某連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂法施工監(jiān)控

李全彪

(唐山交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司　唐山　063000)

某連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂法施工監(jiān)控

李全彪

(唐山交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司唐山063000)

摘要橋梁施工階段控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，尤其是復(fù)雜橋梁體系施工的控制，系統(tǒng)的運(yùn)行貫穿于橋梁施工的始終。文中結(jié)合某實(shí)際大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋施工控制的工程實(shí)踐，從施工控制的基本流程，施工控制方法，施工過程模擬分析，以及施工監(jiān)控的方法與儀器等方面進(jìn)行了總結(jié)和論述。

關(guān)鍵詞連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控模擬分析預(yù)拱度

橋梁施工，尤其是復(fù)雜橋梁的施工是一個(gè)系統(tǒng)工程。自開工到竣工，橋梁構(gòu)件的應(yīng)力和變形將受到許多確定和不確定因素的影響，包括設(shè)計(jì)計(jì)算模型、材料性能、施工誤差、施工臨時(shí)荷載、預(yù)應(yīng)力損失、收縮徐變，以及溫度等諸多因素，這些因素在理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)之間存在的差異，可能導(dǎo)致合龍困難、成橋線型與內(nèi)力狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)要求，從而給橋梁施工安全、主梁線形、結(jié)構(gòu)可靠性、行車條件和經(jīng)濟(jì)性等方面帶來不同程度的不利影響。因此，在整個(gè)施工過程中，必須實(shí)施有效的施工控制，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測、識別、調(diào)整、預(yù)測等措施來保證設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。

1　工程概況

某橋連續(xù)剛構(gòu)橋全長484m,橋梁寬度13m。上部結(jié)構(gòu)為52m+4×95m+52m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋。墩頂0號梁段長11m，與主橋墩組成5個(gè)T形懸臂梁，各分為11對梁段；其梁段組成為6×3.5m+5×4m。跨中合龍段長2m，邊跨合龍段長2m，邊跨現(xiàn)澆段長3.5m。墩頂梁高560cm，跨中梁高200cm，梁高按照2次拋物線變化。0～7號梁段腹板厚70cm，7～9號梁段變化至50cm，其他為50cm。主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙薄壁墩結(jié)構(gòu)，主墩橫橋向?qū)挾?00cm，順橋向?qū)挾?20cm。2薄臂墩間距離460cm。主橋采用C50混凝土，墩身采用C40混凝土，承臺采用C30混凝土，樁基礎(chǔ)采用C25混凝土。設(shè)計(jì)荷載：公路-I級。橋梁布置見圖1。

圖1　橋梁布置圖(單位：m)

2　施工階段的結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算與分析

2.1橋梁施工控制方法

橋梁施工控制一般分為事后控制法、自適應(yīng)控制法、最大寬容度法、預(yù)測控制法等。本項(xiàng)目選用目前在橋梁監(jiān)控中應(yīng)用較為廣泛的自適應(yīng)控制方法，其基本原理為：通過施工過程數(shù)據(jù)反饋，不斷更新用于施工控制的跟蹤分析程序的相關(guān)參數(shù)，使計(jì)算分析程序適應(yīng)實(shí)際施工過程，從而較準(zhǔn)確地反映實(shí)際施工過程，然后以計(jì)算分析結(jié)果指導(dǎo)下一施工步驟[2]。其基本流程主要包括以下幾點(diǎn)：①以設(shè)計(jì)的成橋狀態(tài)為目標(biāo)，按照規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定每一施工步驟應(yīng)達(dá)到的分目標(biāo)，并建立施工過程跟蹤分析程序；②根據(jù)上述分目標(biāo)開始施工，并測量實(shí)際結(jié)構(gòu)的變形等數(shù)據(jù)；③根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)據(jù)分析和調(diào)整各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以調(diào)整后的參數(shù)重新確定以后各施工步驟的分目標(biāo)，建立新的跟蹤分析程序;④反復(fù)上述過程即可使跟蹤分析程序的計(jì)算與實(shí)際施工相吻合，各分目標(biāo)也成為可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，進(jìn)而利用跟蹤分析程序來指導(dǎo)以后的施工過程和必要的調(diào)整與控制。

2.2分析數(shù)字模型建立方法

目前，橋梁施工過程模擬分析方法主要有：正裝計(jì)算法，倒裝計(jì)算法和無應(yīng)力計(jì)算法，是對各施工階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析。本項(xiàng)目采用MidasCivil軟件建立數(shù)字模型，用正裝計(jì)算法，能較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工過程，混凝土收縮、徐變等時(shí)間效應(yīng)在各個(gè)施工階段也可逐步計(jì)入。

在確定計(jì)算模型時(shí)，主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)的梁高、慣性矩等幾何特征必須計(jì)算正確；②結(jié)構(gòu)的張拉力必須嚴(yán)格控制；③溫度對結(jié)構(gòu)的影響較復(fù)雜，通常的做法是對季節(jié)性溫差在計(jì)算中予以考慮，對日照溫差則在觀測中采取一些措施予以消除，減小其影響；④確定計(jì)算模型時(shí)，單元?jiǎng)澐种饕鶕?jù)主梁每次施工長度來確定，每塊懸澆箱梁可為一個(gè)單元；⑤主墩單元的多少對結(jié)構(gòu)分析精度影響不大，按一般劃分原則進(jìn)行單元和結(jié)構(gòu)劃分；⑥MIDAS程序中的梁單元是符合平截面假定理論的，所以橫斷面的剛度非常大。對于梁單元考慮橫、豎向預(yù)應(yīng)力沒有實(shí)際意義。

2.3預(yù)拱度設(shè)置

連續(xù)剛構(gòu)橋主梁施工過程中的變形控制主要通過混凝土澆筑前立模標(biāo)高的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，而立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形(撓度)。其計(jì)算公式如下：

3　橋梁線形監(jiān)測與控制

3.1變形監(jiān)測

主梁高程采用高精度徠卡電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，測出施工各節(jié)段撓度控制測點(diǎn)標(biāo)高的改變量，即橋梁各施工階段工況發(fā)生改變后結(jié)構(gòu)的變形量。軸線測量是觀測已施工節(jié)段的中線點(diǎn)相對于橋軸線的偏距。為了保證邊、中跨按設(shè)計(jì)中線正確合龍，必須控制主梁中線偏差值。軸線測量與高程線性測量時(shí)間同步，采用全站儀測量各點(diǎn)三維坐標(biāo)的方法測得。懸澆節(jié)段標(biāo)高測點(diǎn)見圖2。

圖2　懸澆階段標(biāo)高測點(diǎn)

為消除日照溫差引起的梁體的不規(guī)則變化，線形測量選擇在溫度變化小、氣候穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行。位移測試時(shí)間嚴(yán)格安排在清晨(5：30～7：30)時(shí)間段完成，并盡可能縮短測量工作持續(xù)的時(shí)間。

3.2變形監(jiān)控結(jié)果

由于實(shí)測數(shù)據(jù)量大, 現(xiàn)將1～7號塊各截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后的理論標(biāo)高和實(shí)測標(biāo)高值列于表1。表中數(shù)據(jù)表明, 各截面實(shí)測標(biāo)高與理論標(biāo)高的差值均小于規(guī)范規(guī)定的15mm的要求, 且差值較小, 各節(jié)段標(biāo)高均處于有效的控制范圍。

表1　1～7號塊實(shí)測標(biāo)高和理論標(biāo)高比較表　m

4　應(yīng)力監(jiān)測與分析

4.1應(yīng)力監(jiān)測

主梁是主要受力構(gòu)件，其各部位受力情況關(guān)系到結(jié)構(gòu)是否安全，為此，必須在關(guān)鍵截面和關(guān)鍵部位設(shè)置應(yīng)力測點(diǎn)，以監(jiān)測其應(yīng)力變化情況，并和設(shè)計(jì)計(jì)算值進(jìn)行比較，檢查其應(yīng)力是否超限，以便及時(shí)進(jìn)行施工預(yù)警，保障施工安全[4]。

根據(jù)5跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工時(shí)的受力特點(diǎn)和施工控制的主要目的，確定正應(yīng)力監(jiān)測斷面10個(gè)。分別布置在墩頂根部附近截面、合龍口控制截面、1/4控制截面等處。

在測試截面每個(gè)測點(diǎn)都布置振弦式應(yīng)變計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是儀器穩(wěn)定性好，測試精度較高，并帶有溫度傳感功能，價(jià)格相對較便宜，操作較簡單，實(shí)際操作時(shí)利用集線箱將同一截面和相鄰截面的應(yīng)力測點(diǎn)連接在一起，形成數(shù)據(jù)采集子站，在每一工況結(jié)束后，利用讀數(shù)儀和集線箱快速采集應(yīng)變計(jì)的頻率變化，根據(jù)應(yīng)變計(jì)頻率和應(yīng)變的相互關(guān)系，得出該工況相應(yīng)測點(diǎn)的應(yīng)變，進(jìn)而換算成應(yīng)力。

4.2應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與分析

應(yīng)變計(jì)算公式為：應(yīng)變=應(yīng)變計(jì)最小讀數(shù)×ΔF(模數(shù)值)+溫度修正，由應(yīng)力=彈性模量×應(yīng)變得到實(shí)際狀態(tài)下應(yīng)力值[5]。圖3為主梁3號墩根部截面測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)力變化曲線。

圖3　主梁3號墩根部截面測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)力變化曲線

從圖3可以看出，主梁懸臂澆筑的整個(gè)施工過程中，根部截面基本都處于全截面受壓狀態(tài)，且壓應(yīng)力隨著澆筑梁段增加明顯變大，壓應(yīng)力增幅均勻，實(shí)測應(yīng)力分布曲線基本符合理論分析的應(yīng)力曲線分布趨勢，在監(jiān)控過程中未發(fā)現(xiàn)異常情況。應(yīng)力實(shí)測值與理論值吻合較好，存在的偏差主要是由于未剝離的徐變引起的虛應(yīng)變使應(yīng)變傳感器發(fā)生了非受力變形引起，因此主要從實(shí)測應(yīng)力分布狀況和應(yīng)力增幅來判斷結(jié)構(gòu)受力是否安全。

5　結(jié)語

工程實(shí)踐表明，對懸臂現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋的施工實(shí)施監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正施工過程中種種不精確因素造成的橋梁線形和應(yīng)力的偏差。橋梁監(jiān)控監(jiān)測通過參數(shù)識別、不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)有限元模型中各種參數(shù)與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差別，達(dá)到指導(dǎo)施工，保障施工安全，直至橋梁達(dá)到順利合龍，成橋后橋梁線形優(yōu)美，應(yīng)力狀態(tài)合理的效果。

參考文獻(xiàn)

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[4]北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.用建模助手作懸臂施工FCM施工階段分析[M].北京:北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司,2010.

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收稿日期：2015-06-07

StudytotheGeneralDesignoftheStandaloneStandard-span
Bridge'sExpansionandReconstructionUndertheNewRegulations

Hu Tieshan1，HeBowen2

(1.HubeiProvincialCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Wuhan430051,China；

2.CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd., 430056Wuhan,China)

Abstract：As the development of the economy and civil engineering, the major tasks of the road infrastructure constructions have become to rebuild and expand the existing roads. With the implementation of the new regulations, rebuilding and expanding the bridges has become the most important and difficult tasks. This paper summarizes what's defined by the new regulations, proposals the guidelines for bridge rebuilding and expansion, and discusses the solutions of the bridges' main structure and surface's rebuilding and expansion.

Key words:new standard; average highway; bridge engineering; bridge widening; bridge surface pavement

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.009