波形鋼腹板橋梁施工監控技術研究

徐義

波形鋼腹板作為一種新型的組合結構,采用波形鋼腹板代替了混凝土腹板,在力學特性上有諸多方面與傳統的混凝土梁橋不同,充分利用混凝土和鋼材的材料特性,提高了材料使用效率以及橋梁結構外形美觀。在結構計算方法上也會與普通混凝土梁橋有所區別,文章通過橋梁具體實例,對橋梁的安裝施工與施工過程監控的情況進行了分析,采用有限元軟件midas Civil計算模型對施工過程中的結構進行有效的控制,以確保橋梁施工過程中的安全性和橋梁的內力、線形符合設計要求。在現在較多的大跨度連續梁橋施工當中,我們經常采用掛籃進行主梁懸臂施工,在施工時會受到很多外界因素影響,例如：溫度、結構剛度、混凝土超方及橋面臨時荷載等影響,使實際施工很難做到與設計一致,如果在橋梁施工過程中不對偏差進行有效的解決,就可能會使橋梁長度在不斷增加時,主梁的偏離值不斷累積,使成橋狀態很難與設計一致,甚至影響橋梁的結構安全,所以為了確保全橋建成后的內力狀態、線形狀態達到預定的監控目標要求,在施工時融入監測、控制技術至關重要。

一、對于橋梁施工監控

對于橋梁的整體結構設計,需要根據不同的內力狀態來考慮設計的周全性。同時要考慮科學施工,通過科學的施工狀態,對整體施工設計進行規劃,使施工方案合理且可行,預先設計應考慮到應力狀態以及幾何線條等都是橋梁施工中非常重要的問題。在施工中,需要考慮到施工可能會出現的問題,并實施精確計算,減少施工誤差,以及使整體施工結構完整。如果在施工中出現不可控因素,應根據實際情況及時調整,防止因施工過程中結構內力外觀等問題情況影響橋梁整體使用波形鋼腹板預應力混凝土連續箱梁近年來在國內出現較多,相對于常規的預應力混凝土箱梁,這種橋型在減輕自重的同時充分發揮了鋼材和混凝土各自的性能,但也導致了施工難度的增加。

對于監控而言,主要的變化一個是預應力體系的變化,波形鋼腹板預應力混凝土連續梁一般都是體內束+體外束,一個是箱梁混凝土腹板用波形鋼腹板代替,導致結構的整體縱向剛度和抗扭剛度變小,施工過程中結構變形變大,增加了監控的難度。所以,針對波形鋼腹板預應力混凝土連續梁而言,在正常控制的同時,還應重視結構理論計算、體外束的監測、箱梁的變形以及溫度的影響。對于橋梁不同的監控而言,也需要考慮到監控中會出現的問題,例如：溫度問題,如果溫度太高,可能會使橋梁整體結構發生變化,幾何變形等,也要針對腹鋼板的應力情況,考慮橋梁材料的使。不同橋梁材料的使用,也可能會使整體橋梁結構發生變化,難以控制。也應該在正常控制,同時重視結構以及理論的計算,正常監測橋梁整體外部的施工情況。及時向上級匯報施工情況,了解橋梁狀況。

二、施工監控仿真計算及分析

1.波形鋼腹板連續梁橋施工流程

波形鋼腹板連續梁橋0號、1號、2號節段和邊跨現澆段在支架上現澆,邊、中跨合龍段采用吊籃現澆,其他塊段采用掛籃懸臂對稱平衡澆筑。懸臂澆筑過程為:移動掛籃、起吊鋼腹板、安裝鋼腹板臨時定位支架、鋼腹板縱向連接、定位立模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、張拉縱、橫向預應力束、脫模。對于每一個懸臂，都可能會對澆筑的邊界產生影響。在施工的過程中，要拆除所有的邊框，防止因為邊框影響而使整體合龍段受到影響。同時在拆除的時候，要對整體進行轉換。并承接完成余下的工作。在承接余下的項目時，應該及時制定項目規劃以及合理的項目方案，主動應對項目可能發生的問題及時解決并和相關部門進行溝通。

2.仿真監控原理

對于橋梁施工,主要包括主動控制以及被動控制,而所謂的控制而言,就應該在施工之前預先考慮到各種風險因素,在可控范圍內,對于橋梁施工進行規劃。并根據發現或出現的問題,針對有指定性的預防措施,這是一種被動的控制,將發生問題的方法。另一種主動控制是主動分析產生的問題,并及時糾正錯誤,以免使整個偏差,導致對原來工程施工的計劃影響。對于仿真監控的橋梁施工而言，經常會在發生施工時出現一些問題，因此，我們就要及時對其進行監控，防止其因為太多被動輸出導致橋梁整體結構的不平整以及橋梁結構的損害。對于被動檢測出來誤差,要及時修正,大概修正過程為施工檢測問題,判斷問題,修正問題以及預告可能會發生的問題。在每天工作結束后應及時測量數據,針對當天數據進行調整分析判斷,在這基礎上將出現的誤差盡量消除,并給予下一項施工工程控制指令,在良好循環的前提下進行施工。

3.仿真計算與分析

在對波形鋼腹板預應力混凝土連續梁進行整體計算時,一般截面假定如下:

（1）在鋼腹板共同作用下,使整體截面相連接,不會發生兩個截面之間斷裂的情況。

（2）應及時考慮各個截面的受力情況,根據受力情況安排布置應力沿腹板高度均勻分布。

（3）截面的應變分布符合平截面假定。

這些截面假定與常規結構的截面假定有一定的區別,會造成計算模型的不同,結構計算的內容也會有所不同。

以65m+98m+65m波形鋼腹板連續梁橋為工程實例,用midas civil計算軟件建立橋梁模型,將全橋劃分為50個單元和51個節點,共將模型分為41個施工階段。懸臂施工階段截面最大壓應力為10.80MPa,小于18.76MPa,最大拉應力為0.31MPa,小于1.68mpa,該橋梁理論計算結果滿足要求。

三、施工監控方案

1.體外束監測

相對于常規預應力混凝土箱梁而言,波形鋼腹板由于腹板無法安裝預應力鋼束,勢必會用體外束來代替原混凝土橋梁內部的腹板束。傳統的應力監控測試在施工以及使用階段，往往會使其整體建筑趨于彈性，工作狀態，因此，就要及時考慮極限受力時的應力值，防止因應力過高或過低，而對整體建筑產生不可逆轉的影響。對于鋼材而言，在到達極限值之前，也應用公式計算好其極限受力值體外束的有效應力值的大小與結構的應力狀態息息相關,而且對于波形鋼腹板預應力混凝土連續梁這種縱向剛度和扭轉剛度較小的結構而言,影響更為明顯。不同扭轉剛度對波形腹鋼板的應力情況也會產生影響,此時就要考慮針對不同鋼板的受力性,探討其扭轉度的大小。避免因為扭轉度過大或扭轉度過小而造成整體工程的拖沓。施工過程中,頂板束施加過多時或由于其他因素,可能引起底板的拉應力出現。通過對體外束的監測,可以獲知體外束施加的有效性及針對性,保證結構在施工過程中的受力在允許范圍內。

2.主梁應力監測

在橋梁主梁施工過程中,尤其是混凝土澆筑過程中,由于主梁的長度不斷增加,是會使得懸臂根部壓應力不斷上升,因此,對于橋梁關鍵截面進行實時監控,掌握橋梁受力情況,對其進行結構安全的分析十分重要。一般情況下,應力監測需要埋入式傳感器。埋入式應力傳感器可以達到以下目的：

（1）即使測量施工中的重要數據,截面受力情況,混凝土使用情況,張力測試情況等都需要測量；（2）及時分析施工數據,對于監測出的數據及時處理；（3）為以后施工便利提供幫助。

3.主梁溫度監測

在施工的過程中,要及時考慮施工場所溫度的問題,一般情況下,溫度過高,會對施工的材料造成影響,同時要了解不同材料的受熱程度,了解材料的熔點。例如：一般在40攝氏度的時候就會使水泥的形態固定受到影響,使鋼腹板的使用也受影響,因此對于橋梁的溫度檢測主要目的如下：（1）測試主梁結構溫度,防止混凝土在養護期間因溫度變化而產生裂縫。（2）通過對結構及環境的溫度監測,可以修正在應變以及標高測試時的溫度影響誤差。

4.幾何變形監測

幾何變形監測能夠準確提供每一個箱梁節段的立模標高以及軸線控制。在施工的過程中,對于懸臂施工,可能需要考慮到混凝土的容量,彈性模量以及應力等的轉換。因此，就要及時計算所受力的偏差與實際受力的數據分析數據后進行調整,從而達到對橋梁幾何變形的監測。因此，對于橋梁的幾何變形監測非常重要,這種橋需要幾何變形監測的重要階段如下:

（1）波紋鋼腹板安裝定位后的撓度。（2）澆筑混凝土梁截面后的撓度。（3）各梁段混凝土澆筑時前一節段撓度。

四、結語

影響橋梁結構應力應變的因素很多,各因素對應力應變產生的影響也是復雜的,因此，有必要對其影響進行匯總對影響因素和操作經驗公式要做更深入的研究。對于腹鋼板的應用也應主動去探究其在應用中可能出現的問題，探究其可能發生的問題，主動考慮應力解決方案。在平常的施工中也許問題的解決以及施工不會很完善，但是只要在共同的討論下，相信施工方案的實施就會愈加順暢。

雖然橋梁整體監測系統在我國還不算完善,但是通過不斷的研究以及努力,會使橋梁監測技術不斷發展,使橋梁施工以及鋼腹板的應用更加完善。同時根據對橋梁整體結構得了解,可以避免橋梁在施工的過程中的安全問題,有效地解決橋梁施工過程中的可能遇到的其他問題。相信在我們發展監控技術的同時可以使橋梁建設發展更加迅速。