預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控分析

朱亞飛，徐澤平

(蘇交科集團檢測認(rèn)證有限公司 南京市 211112)

0 引言

橋梁施工過程中的應(yīng)力和變形變化規(guī)律對于判斷橋梁的穩(wěn)定性具有重要意義，目前國內(nèi)的文獻(xiàn)對此進(jìn)行了一些研究，文獻(xiàn)[1]結(jié)合某工程實例建立有限元模型計算分析高墩曲線剛構(gòu)橋的受力和位移規(guī)律,研究此類橋梁在施工階段和成橋階段的空間結(jié)構(gòu)行為，為高墩大跨曲線剛構(gòu)的設(shè)計與施工提供參考；文獻(xiàn)[2]對某大跨徑橋涵預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁半年的連續(xù)溫度場觀測結(jié)果，分析了在太陽輻射下春、夏季的混凝土箱梁各個截面的溫度場隨時間變化的規(guī)律，利用數(shù)理統(tǒng)計方法，擬合了截面升溫模式和降溫模式的溫度梯度，并分析了各國規(guī)范截面沿梁高的溫度梯度模式，得出了適合廣東地區(qū)的溫度梯度模式；文獻(xiàn)[3-4]結(jié)合某大橋右幅橋多跨懸澆預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，對主梁線形進(jìn)行了平面位置及掛籃變形監(jiān)測，并對上部結(jié)構(gòu)主梁線形監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行了分析，橋在施工懸臂階段的線形控制良好，和理論線形吻合，基本控制在±1cm之內(nèi)，大橋合龍后線形順暢,滿足規(guī)范及設(shè)計要求；文獻(xiàn)[5-6]采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建模計算對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在施工階段應(yīng)力和變形展開研究，分析了在施工階段中梁體自重、預(yù)應(yīng)力、掛籃荷載、混凝土收縮徐變等因素對兩端懸臂、最大懸臂、中跨合龍3個關(guān)鍵位置的受力影響。主要以某預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，對承臺沉降、應(yīng)力和主梁階段標(biāo)高進(jìn)行了監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析，研究結(jié)果可為類似工程施工和監(jiān)測提供參考。

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)采用(74.5+135+74.5)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，左右幅分幅設(shè)置，單幅主梁分為18個梁段，其中0#梁段為托架現(xiàn)澆段，1～16#梁段采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，17#梁段為邊跨合龍段和中跨合龍段，18#梁段為邊跨現(xiàn)澆段。上部結(jié)構(gòu)主梁施工采用懸臂法施工工藝，通過對主梁線形跟蹤監(jiān)測和控制，保證主梁線形偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)主梁線形監(jiān)控的目標(biāo)。本橋位于分離路基上，單幅橋梁橫斷面組成為0.5m(防撞護欄)+11.5m(行車道)+0.5m(防撞護欄)=12.5m；設(shè)計汽車荷載等級為公路-Ⅰ級。主橋橋型示意圖如圖1所示。

圖1 主橋橋型示意圖(單位：cm)

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測項目

該大橋上部結(jié)構(gòu)主梁施工階段的主要監(jiān)控項目分別為承臺沉降、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、主梁階段標(biāo)高、監(jiān)測。

2.2 監(jiān)測類別

2.2.1承臺沉降監(jiān)測

通過對主墩承臺的沉降監(jiān)測，收集基礎(chǔ)沉降數(shù)據(jù)為主梁立模標(biāo)高數(shù)據(jù)提供參考，并為結(jié)構(gòu)計算模型中基礎(chǔ)沉降取值提供可靠的參數(shù)。每個主墩承臺設(shè)置4個基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點，測點布置如圖2所示，采用自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行承臺沉降監(jiān)測。

圖2 3#、4#墩沉降觀測點布置示意圖

2.2.2應(yīng)力監(jiān)測

結(jié)構(gòu)的應(yīng)力(應(yīng)變)測試結(jié)果，一方面用來評價施工質(zhì)量，另一方面還可對橋梁結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)跟蹤監(jiān)測，從而較準(zhǔn)確地掌握結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變傳感器埋設(shè)在主梁懸臂端根部；傳感器在綁扎主梁鋼筋時埋設(shè)。在主梁上部結(jié)構(gòu)施工階段每階段主梁混凝土澆注后、預(yù)應(yīng)力張拉后采用JMZX-3006L綜合測試儀觀測1次，應(yīng)變采集時應(yīng)在氣溫恒定環(huán)境下待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后采集。上部結(jié)構(gòu)主梁施工階段應(yīng)力監(jiān)控測點布置如圖3所示。

圖3 主梁應(yīng)力監(jiān)測截面橫斷面布置示意圖

2.2.3主梁階段標(biāo)高監(jiān)測

該大橋在上部結(jié)構(gòu)主梁施工過程中，采用自動安平水準(zhǔn)儀對主梁節(jié)段的標(biāo)高進(jìn)行測量，保證主梁線形偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)主梁線形監(jiān)控的目標(biāo)。大橋共設(shè)置4個主墩，施工過程中為便于跟蹤觀測主梁線形偏差，主梁施工過程中每個節(jié)段分成3個工況：掛籃前移并定位立模；澆注全部混凝土；預(yù)應(yīng)力張拉，每個工況利用自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高測量。對主梁標(biāo)高進(jìn)行跟蹤測量和控制，確保主梁線形偏差始終在規(guī)范控制范圍內(nèi)。圖4～圖5為主梁階段立模標(biāo)高測點及箱梁階段高程測點布置示意圖。

圖4 主梁階段立模標(biāo)高測量布置示意圖

圖5 箱梁階段高程測量布置示意圖

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 承臺沉降

在承臺澆筑完成后在高墩承臺上布置承臺沉降變形測點，并用紅油漆標(biāo)記。利用自動安平水準(zhǔn)儀對承臺進(jìn)行了多次沉降監(jiān)測，承臺沉降累計變形圖如圖6～圖9所示。由圖可知，對于左幅3#和4#承臺以及右幅3#和4#承臺的1#～4#測點處的累計均小于9mm，滿足梁段立模標(biāo)高偏差小于規(guī)范要求的±10mm的規(guī)定。

圖6 左幅3#承臺累計變形示意圖

圖7 左幅4#承臺累計變形示意圖

圖8 右幅3#承臺累計變形示意圖

圖9 右幅4#承臺累計變形示意圖

3.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析

在上部結(jié)構(gòu)主梁施工階段采用JMZX-3006L綜合測試儀進(jìn)行觀測，利用應(yīng)力與應(yīng)變的線性關(guān)系換算成應(yīng)力并與理論應(yīng)力(有限元仿真計算值)進(jìn)行對比，了解橋梁結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)。實際工程中，對左幅3#和4#以及右幅3#和4#墩箱梁段混凝土澆注、張拉后的截面應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測，由于篇幅所限，僅給出了左幅3#梁節(jié)段混凝土澆注、張拉后1-1截面和1’-1’截面應(yīng)力監(jiān)控數(shù)，如表1和表2所示，其中受壓符號為負(fù)，受拉為正。由表可知，由應(yīng)力與應(yīng)變的線性關(guān)系換算成應(yīng)力與理論應(yīng)力值非常接近，且在規(guī)定的控制范圍內(nèi)。

3.3 主梁階段標(biāo)高監(jiān)測結(jié)果分析

大橋上部結(jié)構(gòu)主梁施工一個梁段稱為一個節(jié)段，每節(jié)段分成3個工況，即包括：掛籃前移并定位立模、澆注全部混凝土、預(yù)應(yīng)力張拉。采用自動安平水準(zhǔn)儀對節(jié)段的標(biāo)高進(jìn)行測量，保證主梁線形偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)主梁線形監(jiān)控的目標(biāo)。工程中對梁段左右側(cè)底模立模標(biāo)高和立模偏差、主梁頂板和底板鋼筋頭在混凝土澆注及預(yù)應(yīng)力張拉后的高程變化進(jìn)行檢測。由于篇幅有限，僅給出了左幅3#墩立模梁底標(biāo)高，并與相應(yīng)工況的理論計算值進(jìn)行了對比，得到立模偏差，如表3所示。由表可知，實測立模標(biāo)高與理論立模標(biāo)高差值均小于10mm，說明了模擬結(jié)果的可靠性，且混凝土澆注、預(yù)應(yīng)力張拉對主梁節(jié)段高程的影響也符合規(guī)范要求，處于正常狀態(tài)。

表1 左幅3#墩箱梁段1-1截面應(yīng)力(單位：MPa)

表2 左幅3#墩箱梁段1’-1’截面應(yīng)力(單位：MPa)

4 結(jié)論

以某預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，對承臺沉降、應(yīng)力和主梁階段標(biāo)高進(jìn)行了監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：

表3 左幅3#墩立模梁底標(biāo)高(單位：m)

(1)通過對該大橋梁底立模標(biāo)高復(fù)核，滿足梁段立模標(biāo)高偏差小于規(guī)范要求的±10mm的規(guī)定。

(2)通過對混凝土澆注前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后箱梁頂面、底面觀測點高程的對比可知，混凝土澆注、預(yù)應(yīng)力張拉對主梁節(jié)段高程的影響基本符合理論原理，處于正常狀態(tài)。

(3)通過對該大橋主梁應(yīng)力的監(jiān)測和控制，實測應(yīng)力在控制范圍內(nèi)，實測應(yīng)力與理論應(yīng)力較接近，實現(xiàn)了應(yīng)力控制的目標(biāo)。上部結(jié)構(gòu)主梁施工線形、應(yīng)力均滿足設(shè)計要求。