高墩大跨度連續剛構橋施工監控

李家祥

[摘要]近些年來,在西部大開發的交通建設中,穿越山嶺重丘區架設在陡坡深谷之間的高墩大跨度橋梁日益增多,給高墩、大跨度連續剛構橋的發展帶來了新的機遇;同時將如何有效地提高該類橋梁的施工控制水平,確保結構的安全和穩定,保證結構的受力合理和線形平順,為大橋安全、順利架構提供技術保障,既是施工中特別需要關注的問題;將是本文即要探討的要點所在。

[關鍵詞]高墩 大跨度 連續剛構橋 施工監控

1 施工監控的目的與原則

連續剛構體系在施工過程中要經歷多次體系轉換,結構單元數量、荷載逐段變化,是一種復雜的超靜定結構。為了保證工程施工質量,就需要有一個科學、合理、適時的施工控制系統,來綜合考慮各種影響因素 (溫度差異、應力變化),嚴格監控整個施工過程中結構的變形、應力、內力情況,達到指導施工的目的,以確保橋梁的成橋線形及結構受力狀態符合設計要求。其控制原則為:(1)施工過程中以截面的應力和內力為主要控制對象;(2)懸臂段合攏相對高差控制在20mm以內;(3)橋面線形調整引起的橋面墊層厚度增減絕對值最小,平均值符合設計要求;(4)橋面預拱度滿足二期恒載、1/2活載作用和設計混凝土徐變年限內的徐變變形要求。

2 施工監控的方法

2.1施工過程模擬分析方法

施工過程模擬分析是橋梁監控的理論依據,由工程實際建立理論模型,對結構各階段的內力和撓度進行計算。在施工控制計算中,將各主梁離散呈單梁單元,三個墩底視為固結,兩邊跨端視為鏈桿支承。將單元幾何信息及各施工階段的荷載、徐變、收縮、預施力等信息輸入數據文件,先進行前進分析計算,再進行倒退分析計算。某大橋的施工仿真計算采用了目前能夠應用于施工監控的大型空間有限元軟件進行施工仿真計算,并采用其空間結構計算軟件再行校核.

2.2參數調整理論

設計參數識別是根據施工中結構線形或內力的實測值對主要設計參數進行識別,尋找產生偏差的原因。然后將修正過的設計參數反饋到仿真數值模型中去,重新給出施工中內力和撓度的理論期望值,以消除理論值和實測值不相一致的主要部分,最后達到內力和撓度雙控的目標。至于灰色預測控制,則是將各控制點的標高理論計算值減去實測值得到誤差序列,建立誤差序列的函數模型,求得誤差函數,得到誤差估計值,將誤差估計值和理論值相加得出預測值。

由于連續剛構橋懸臂施工中對線形誤差的糾正措施比較少,控制誤差的產生就顯得尤為重要。鑒于此,當處在預應力砼梁橋撓度控制過程中可將這兩種理論相結合,充分發揮各自的所長。其處理思路是:在施工階段,根據狀態變量(控制點位移、控制截面內力)的實測值和相應理論值,運用參數識別法對其影響參數進行識別和修正,重新給出理論期望值;然后根據理論期望值和實際值的差別運用灰色預測法對下一節段的誤差進行預測篩選。這樣既消除了產生偏差的主要因素,又將控制系統自身的誤差及其他難以精確計算的隨機因素的影響原因降到最小化。

3 施工監控的主要內容

3.1高程線形控制

對于高程線形監控,目前一般有卡爾曼濾波法、自適應控制法和人工網絡神經(BP網絡)等方法。居于自適應控制方法易于被廣大工程技術人員理解和掌握,已在多座橋梁建設中成熟應用。因此,該大橋在高程線形監控方面均采用自適應控制方法?，F具體介紹如下:

(1)箱梁理論標高的計算

在實施監控之前,必須做好箱梁設計線形、目標線形和預拱度線形設計。箱梁三條理論曲線確立后,即可以應用預拱度曲線確定箱梁立模標高:

H琲┝⒛＊=H琲┥杓篇+f1/2靜活截猧+f┖篤諦轂洫猧+F┛⒐お猧

式中:H琲┝⒛＊—第i階段的立模標高;

H琲┥杓篇—第i階段的設計標高,由設計方提供;

f1/2靜活截猧—橋梁承受1/2靜活載所引起的變形;

f┖篤諦轂洫猧—橋梁竣工后由于混凝土后期徐變引起的變形,可通過結構計算求得;

F┛⒐お猧—結構某一點在立模之后,由于以后的施工操作使該點產生變形,這種變形直到成橋竣工時為止。

在標高控制中,只要理論模型與實際相吻合,就可以根據上式得到立模標高,在節段施工時,準確放樣立模標高,即可以達到控制的目的。當實測變形和理論計算值不吻合時,應調整計算參數,修正理論模型,消除理論和實際的偏差,掌握實際變形的規律,通過調整立模標高對橋梁進行控制。

(2)箱梁理論撓度測試方法

結合以往施工監控經驗,在該大橋施工中,對每個箱梁懸臂澆筑階段進行四次量測:(a)掛籃移動后;(b)節段混凝土澆注完;(c)張拉預應力筋前;(d)張拉預應力筋后。這樣既抓住了施工控制的關鍵階段,也滿足了施工控制的各項要求。

(3)箱梁實測數據處理、參數識別和預測標高

箱梁實測數據處理、參數識別和預測標高是相互關聯的三個環節。對于實測數據處理的要求是及時準確,處理時對疑問數據要及時復測、復查;參數識別是依據四階段測量的實測值對主要設計參數進行分析,然后將修正過的設計參數反饋到控制計算中,重新給出施工中的結構內力、變形值,以消除理論值和實測值的偏差;預測標高在參數識別的基礎上進行,參數識別時對實測數據的分析要準確無誤,對溫度影響,采用溫度與撓度變形對比量測解決。

(4)溫度變化對高程線形的影響

實測數據的主要影響因素是溫度變異,因此,對溫度變化影響高程線形的研究是必不可少的。由于溫度場隨時隨地都在變化,要精確計算溫度的影響幾乎是不可能的。為了盡量避免溫度變化對高程線形的影響,在箱梁施工階段確立筑模標高的時候,應盡可能選擇在溫度較穩定、影響較小的時分進行。

3.2應力控制

施工控制中應對結構分析所確定的關鍵截面的受力情況進行應力監控,適時發出安全預警以采取處置措施和保證結構安全。應力控制是將現場實測值和理論計算值相比較,通過二者偏差調整設計參數修正計算模型,以達應力控制的目的。

目前應力檢測是通過檢測應變來反映,而應變檢測常用鋼弦式應力計和鋼筋式應力計。鋼弦式應力計由于具有性能穩定、使用簡便、受溫度影響小且適于長期觀測而得到廣泛應用。為了減小溫度的影響,觀測時宜安排在早晨進行,這樣能將溫度引起的誤差降到最低限度。

4 對施工監控的幾點看法

(1)對大跨徑連續剛構橋進行施工控制的必要性

設計文件所提供的預拱度一般不能滿足實際施工要求,施工控制不但能起到補充設計和輔助指導施工的作用,更重要的是能起到對影響施工目標實現的各種因素的深入研究、檢測及相關問題的解決,對深刻認識大跨徑連續剛構橋的受力及變形特點,提高大跨徑連續剛構橋梁的設計、施工水平是十分的有意義性。

(2)施工監控技術有待更深一步研究和完善

應該研發專用的施工控制分析軟件,這樣能減少工作量和避免出錯;在影響箱梁撓度的眾多因素中,對溫度因素應特別重視,有待深入研討。

(3)施工監控工作應向橋梁運營階段延伸

橋梁運營期間的內力和撓度監測能進一步檢驗施工控制的最佳效果,能完善和提高實際和施工控制的技術水準,同時具能預報橋梁運營期間可能出現的病害和隱患問題。