移動模架施工的監控項目有一定的參考意義。

移動模架，應力監測與控制，模型約束條件

0 引言

應力監測結果不僅可以評價橋梁的施工質量，而且可以對施工中結構的安全起到預警作用，還可以用于成橋后的跟蹤監測，進一步完善橋梁設計理論。施工中實際應力受到諸多方面的因素影響，理論應力同樣也受到許多方面的因素影響，如何消除這些不確定的影響因素，更加真實的反映橋梁實際受力與理論應力的關系，成為當下施工控制所關注的重大問題。

1 工程概述

江內引橋上部構造跨徑布置為(4×55+4×55+5×55)m，全長715m。采用單箱單室直腹板預應力混凝土等高度連續箱梁，橋面全寬33.0m，單幅箱梁高3.2m，頂板寬16.0m，底板寬8.0m，腹板厚度沿橋跨變化，由跨中處50cm漸變至支點處100cm；頂板厚30cm，底板厚度沿橋跨變化，跨中處為30cm，支點處為60cm。下部采用根式沉井基礎，墩頂采用花瓶形式，墩身設置景觀凹槽，橋墩墩身橫橋向尺寸為4.5m，墩頂按兩段圓弧漸變為7.0m，橋跨布置及主梁截面見圖1和圖2。

2 江內引橋主要施工程序

江內引橋采用下行式55m移動模架施工。施工順序為：移動模架主梁拼裝、起吊→牛腿安裝→主梁就位→鼻梁安裝→橫梁及底模安裝→底模預拱度調節→側模、翼緣模板安裝及預拱調節→移動模架預壓→箱梁施工→移動模架前移至下一跨。

3 施工應力監測與修正

3.1 測點布置

應力測試斷面的選擇除了要考慮橋梁受力的最不利截面，還要考慮結構的對稱性及橋梁自身的施工特點，基于此，對于四跨一聯箱梁共布置7個應力測試斷面，分別為1/4L截面、跨中截面、3/4L截面和中支點截面，具體布置如圖3所示。

3.2 應力測試工況

本橋各跨應力測試選擇在混凝土澆筑后、預應力張拉后、移動模架走行到位等三個工況。

3.3 應力修正方法

影響混凝土應變測試的因素很復雜，主梁應變測量值除包括了荷載作用引起的彈性應力應變外，主要還包括收縮、徐變、溫度等影響而產生的應變。在箱梁橫斷面與彎曲應力平面的交界處，存在一條各點正應力都為零的線，這條線稱之為中性軸，故在此位置處只存在收縮徐變與溫度產生的應變，在此位置上埋入補償應變計，其他位置埋入應力應變計，見圖3。由于收縮徐變主要受混凝土齡期的影響，而在環境基本穩定的狀態下，主梁豎向溫度梯度產生的縱向位移值非常小，可忽略不計。因而在考慮主梁縱向應力應變時只需要將所測的補償應變值扣除，即得到主梁縱向由荷載產生的應變值，再分別取各頂底板應變計所測應變的平均值作為主梁頂底板的應變值，通過σ彈=E·ε計算其實際應力，其中，E為混凝土彈性模量；ε為荷載作用下混凝土的彈性應變。

由上述方法測得的應力值應同時考慮測量儀器本身的精度以及混凝土的彈性模量等因素的影響，因此，在量測前必須做好測量儀器的標定以及混凝土彈性模量的測量。只有這樣才能確保測試結果盡可能地接近于結構實際狀態。

4 施工監控仿真分析

本橋計算采用MIDAS/Civil軟件對結構進行正裝分析。結構的理論應力主要受到截面參數的選取、工況的劃分、外荷載作用以及材料特性的影響，而這些影響因素基本可通過實驗以及對施工過程精細化實施的模擬來消除，對于模型邊界條件的假定，可沿主梁節點下方一定距離相應的建立一個節點，新建節點與主梁的連接采用彈性連接，新建節點處采用固接，彈性連接的大小可根據模架預壓的彈性數據與理論數據進行線形擬合而求得。

在移動模架拼裝就位后，為檢驗其承載能力及整體穩定性，保證施工安全，首先應做模架的預壓試驗，以此消除模架的非彈性變形，并觀測其彈性變形，將變形數據與理論數據進一步擬合，移動模架的理論數據可通過有限元分析而得到，預壓下撓值沿橋長方向的對比結果如圖4所示。

根據分析結果可知，模架的實際剛度較理論值偏大，偏大的比例近似等于兩曲線相對點的差值的算術平均值與最大理論變形值的比值，即剛度應在理論剛度的基礎上考慮相應的增大，增加的數值為6.6%，在分析模型中建立其邊界條件，使軟件建模更符合實際施工狀態，得到更能反映實際施工的一系列數據，并通過與后續跨理論變形的比較，不斷的修正優化。經優化前與優化后對比發現，應力偏差基本在0.3MPa左右，經優化后的理論應力更能符合橋梁實際工作狀態。

本橋計算主要采用MIDAS/Civil有限元分析軟件，建立首聯4×55m箱梁模型，本聯共設209個節點、113個梁單元，成橋有限元模型如圖5所示。

5 應力監測結果

在整個施工過程中，鋼束張拉后的應力值是本跨所有施工工況下應力的最大值。表1中列出了4×55m箱梁在第3跨預應力張拉后的實測應力值與理論計算值之間的對比結果(表中實測值為該截面頂底板應力測量的平均值)。

表1 4×55 m主梁應力監測結果

6 結語

由以上結果的對比分析可知，各測試斷面的實測應力與理論應力較為接近，橋梁的施工質量滿足成橋設計要求，反映了橋梁的理論計算與實際受力狀態較為吻合，模型邊界的模擬和實測應力的修正可指導后續兩聯的施工。通過對該橋的應力監測與控制，對于同類橋梁施工監控給出以下建議：

1)在布置應力截面時應考慮選取適當位置布置補償應變計，盡可能選取中性軸位置埋設。2)在應力測試時盡可能選擇環境溫度較穩定時段進行，以便消除溫度梯度對應力的影響。3)在建立有限元分析模型時，應綜合考慮施工實際狀況，包括材料特性、階段劃分、施工順序等問題，特別注意模型邊界的模擬應盡可能符合施工實際狀態。4)施工中應密切關注橋面臨時荷載的堆載及位置，并應嚴格控制橋梁截面尺寸與重量不出現大的偏差。5)預應力張拉應嚴格按照規范及設計要求執行，張拉位置在混凝土澆筑前應檢查鋼筋整體配置情況，避免出現張拉位置開裂與應力集中現象。

[1]李慶華.材料力學.成都：西南交通大學出版社，1994.

Bridgestressmonitoringandcontrol

JiangPeng

(China Railway Bridge Bureau Design Branch Company, Wuhan 430050, China)

ThethesisanalyzesmovableformworkconstructiontechnologyadoptedinWangdongChangjiahighwaybridge,andstudiesbridgeconstructionstressmonitoringandcontrolmethods.Throughprocessingstresstestingerrorsandcorrectingmodelconstrainingconditions,itreallyreflectsactualbridgestressconditions,whichhascertainguidingmeaningforothermovableformworkconstructionmonitoringproject.

movableformwork,stressmonitoringandcontrol,modelconstrainingconditions

1009-6825(2015)01-0182-02

2014-10-25

姜 鵬(1986- )，男，助理工程師

U

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