大跨PC连续梁桥施工监控
摘要:以石武客专西南下行联络线特大桥为例,介绍了连续梁桥施工监控的目的、内容和方法,论述了在施工监控中线形与应力监测的一些理论与方法,经工程实践验证作为大跨度连续梁桥的施工监控方法是可行的,为同类桥梁的施工与监控提供参考。
关键词:连续梁桥线形监控应力监控
桥梁的施工监控实质上是一个信息的采集、处理和反馈的控制过程。
在信息采集之后,按照控制理论对施工信息进行分析处理,对施工过程中的施工误差进行评价分析,并根据实际情况提出控制的目标量以及调整、修正的对策,反馈给施工单位指导下阶段施工,从而完成监控工作。
施工监控主要由实时测量、现场测试和施工控制计算组成。
1 施工监控的目的和内容
为了确保施工过程中的结构安全,以及成形后结构的线形、内力状态能够符合设计要求,所以在施工过程中采用桥梁施工监控。
对于悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥来说,施工监控就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段的仿真分析,确定出每个悬臂浇筑阶段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测的结果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合龙段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值,以及结构内力状态符合设计要求。
2 工程概况
石武客专西南下行联络线特大桥(70 m＋120 m＋70 m),全长261.5 m。
该梁为变截面变高度直腹板单箱单室箱梁,梁底下缘按1.6次抛物线变化;中支点梁高8.2m,边支点及跨中梁高4.6 m,全桥箱梁底板箱宽6.1 m,桥面板宽8.5 m,腹板厚分别为0.45 m、0.7 m、0.9 m,底板厚由跨中的0.38 m按抛物线变化至中支点梁根部的1.0 m,顶板厚0.5 m;箱p4 监控内容
4.1 结构设计参数
结构内力和位移如果采用规范设计参数计算得出,和实测值相比较将会产生一定偏差,这些偏差将会对成桥后结构的线形和内力是不是符合设计的要求产生直接影响,所以施工监控一定不能忽视。
各种施工误差将会在结构开始进行悬臂浇筑施工后不断出现,因此将以下五个基本参数确定为实时控制调整原点:混凝土弹性模量E、混凝土容重γ、截面积A、抗弯惯性矩I、收缩和徐变系数k、φ。
通过对参数施工期试验值E、γ及结构变位测量值f进行数据跟踪纠正,这样可以使结构实际状态更靠近修正后的结构理想控制目标,并且通过这些数据预测未来状态。
结构参数分析如下。
(1)上施工阶段建成的节段的抗弯惯性矩I,可以利用测量到的挂篮前工况的挠度增量以及已经建好的结构的实际弹性模量,来进行修改。
(2)构件混凝土横截面积A,可以通过测量得到的浇注混凝土工况的挠度增量以及史册的道德混凝土容量,在考虑配筋率影响后推算出。
(3)将预应力张拉力的计算修正
为实际值。
(4)根据实际结构参数重新计算挂篮前移、混凝土浇注及预应力张拉阶段。
(5)求出(4)计算挠度与目前实际挠度的差别,推算出混凝土徐变、收缩偏差系数,并修正计算值。
4.2 线形监控
由于分段施工方法和施工顺序对桥梁结构施工阶段和成桥状态的几何线形具有决定性的作用,特别是施工阶段结构体系和荷载形态不断变化直接引起结构内力和变形的不断变化,所以必须按照设计要求首先确定出成桥状态的理想几何线形,然后采用倒退分析或逐步逼近方法计算出各个施工阶段的结构变形,从而确定各个施工状态的结构几何线形。
在最后具体实施阶段通过参数修正计算尽量减小设计值和测量值的偏差,使成桥状态的结构尺寸和几何线形误差降低到施工规范所允许的范围。
4.2.1 挠度计算
在桥梁悬臂施工控制中,最困难的任务之一就是施工挠度的计算与控制。
BSAS 系统会根据不同阶段的受力状态考虑混凝土的收缩徐变、预加力、温度变化的影响以及支座沉降的影响,其中混凝土收缩徐变的计算考虑了各阶段混凝土应力变化的影响。
通过计算分析发现,在施工阶段影响结构内力和变形主要有梁的自重、钢绞线的有效预应力、混凝土的收缩与徐变等。
根据规范的要求,桥梁的设计线形是1000d后的线形,因此施工控制以1000d收缩徐变完成后的线形为目标
线形,所以在施工时各节点要有一定的预拱度,以抵消施工中产生的各种挠度和运营期间部分活载和收缩徐变度。
具体的预拱度计算见（图2）。
4.2.2 立模标高确定
确定合理的梁段立模标高关系到在诸梁的悬臂浇筑过程中,主梁线型是否平顺并且符合设计的一个重要影响因素。
如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际,而且加以正确控制,则最终桥面线型较好。
否则,成桥后的线型会与设计线型有较大的偏差。
立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高,总要设置一定的预拱度,以抵消施工中产生的各种变形。
根据规范可知,桥梁的预拱度公式为:
其中挂篮的变形值是根据挂篮加载试验,最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线,根据各梁段重量内插而得。
图3是全桥梁底标高设计值与实测值误差的一个比较,表明线形控制较理想,误差在规范容许范围内。
4.3 应力监控
随着悬臂长度在悬臂浇筑过程中的不断增加,悬臂根部受到越来越大的负弯矩,不完全对称的施工使悬臂根部在悬浇过程中的受大盘更加复杂的力。
所以要对箱梁关键断面应力的变化进行及时监测,将
结构的受力状态作为评估结构安全和施工安全的依据。
(1)测试断面与测点布置。
采用绝对应力法,此方法简洁、快速、准确。
考虑到预应力混凝土连续梁桥的实际情况,沿纵向全桥设置9个测试断面,其中(1、4、5、6)为主测断面,其余为辅测断面,每个主测断面布置4～5个应力测点;每个辅测断面布置2个应力测点(见图4)。
在测量中,以主测区为主,用辅测区数据来复核主测区数据,进行数据的调整或修正.测试仪器采用振弦式智能温控应力传感器,后端设备采用SS—II频率接收仪和IFZX-300振弦检测仪。
振弦式应力传感器,不但可测出绝对应力,且可测应力增量。
（2)应力控制结果。
在大桥施工过程中,跟踪每个施工环节,并根据实测数据变化不断修正施工控制参数,以便精确的模拟实际施工状况。
在每段施工过程中,均对实测应力数据作认真处理,并参照理论分析结果,对实测结果作详细分析。
（图5、6）给出本桥53号墩B1\顶板(小里程)、B′底板(大里程)截面部分施工工序的分析结果。
通过分析比较,截面应力的实测值与设计值比较接近,其中绝对误差最大为0.85 MPa,这主要是因为传感器的分辨率和一些未预料的
因素所引起的。
浇筑混凝土和张拉阶段引起的应力较大,相对误差较小,可控制在20%以下,一般在10%左右;移动挂蓝引起的应力较小,鉴于传感器的精度,引起的相对误差较大。
但是累积应力绝对误差较小,基本可控制在1 MPa以内,能很好的符合理论计算值。
4.4 温度监测
温度影响一般包括两部分,年温差影响与局部温差影响。
无论是年温差还是日照或混凝土水化热引起的局部温差均能引起较大的应变,成为不可忽略的因素,因而在施工过程中须对主桥温度进行长期监测。
温度测试在全桥选取几个测试断面布置温度型应力传感器,以便能反映出主梁的顶、底板温度变化。
在施工过程中考虑温度应力的影响。
5 结语
(1)在施工监控过程中,使用参数识别法对施工中产生的误差进行调整,根据现场采集计算参数修正计算模型,确保计算模型所用参数与实际结构一致。
这样做的结果较好,行之有效,是大跨径预应力混凝土连续梁桥悬臂施工合适的监控方法。
(2)应力控制截面的布设要以施工阶段应力包络图为依据,各控制截面应力测点的布置需结合应力变化幅值,并考虑混凝土收缩、徐变
等因素,进行合理安排。
在应力测试过程中必须重视混凝土弹性模量、温度的变化、收缩徐变的影响等,有针对性地对应变的测量值进行修正,真正体现桥梁的应力分布情况。
参考文献
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