預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋施工過程線形監(jiān)控研究

劉首峰

(義烏市精誠交通工程檢測有限公司， 浙江 義烏 320000)

橋梁線形監(jiān)控一直是研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，如汪順平等利用有限元軟件MIDAS/Civi 2012對懸臂掛籃施工方法和大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工方法下大跨度變截面連續(xù)箱梁的受力特征進(jìn)行對比分析，得出大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工過程中橋梁墩頂負(fù)彎矩較小，且能縮短工期；李國平將大跨徑連續(xù)梁橋施工期結(jié)構(gòu)變形和成橋線形為控制對象，根據(jù)懸臂施工特點(diǎn)控制約束條件、目標(biāo)函數(shù)、狀態(tài)與變量及實(shí)施方法等，取得了較好的效果；冼尚鈞對鋼箱連續(xù)梁橋線形進(jìn)行控制分析，得到了制造及架設(shè)過程中線形變化規(guī)律及調(diào)整措施。該文針對某預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋，運(yùn)用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬分析施工中線形變化規(guī)律。

1 工程概況

某跨江大橋全長196 m，為跨徑(50+80+50) m預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室截面，頂板厚度為28 cm，寬度為1 850 cm，橫坡為1.5%；底板寬度為1 050 cm，底板上沿順橋向呈二次拋物線變化，截面高度變化范圍為230～500 cm，邊墩支座及跨中截面梁高230 cm，中墩支座梁高500 cm。箱梁頂面沿中心設(shè)置人字形橫坡，坡度為1.5%。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系設(shè)置，主梁砼強(qiáng)度等級為C50，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)置。主梁采用掛籃懸臂對稱施工，首先搭設(shè)現(xiàn)澆支架澆筑0#塊，然后安裝掛籃懸臂施工澆筑1#～11#塊標(biāo)準(zhǔn)段，邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架澆筑，合龍段先邊跨后中跨合龍，最終進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，施工完成主梁結(jié)構(gòu)。主橋結(jié)構(gòu)施工控制流程見圖1。

2 主梁模型建立及立模標(biāo)高確定

為保障主梁準(zhǔn)確合龍，降低鋪裝難度，使成橋線形滿足要求，施工過程中采用有限元軟件MIDAS/Civil 2010對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程模擬計(jì)算。采用梁單元建立全橋模型，共分為67個(gè)節(jié)點(diǎn)、72個(gè)單元(見圖2)。

圖1 主梁節(jié)段施工流程

圖2 全橋計(jì)算模型

橋梁的線形監(jiān)控主要通過調(diào)整立模標(biāo)高來實(shí)現(xiàn)。首先確定懸臂澆筑各階段的立模標(biāo)高，箱梁各節(jié)段實(shí)際立模標(biāo)高按下式計(jì)算：

Hi立模=Hi設(shè)計(jì)+Hi理論預(yù)拱度+Hi預(yù)拱度調(diào)整+

Hi掛籃變形

(1)

式中：Hi立模為第i節(jié)點(diǎn)的實(shí)際立模標(biāo)準(zhǔn)高度；Hi設(shè)計(jì)為第i節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程；Hi理論預(yù)拱度為第i節(jié)點(diǎn)的理論預(yù)拱度；Hi預(yù)拱度調(diào)整為參數(shù)誤差產(chǎn)生的理論預(yù)拱度的改變值；Hi掛籃變形為掛籃彈性壓縮變形，由掛籃加載施壓后計(jì)算得到。

該橋設(shè)計(jì)中將箱梁底面下沿高程與箱梁上頂面中心高程一起納入理論預(yù)拱度中，施工過程中立模標(biāo)高公式修正為：

Hi立模標(biāo)高=Hi箱梁頂面中心高程-Hi設(shè)計(jì)預(yù)拱度+

Hi實(shí)際預(yù)拱度+Hi掛籃變形

(2)

根據(jù)不同箱形截面設(shè)計(jì)高度，依據(jù)箱梁頂面中心高程可直接計(jì)算箱梁地面中心高程，對掛籃進(jìn)行加載施壓后，通過觀察掛籃的受力與變形狀況，分析由掛籃彈性壓縮導(dǎo)致的變形。只要對實(shí)際預(yù)拱度值進(jìn)行設(shè)定，即可得到每道工序段的實(shí)際立模標(biāo)準(zhǔn)高度。實(shí)際施工中，因存在很多不能預(yù)知的因素，橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際線形不易達(dá)到理想狀態(tài)，當(dāng)施工現(xiàn)場實(shí)測撓度與理論撓度存在差異時(shí)，應(yīng)對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其與實(shí)際施工狀態(tài)的理論撓度相符，通過施工前的預(yù)測與施工后的調(diào)整使橋梁線形滿足要求。該橋施工監(jiān)控過程主要包括平面線形監(jiān)控與箱梁高程線形監(jiān)控，其中平面線形較易控制，故重點(diǎn)對箱梁高程線形進(jìn)行監(jiān)控，使其與目標(biāo)線形相符。

3 線形狀態(tài)預(yù)測分析

3.1 線形測點(diǎn)分布

在每個(gè)施工節(jié)段布置3個(gè)對稱的高程測點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀對各截面標(biāo)準(zhǔn)高度進(jìn)行測量，對各測點(diǎn)的箱梁曲線與撓度變化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，并與預(yù)測值進(jìn)行比較，為結(jié)構(gòu)狀態(tài)修正提供依據(jù)，確保箱梁懸臂端合龍精度與橋面線形滿足要求(見圖3)。

圖3 線形測點(diǎn)的橫斷面分布(單位：cm)

3.2 線形預(yù)測

該橋施工過程中只針對重要設(shè)計(jì)參數(shù)砼容重進(jìn)行誤差修正。2#墩大道施工段與小巷側(cè)施工段的砼節(jié)段自重不同，重點(diǎn)對8#施工段預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后的狀況進(jìn)行論述。標(biāo)高取以0#塊中心為基準(zhǔn)點(diǎn)的相對高程。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對線形進(jìn)行預(yù)測，輸入、輸出參數(shù)見表1。

對2#墩大道8#塊預(yù)應(yīng)力筋張拉后線形狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。表1中實(shí)際標(biāo)高與理論標(biāo)高為2#墩大道8#塊張拉后各施工段的截面標(biāo)準(zhǔn)高度，以表1中實(shí)測標(biāo)高與理論標(biāo)高分別作為輸入、輸出參數(shù)，通過整理，得式(3)、式(4)。

表1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出參數(shù)

(3)

t=[0.139 0.173 0.278 0.227 0.254

0.276 0.282 0.310]

(4)

利用式(5)對表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果見表2。

(5)

式中：x′為該組元素歸一化后輸入(輸出)值：a、b為常量，其值依據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況確定，該橋取a=0.2、b=0.6；x為該組元素歸一化前輸入(輸出)值；xmax為同一類輸入(輸出)值中最高值；xmin為同一類輸入(輸出)值中最低值。

表2 歸一化后的輸入、輸出參數(shù)

將表2中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成下列矩陣：

得到仿真預(yù)測數(shù)據(jù)為：

A=[0.181 0.373 0.431 0.435 0.650

0.727 0.682 0.784]

再將該矩陣反歸一化，得：

A=[0.091 0.235 0.191 0.231 0.234

0.289 0.307 0.286]

3.3 線形預(yù)測結(jié)論

運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對該橋線形進(jìn)行預(yù)測，并與實(shí)測值對比，結(jié)果見表3～5。

根據(jù)表3～5，該橋合龍精度為：1#墩大道邊跨10.89 mm，中跨18 mm，小港側(cè)邊跨16.29 mm，邊跨、中跨合龍精度均未超過20 mm，滿足控制要求。各截面高程值見表6～9。

表3 1#墩標(biāo)高預(yù)測值與理論計(jì)算值、實(shí)測值的比較

表4 2#墩標(biāo)高預(yù)測值與理論計(jì)算值、實(shí)測值的比較

表5 1#墩大道標(biāo)高預(yù)測值與理論計(jì)算值、實(shí)測值的比較

表6 1#墩大道高程值

表7 1#墩小港側(cè)高程值

由表6～9可知：經(jīng)過施工線形監(jiān)控，各墩梁合龍后實(shí)測標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差異不大，理論計(jì)算值與實(shí)際變形值的誤差較小，只有極少數(shù)測點(diǎn)實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程出現(xiàn)較大偏差。主要原因是標(biāo)高測點(diǎn)在施工中被壓彎與破壞或測量中存在一些不可避免的因素，如大風(fēng)等使主梁產(chǎn)生振動、儀器不準(zhǔn)等。

表8 2#墩大道高程值

表9 2#墩小港側(cè)高程值

4 結(jié)論

(1) 該橋變形值小于20 mm，滿足控制要求。

(2) 合龍精度符合設(shè)計(jì)要求。

(3) 橋梁合龍后，左右對稱性較好。

(4) 主橋線形平順、流暢，與預(yù)期目標(biāo)一致。