大跨度連續(xù)鋼構橋施工監(jiān)控及溫度效應分析

韓童

蘭州乾元交通規(guī)劃設計咨詢有限公司 甘肅 蘭州 730000

一、概述

連續(xù)鋼構橋的主梁是重要結構，連續(xù)鋼構橋在預應力混凝土連續(xù)梁和梯形結構基礎上結合起來的一種新型連續(xù)橋梁結構，將主梁連設計成新型體系，具有連續(xù)梁的優(yōu)點，其中減少了跨中的正彎曲，初始量比較高，相對尺寸減小，外形美觀，省去了大型制作，在施工過程中無需臨時支撐結構，可能提高經濟指標。在橋梁施工過程中，監(jiān)控是對橋梁重要構件展開的監(jiān)測和控制，第三方監(jiān)控對象主要覆蓋于整個橋體，跨度連續(xù)橋梁等其他結構橋梁，橋梁的整個施工過程中覆蓋十個乃至更多的施工狀況，隨著工程進展的不斷發(fā)生，橋梁內部結構施壓也在不斷進行變化，施工過程中的監(jiān)控，對橋梁結構的內應力監(jiān)測來保證理論分析結果有對比數據，實時掌握橋梁的動態(tài)結構，以保證橋梁的安全性。運用監(jiān)控可以及時發(fā)現問題，進行及時預警，暫停施工組織各方召開新的解決方案，橋梁監(jiān)控標準體系基礎設備，施工質量，效率等若干地方仍需要提升，在研究方向雖然做了基礎優(yōu)化，但是施工過程中還有很多難點問題需要突破。

二、項目概括

粵暉大橋全橋孔跨布置為6x25m+[69+2x115+69]m+6x25m，橋梁全長668m。主橋為69+2x115+69m變截面預應力混凝土鋼構-連續(xù)組合箱梁。主橋箱梁主跨為115m，邊跨為69m，跨中及邊跨端部梁高2.7m，根部梁高6.8m，箱底曲線采用2次拋物線，箱梁為單箱雙室斷面，頂寬21m，底寬12m，兩側懸臂長4.5m，箱梁頂板厚30cm，在根部及端部逐漸變化至90cm和100cm，

三、施工監(jiān)控的原則和方法

3.1 監(jiān)控原則

對于預應力混凝土鋼構連續(xù)組合梁橋將會使用懸臂進行施工，橋梁施工過程需要經過多次體系轉化，施工階段繁多、花費時間長，如果計算設計參數取值（混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數和永久預應力等）與施工中實際遇到問題情況都存在很大差異以及環(huán)境溫等周圍因素的影響，就會造成各個施工階段存在多重內應力問題，造成設計值偏離的現象，甚至超出過多規(guī)定的內應力和位移，若無法通過合適方式進行控制，及時發(fā)現并作出調整，就會造成橋梁的應力無法達到設計要求。在整個施工當中，必須得到精準數據進行調整措施，根據施工中得到的結構反應進行新相關參數值的修正和改動，保證計算數據與實際情況互相吻合，利用計算模型進行后期指導施工，當結構測量到的受力狀態(tài)與模型計算結果誤差過大，通過得到的誤差參數進行辨識算法保證后期調節(jié)計算模型參數的準確性，使模型的輸出結果與現實施工過程需求數據達到一致，得到了修正的計算模型參數后，重新計算施工過程中各個階段理想狀態(tài)。以保證后續(xù)進行合攏橋面時線形的良好，后期施工過程中不會出現過大的應力。最終保證后期成型的橋梁符合設計要求。

對于每個階段的懸臂澆筑施工都需進行預應力計算，尤其是混凝土鋼構-連續(xù)組合箱梁，進行施工控制就是根據施工監(jiān)測所得的結構參數真實值進行施工階段計算以保證制造安全，量出出每個懸澆階段的立模標高，并在施工過程中根據施工監(jiān)測的成果對誤差進行分析、預測和對下一階段立模標高進行調整，保證成橋后的橋面線形、保證合攏段懸臂標高的相對偏差在規(guī)定值以內以及結構內力狀態(tài)符合設計要求。

對該橋連續(xù)梁部分都需進行施工監(jiān)控，來保證施工過程中每個階段建造結構的安全性，確保橋梁成橋橋面線形及受力狀態(tài)達到設計規(guī)范。

全橋計算模型

3.2 檢測方法

在施工監(jiān)控過程中主要控制內容為：主梁線形、受力。施工過程中橋梁結構會產生變形(撓曲)，在橋梁變形也受到很多周圍因素影響，導致橋梁結構在施工過程中得到的實際位置(立面標高，平面位置)狀態(tài)無法到達預期狀態(tài)，導致橋梁無法順利合攏或成橋線形與設計要求相差過大，因此，后期主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標高一定要確定合理，確保主梁的線形是否平順、符合設計等各種問題。本項目通過在零號塊頂端埋設2~3個監(jiān)測基準點，以便基準點間的互檢以及某一點受到施工干擾時可以啟用備用模式，此處的橋面標高，不會收到主梁施工及周圍溫度影響，能夠保證撓度變形監(jiān)測基準趨于穩(wěn)定。在每一個梁段懸臂端距末端5~12cm附近布設2~6個監(jiān)測點，若有沖突需要依照施工具體情況進行相對應調整，其中一個點布設在主梁中心線上，另外四個點分別對稱布設在邊腹板及懸臂上。其中設兩個對稱測點，可通過兩個點的撓度比較，觀測到該節(jié)段箱梁有無出現橫向扭轉；同一節(jié)段箱梁上有兩個觀測點也可以比較監(jiān)測結果，相互驗證，可以保證各節(jié)段箱梁撓度觀測有正確的結果。

基準點及測點布置大樣圖

安裝應力監(jiān)測是依靠應力監(jiān)控測量數據進行選定。確保梁截面的應力狀況， 依靠梁體重量及其它荷載相對變化情況進行調整，來保證結構施工可以安全進行。本橋我們選用鋼弦式應變計，并在埋設應力測點的相同部位埋設無應力計，補償混凝土自身的體積應變和收縮應變以及自由溫度應變。在測試工藝上采取相對措施，保證混凝土與周圍溫差產生的應變減小到最低值，或根據測量時的齡期、周圍環(huán)境溫度狀態(tài)及時修正。保證連續(xù)梁懸臂施工時受力特點和施工控制達到預期要求，同時考慮到施工特點和所要求的進度安排，進行斷面的應力監(jiān)測，選擇12個主梁應力監(jiān)測斷面。然后根據施工工況進行跟蹤觀測，重點應力讀測：1/4跨徑階段、1/2跨徑階段、成橋、體系轉換、二期恒載。數據測量必須同時對溫度及相對應力進行讀測與記錄。

應力測試斷面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D

四、施工監(jiān)控結構分析

連續(xù)橋梁的懸臂階段是靜止不動的，如果合攏過程中不施加額外的力，在后期梁內的應力一般不會出現偏差，因此在整座橋工過程中，控制橋梁的線形是最主要的任務，如果在施工階段橋體偏離，除了預留的預應力大小，沒有其余調整的余地，剩下的調整余量也是極其有限的，所以說對整個橋的建成是非常不利的，一旦出現線形誤差，誤差將永遠存在，會導致后續(xù)的橋梁不穩(wěn)的問題。在懸臂澆筑，橋梁施工過程中，已完成的橋梁是無法進行調整的，只能用未完成的橋梁進行新的數值計算進行調整。在施工過程中，對于預應力的混凝土連續(xù)橋梁施工中的每一個階段都屬于受力狀態(tài)，如果無法達到設計的理想目標和計算，實際施工過程中的參數值和模型中的參數值是無法完全保持一致的，主要包括混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數和永久預應力、環(huán)境溫度、臨時荷載，在施工過程中和實際情況的計算數值會有一定的誤差，如果要得到必須比較準確的控制變量，必須在施工過程中及時反饋數值來進行模型參數的調整，以保證模型與實際相互結合，自動適應物理結構力學。當結構受到的力與預測不相符合時，必須把誤差值的參數值重新計算，更新新模型誤差參數，保證輸出結果與實際測量值相同，得到修正的參數后，再重新計算設計施工狀態(tài)的具體狀況，對上述的結構進行監(jiān)控，保證計算的模型就與實質一致，這樣可以保證施工狀態(tài)的更好進行。懸澆施工如果各種問題控制在初期，上述的控制思路是非常有利的，必須在每一個階段的新得到的參數值，并重新規(guī)劃模型更改錯誤修正，為保證施工過程中創(chuàng)立良好模型，防止出現誤差施工。

五、小結

溫度效應引起的各種應力變化，在整個橋梁的建設中具有很大的占比，應該引起足夠的重視，所以在上述分析中可以看出，在新橋梁建設下的局部溫差會導致結量的拉應力，為了避免梁體混凝土結構產生裂縫，前期的初應力是十分重要的，在施工過程中必須采取相應的措施，采取不同溫度計算模式，得到的應力相差很大，導致溫度也有所差異，在結構計算過程中，根據施工現場的實際情況，應合理的選擇地表溫度梯度模式進行溫度值計算使進行溫度效應分析的關鍵，如果溫度梯度選擇不合適，即增大溫度數值，才能保證橋梁結構的抗裂。由于太陽輻射跟夜間溫差的大氣溫度變化較大，混凝土熱系數較小，當外界溫度急劇變化的時候，梁內的溫度會有明顯的滯后現象，從而形成非極性的溫度差，在大跨度連續(xù)鋼構橋梁長懸臂使溫度變化對橋梁結構內的受力和形變影響比較大，因為混凝土是一種粘性材料，內溫度變化和外界溫差相比較大的時候會存在滯后現象。由于溫度變化會引起溫度所對應的應力變化，根據溫度現場實驗測得的值對本橋的溫度實行仿真分析，整體考慮升溫降溫梯度在得到的溫度引起計算的實際，相互接近，但是測試的值比計算出的值較大，所以在計算模型的時候，一定要把柔性應力考慮進去，進行全新的仿真模型設計，根據現場的實驗溫度進行實際的局部修改，在施工過程中，不同溫度下建立的模型也是不同的，除了根據計算之外，還需要考慮溫度效應事后滯后的影響。