（交通运输工程专业论文）大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制.pdf

摘要 桥梁结构成桥内力、线形与其施工方法及施工过程紧密相关。大跨度预应力混凝土 连续桥采用悬臂法施工时，由于混凝土的非匀质性、材料性质、几何参数的变异性以及 受到温度、湿度、时间等因素的影响，使得桥梁结构各施工阶段的内力与线形偏离设计 值。为了保证施工质量，必须对桥梁结构的整个施工过程进行严格的控制。随着桥梁跨 度的增加，桥梁分段悬臂施工的结构分析与控制也日益成为设计和施工中的关键问题， 其重要性倍受关注。桥梁施工控制是指在各施工阶段通过测量关键参数识别结构的状态 参数，预测估计实际结构状态，最优控制成桥状态。确保施工质量是工程的关键，施工 监控的目的在于保证施工过程中桥梁结构截面应力分布、挠度变化都能处于安全合理的 范围之内。特别是确保大桥顺利合拢，使合拢段两悬臂端实际标高与设计相应标高目标 的偏差不大于监控允许值，合拢后桥面线形良好，结构受力合理。 本文依托某大跨度预应力混凝土连续梁桥工程项目，针对大跨度预应力混凝土连续 梁桥施工控制中的线形控制、截面应力等进行了计算分析与现场实测。论文论述了大跨 度预应力混凝土连续梁桥的施工控制基础，研究了主要内容和方法，分析了大跨度预应 力混凝土连续梁桥施工控制基本理论。继而，对大跨度预应力混凝土连续梁桥的结构进 行了有限元模拟分析；实施了大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制、截面应力测试与 分析。通过研究得到如下主要结论：大跨度预应力混凝土连续梁桥施工过程种由于存 在诸多不确定性因素，进行相应的施工监测与控制十分必要；综合对比m i d a s 、g q j s 以及设计计算结果，可以看出三者预拱度趋势一致，各控制截面的应力值、内力值计算 结果相差不大，理论计算线形与实测线形吻合很好，表明施工控制达到了预期的效果； 各施工阶段，主梁控制截面关键测点的应力计算值与测试值吻合较好，且体系转换和 施加二期恒载后，边跨和中跨跨中截面下缘压应力有较大的储备，应力分布合理。本文 的研究结果可为同类桥梁结构施工控制参考。 关键词：预应力混凝土连续梁桥；施工控制；结构计算；线形控制；应力测量 a b s t r a c t 啊1 ei n n e rf o r c e sa n dc o n f i g u r a t i o n so f b r i d g e sa r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d s a n dp r o c e s s n l ei n n e rf o r c e sa n dc o n f i g u r a t i o n so fl a r g e s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u s b r i d g eu s i n gt h ec a n t i l e v e rc o n s t r u c t i o nm e t h o dm a yd e v i a t ef r o mt h ed e s i g nv a l u e sd u et ot h e f o l l o w i n gf a c t o r s ，s u c ha sn o n - h o m o g e n e i t yo fc o n c r t e ，p r o p e r t i e s ，v a r i a t i o no fg e o m e t r i c p a r a m e t e r s ，t e m p e r a t u r e ，h u m i d i t ya n dt i m ee t c i no r d e rt oe n s u r ec o n s t r u c t i o nq u a l i t ya n d c o n s t r u c t i o no f b r i d g es t r u c t u r e sm u s tb et h ew h o l e p r o c e s so fs t r i c tc o n s t r u c t i o nc o n t r 0 1 w i t ht h e i n c r e a s ei ns p a no fb r i d g e s ，c o n s t r u c t i o no fs u b c a n t i l e v e rs t r u c t u r ea n a l y s i sa n dc o n t r o lp r o b l e l l a i sa l s oi n c r e a s i n g l yb e c o m i n gad e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h ek e yq u e s t i o n sa n dh a sd r a w n g r e a t e ra t t e n t i o n b r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r o lm e a n si nt h ec o n s t r u c t i o np h a s e sb ym e a s u r i n gt h e k e yp a r a m e t e r st oi d e n t i f yt h es t r u c t u r eo fs t a t u sp a r a m e t e r s 。t h ea c t u a ls t r u c t u r eo ft h ee s t i m a t e d p r e d i c t i o ns t a t u s ，o p t i m a lc o n t r o lb r i d g es t a t u s t oe n s u r et h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t ya r et h ek e yt o t h ep r o j e c t s ，t h ep u r p o s eo fc o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n gi st oe n s u r eb r i d g es t r u c t u r e ss e c t i o n a ls t r e s s d i s t r i b u t i o n , d e f l e c t i o nc a n c h a n g ei ns e c u r i t yw i t h i nt h es c o p eo fr e a s o n a b l ed u r i n gt h ec o u r s eo f c o n s t r u c t i o n i np a r t i c u l a rt h em a i np u r p o s ei st oe n s u r et h a tt h eb r i d g es u c c e s s f u l l yc l o s e d , a n d t h ea c t u a le l e v a t i o nd e v i a t i o nf r o md e s i g nv a l u e so ft w oc a n t i l e v e re n d sa r en o tm o r et h a nt h e v a l u eo fm o n i t o r i n gp e r m i t c o n f i g u r a t i o n sa f t e rt h eb r i d g ec l o s u r ea l ew e l l ，a n di n n e rf o r c e so f s t r u c t u r ea l er e a s o n a b l e n l ep r e s e n tt h e s i sr e l i e so nal a r g e s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g e p r o j e c t s ，f o rl a r g e s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r o lo f s o m ek e yi s s u e s ，s u c ha sc o n f i g u r a t i o nc o n t r 0 1 c r o s s s e c t i o n a ls t r e s sa r ec a l c u l a t e da n d m e a s u r e di nf i e l d t h et h e s i sh a st h em a i nc o n t e n t sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , l a r g e - s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r o l l i t e r a t u r er e v i e wa n dt h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t so ft h ep r e s e n tt h e s i s s e c o n d 1 a r g e s p a n p r e s t r e s s e d c o n c r e t ec o n t i n u o u s g i r d e rb r i d g ec o n s t r u c t i o n c o n t r o lb a s i ct h e o r y 1 1 l i r d 1 a r g e - s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g es t r u c t u r a lf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s f o r t h , c o n f i g u r a t i o nc o n t r o lo fl a r g e - s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g e f i n a l l y , t e s t a n da n a l y s i so fs e c t i o n a ls t r e s so fl a r g e s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sb o xg i r d e rb r i d g e n 圮m a i nc o n c l u s i o n so f t h i sr e s e a r c hw o r ka r ea sf o l l o w s f i r s t , 嬲ar e s u l to f t h e r ea r em a n y k i n d so fu n c e r t a i n t i e si nt h ec o n s t r u c t i o no fl a r g e s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sg i r d e r b r i d g e s ，i ti sn e c e s s a r yt oc o n d u c tc o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n ga n dc o n t r 0 1 s e c o n d , b yc o m p r e h e n s i v e c o m p a r i s o nt h er e s u l t sg i v e nb vm ) a s ，g q j sa n dd e s i g ni n s t i t u t e ，w ec a n s e et h a tt h et r e n d so f t h et h r e ep r e c a m b e r sa r es a m e a n dt h ek e yp o i n t s s t r e s sv a l u ea n di n n e rf o r c e so ft h ec o n t r o l s e c t i o n sa r ec l o s e l y 硼血d c a l c u l a t i o nr e s u l t so fb r i d g ec o n f i g u r a t i o na r ei ng o o da g r e e m e n tw i t h t h em e a s u r e m e n to fb r i d g ec o n f i g u r a t i o n , i n d i c a t i n gt h a tc o n s t r u c t i o nc o n t r o li sa c h i e v et h e d e s i r e dr e s u l t s f o r t h , d u r i n ge v e r yc o n s t r u c t i o ns t a g e ，t h es t r e s sv a l u e sc a l c u l a t e do f k e yp o i n t so f t h ec o n t r o ls e c t i o n so fb e a ma r ei ng o o da g r e e m e n tw i t ht h et e s t s a f t e rt h ec o m p l e t i o no fs y s t e m c o n v e r s i o na n dt h es e c o n dd e a dl c a d , t h es t r e s so fl o w e re d g eo fs e c t i o n so fs i d es p a na n dm a i n s p a nh a v eag r e a t e rr e s e r v e s ，a n dt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no fm a i ng i r d e ra r er e a s o n a b l e k e yw o r d s ：p r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n o u sg i r d e rb r i d g e ；c o n s t r u c t i o nc o n t r o l ；t r u c t u r e a n a l y s i s ；b r i d g ec o n f i g u r a t i o nc o n t r o l ；s t r e s sm e a s u r e m e n t 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：南娌奁 汐夕年6 月，够日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：稿蟾为哆年z 导师签名叼鼽伊炒产 月f 日 月怕 长安大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 桥梁结构施工控制的重要意义 目前采用的大跨桥梁施工技术一般为分段施工法。分段施工中桥梁结构的最终形成 必然要经过许多的施工阶段，尽管每个阶段都严格控制施工时的结构几何尺寸、容重、 收缩、徐变、弹性模量、预加力和索力等可以人为控制的因素，但是不可避免地会出现 实际结构状态与理想结构状态的偏差。这种偏差可能来自于施工本身的误差，也可能是 环境误差的干扰，还可能是测量系统的误差。随着桥梁结构跨径和结构复杂性的增大， 这种误差已经到了影响结构的几何线形、改变结构内力状态、甚至威胁结构施工的安全。 如何消除或修正这些误差，确保施工过程中的结构稳定安全，力求最终成桥受力状态基 本符合理想状态要求，已经成为目前桥梁结构分段施工中的关键问题 1 - e 。 桥梁结构的施工控制是现代控制理论与桥梁工程结合的必然产物，随着桥梁跨径的 不断增大，以及新材料、新工艺、新的施工方法在桥梁工程中的应用，桥梁结构施工控 制所涉及的范围越来越广。桥梁施工控制是指在各施工阶段通过测量关键参数识别结构 的状态参数，预测估计实际结构状态，最优控制成桥状态。确保施工质量是工程的关键， 施工监控的目的在于保证施工过程中桥梁结构截面应力分布、挠度变化都能处于安全合 理的范围之内，特别是确保大桥顺利合拢，使合拢段两悬臂端实际标高与设计相应标高 目标的偏差不大于监控允许值，合拢后桥面线形良好，结构受力合理。已建成的高墩大 跨连续刚构桥梁箱体开裂较多，跨中下挠较大，影响结构使用，应予足够重视。因此必 须对主桥的上、下部结构进行监测、跟踪分析和控制。 另外，通过桥梁结构施工控制所建立的监测系统也可以对运营中桥梁的安全性和耐 久性进行综合监测。随着交通事业的不断发展，荷载等级、交通流量、行车速度必然会 提高，已建桥梁是否能承受这些外部变化是未知的，这就给已运营的桥梁留下了安全隐 患。若在建桥时进行了施工监控，并预留长期观测点，将会给桥梁创造终身安全监测的 条件，这样就减少了后续桥梁维护的费用。综合看待，施工控制不但是必须的而且也具 有经济性。 1 2 桥梁结构施工控制的主要内容 桥梁结构施工控制的主要有三方面内容，如下示意图： 第一章绪论 图1 1 工控制的主要内容 1 2 1 结构变形控制 桥梁结构尺寸的控制是施工控制的基本要求。但结构在施工形成过程中均要产生变 形，加之施工过程中各种误差的积累，因此任何一个结构不可能达到与设计尺寸准确无 误的吻合，故要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，并将其降低到允许的程度。桥梁 施工中对结构的最终误差应按公路桥涵施工技术规范( j t j 0 4 1 - - 8 9 ) 的规定，把尺 寸偏差控制在一定范围内。对于混凝土梁的允许偏差如下列表： 表1 1 预应力混凝土预制梁允许偏差 项次 检查项目 允许偏差( m m ) l 长度梁、板 士5 ，1 0 2 宽度梁、板干接缝4 - 1 0 湿接缝士2 0 箱梁顶面宽 4 - 3 0 3 高度梁、板士5 箱梁+ 5 ，1 0 4 腹板厚度 + 1 0 ，0 5 跨度支座中心至中心 4 - 2 0 6 支座板平面高度2 表1 2 悬臂浇筑混凝土梁允许偏差 项次 检查项目 允许偏差( m m ) l 轴线偏位 1 0 2 挠度士2 0 3 梁顶面宽度 士3 0 1 2 2 结构应力控制 结构应力控制好与否，在外观检查时不易发现。但是，如果结构实际应力状态与设 2二 长安大学工程硕士学位论文 计应力不符，将会给结构造成危害，并较之结构变形的影响为大，所以，在对桥梁进行 施工控制时，尤其要注意对结构应力的监控。 对于预应力结构，规定如下： ( 1 ) 张拉机具与锚具应在进场时进行检查和校验。千斤顶与压力表应配套校验， 以确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。所用压力表的精度不宜低于1 5 级；校验 千斤顶用的试验机或测力计的精度不得低于士2 。 ( 2 ) 预应力钢材用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理 论伸长值之差应控制在6 以内。 对于非预应力结构，其实际应力状态应尽量与设计应力状态相符，若产生偏差，则 其偏差不超过士5 。 1 1 3 结构稳定控制 桥梁结构的稳定关系到桥梁结构的安全，世界上曾经有过桥梁在施工过程中，由于 失稳而导致全桥破坏的例子，最典型的就是加拿大的魁北克桥。该桥在南侧锚定桁架快 要架完时，由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而发生突然崩塌坠落。因此，桥梁施工过程中 不仅要严格控制变形和应力，而且更要严格地控制施工各阶段结构构件的局部和整体稳 定。桥梁的稳定安全系数是衡量结构安全的重要系数，现行规范规定钢筋混凝土及预应 力混凝土结构的稳定，应按轴心受压计算公式验算。当长细比九大于规范所列数值时， 可按临界力控制稳定，其稳定安全系数应大于4 - - - 5 。考虑到施工过程时间短，其稳定安 全系数至少大于3 。 1 3 大跨度桥梁结构施工控制研究现状 早在武汉长江大桥( 1 9 5 7 年) 和重庆长江大桥施工过程中就做过应力、标高的调整， 实际上就是桥梁施工监控的内容。这说明桥梁施工监控是桥梁建设质量控制所必需的， 并早己被桥梁建设者所认识。 1 3 1 国外桥梁结构施工控制研究现状 系统地实施桥梁施工监控的历史并不长。最早较系统地把工程控制论应用到桥梁旋 工管理的国家是日本，桥梁施工监控技术在国外得到了广泛重视。早在2 0 世纪8 0 年代 初，日本修建日野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了施工监控所需的应力、挠度等参 数的观测系统，并应用计算机对所测参数进行现场处理，然后将分析结果返回到现场进 行施工控制。上述方法也是国外传统的施工控制方法。到8 0 年代后期，日本学者 3 第一章绪论 n f u j i s a w a 和h t o m o 在c h i c h i b y 斜拉桥施工中，提出用计算机辅助索力调整的方法， 建立了以最d - - 乘法为性能指标的索力调整法。他们成功地利用计算机联网传输技术建 立了一个用于拉索索力调整的自动监控系统，实现了施工过程中实测参数与设计值的快 速验证比较，对保证施工的安全和精度，加快工程进度起到了决定性的作用。该系统主 要由自动测量数据采集、精度控制支持和结构计算机分析三部分组成，但由于结构计算 分析是借助控制室大型计算机进行的，因此，受通讯电缆架设费用昂贵等因素的影响， 使其推广受到限制。此后，日本又研制出一套以现场微机为主要计算分析手段的斜拉桥 施工双控系统，这一系统除包含上述提及的三个部分外，还增加了两个数据库，即测量 参数和计算参数数据库。此系统的最大特点是在现场完成自动测试、分析和控制全过程， 并可进行设计值敏感分析和实际结构行为预测【6 】。该系统在1 9 8 9 年建成的n i t c h u 桥和 1 9 9 1 年建成的t o m e i a s h i g a r a 桥上实际应用效果良好。 在2 0 世纪9 0 年代初，又出现了智能( 亦称为自适应) 施工控制方法，日本学者在 这方面进行了比较深入的研究。前述施工控制方法虽然能够通过控制作用，消除由模型 误差、测量噪声所引起的结构状态误差，但是这种随机性控制方法只是在施工误差产生 以后，用被动调整的措施减小已经造成的结构状态误差对最终结构状态的影响【1 0 以羽。智 能控制( 亦称为自适应控制) 的最大特点在于模型参数估计和参数误差修正。2 0 世纪 9 0 年代初期，k a w a s a k i 公司的s a k a i 等人【9 】【1 9 】较早地提出了比较完善的桥梁施工控制系 统及流程，该系统分为两部分，第一部分主要针对现场施工安装了设计预测系统，第二 个部分为结构分析计算系统。该系统成功应用主跨5 7 0 米的彩虹桥( r a i n b o w ) 悬索桥 的施工控制中。 智能控制( 亦称为自适应控制) 是桥梁工程控制( 施工控制和服役桥梁控制) 的发展 趋势。大型桥梁工程，结构复杂、规模巨大，已难以用一般的手段来监测与控制，必须 通过埋设新型传感器( 如光纤传感器) 和应用先进的信号处理技术，以及建立在线( 服役) 桥梁专家系统，形成智能控制系统，提高工程控制的科学性、可靠性和可操作性，这才 是桥梁工程控制发展的方向【2 0 。6 1 。 目前国外桥梁建设发达国家，例如日本和丹麦，已将桥梁分段施工中的控制要求纳 入了正常的施工管理工作中。控制系统本身也已从人工控制、施工前分析和理想状态预 报发展到了自动监测、实时分析和随机预测，已经形成了非常完善的桥梁施工控制系统。 特别是作为施工控制的延续，国外还十分重视桥梁运营状态的监控，在新建大桥上埋设 各种长期跟踪监测的装置，即桥梁健康监测系统。 4 长安大学工程硕士学位论文 1 3 2 我国桥梁结构施工控制研究现状 我国虽在2 0 世纪5 0 年代就已注意到施工中结构内力和变形的调控( 1 9 5 7 年建成的 武汉长江大桥在施工过程中就做了应力、标高的调整) ，但在现代桥梁施工监控技术方 面的研究相对起步较晚，其发展较迅速。进入8 0 年代以后，随着计算机在桥梁工程中 应用的普及和深入，桥梁工作者开始用计算机辅助桥梁施工，1 9 8 2 年建成的上海泖港大 桥( 主跨2 0 0 m 的斜拉桥) 首次根据现代工程控制的基本思想，有效地进行了主梁挠度和 索塔水平位移的施工控制。泖港大桥的控制成功，引起了桥梁界对桥梁施工监控技术研 究的高潮。8 0 年代后期，对斜拉桥施工监控技术进行了全面研究【2 6 4 3 】，已初步逐渐形成 系统。该系统主要依靠现场微机用理想的施工倒退分析程序和考虑混凝土徐变收缩影响 的控制分析程序提供每一施工阶段的理想状态计算控制值，在现场将理想状态计算控制 值与实测值进行比较分析，并通过对设计参数的识别和拉索索力的优化调整等方法，实 现施工作业与控制之问的良性循环，最后达到对主梁挠度和拉索索力实施双控的目的。 2 0 世纪9 0 年代，随着我国大跨度桥梁建设高潮的到来，出现了一个工程控制理论及应 用方法研究的热潮，桥梁施工控制方法的研究涵盖了连续梁、拱桥、斜拉桥及悬索桥等 几乎所有的桥型。 如上所述，由于国外在桥梁施工监控技术方面的研究和应用起步较早，众多发达国 家已将施工监控纳入常规施工管理工作中，监控方法已从人工测量、分析与预报，发展 到自动监控、分析预报、调整的计算机自动控制，并已形成了较完善的桥梁施工监控系 统。即便如此，国外对桥梁施工监控技术的研究还在继续，这是由于影响桥梁施工的因 素太多、太复杂，同时，不断涌现出的、新型的、规模更大的桥梁工程也对桥梁施工监 控提出了更高的要求。国内在2 0 世纪8 0 年代以后，虽在桥梁施工中己注意到结构应力 调整和预拱度的位置，但并未将系统控制概念引入。在以后的研究中，主要集中在斜拉 桥上，在9 0 年代中后期，对桥梁施工监控的研究才逐渐在其它桥梁上展开应用【2 1 。3 引。 比较起来，我国在该领域还有差距，主要表现在对桥梁施工控制的理论与实践研究还不 够、监测手段落后、对影响施工监控的因素研究不透、预测和判断精度不高、还未建立 起一套完善的施工监控技术系统和组织管理系统。因此，深入研究桥梁施工监控理论， 研制更加合理、实用的控制软件以及更加方便、精确的监测设备，建立完善的桥梁施工 监控技术系统和组织管理系统是今后桥梁建设事业发展迫切需要进行的工作。 目前，国外除了重视桥梁在施工过程中的监控外，也十分重视桥梁服役状态的监控 工作，在桥梁中埋设测点进行长期观测、预报和分析，以随时了解服役桥梁的健康状况， 第一章绪论 避免突发事件的发生。在这方面国内起步更晚，目前大多数桥梁主要靠目测和荷载试验 来了解服役桥梁的情况，对桥梁可能存在的危险因素无法起到预警和避免的作用。但人 们已开始认识到对桥梁服役状态进行监控的重要性，比如对上海杨浦大桥、香港青马大 桥、江阴长江大桥、重庆大佛寺长江大桥等特大桥已开始进行长期监控工作，但还处于 初级阶段，其理论和方法急需进一步研究解决。 1 4 本文主要研究内容与技术路线 本文主要的研究内容与流程可用如下框图示意( 图1 2 所示) ： 文献概述 j l ， 正装法 基本理论综述 水流方向 图4 2 节段挠度测点布置示意图 1 04 6 54 6 5 1 0 图4 3 节段挠度线形测点布置示意图图4 40 号块挠度线形测点布置示意图 测点布置：箱梁每一截面的控制点a 、b 、c 的位置如图4 2 所示。控制点a 、c 均 用短钢筋预埋，短钢筋伸出长度比对应箱梁截面混凝土表面高5 m m ，其顶端应平滑， 3 9 第四章主梁线形控制 见图4 2 中的“0 ”所示的位置，截面测点分别距箱梁轴线约3 0 0 c m 左右，但应避开挂篮 的影响，以获取最佳的测量视线。控制点b 用钢板1 0 0 1 0 0 x 1 2 i n n l 3 预埋，钢板项面与 相应箱梁截面顶面混凝土表面的对应位置平齐，它既是箱梁顶面高程、挠度的控制点， 也是箱梁轴线的控制点。控制点须用红油漆标明编号。控制点的保护按国家有关规定执 行。 4 2 1 结构几何形状测量 结构几何形状的测量主要包括：箱梁上下表面的宽度、腹板厚度、上盖板和下底板 的厚度、箱梁截面高度以及箱梁施工节段的长度等。采用抽查的方式，不定期的进行测 量。 4 2 2 箱梁挠度跟踪观测 按各节段施工次序，每一节段按二种工况( 即：混凝土浇筑后；预应力索张拉后或 预应力索张拉后和挂篮前移后 ) 来进行箱梁挠度的测量。测量时间一般在早晨7 ：o o 之 前和下午6 ：o o 以后进行。在测量过程中，除考虑工序进展必须对每一工况进行例行测 量外，还对温度变化引起的挠度进行了测量。为了找出温度变化引起箱梁挠度变化的规 律，对于一些重点工况，在工况不变的情况下，分别在早晨6 ：0 0 左右( 即箱梁上下表 面温度比较均匀) 和中午1 2 ：3 0 - 1 4 ：3 0 ( 即箱梁上下表面温差较大) 间对其挠度进行测量， 找出温差变化较大时挠度变化的极值，从而为确定待施工各节段预拱度提供较为可靠的 依据。同时，当那些工序( 如预应力索张拉后) 变化后引起的应力变化不明显( 与有限元计 算应力比较) 时，仔细测量挠度的变化，从而为工序质量的控制提供另一分析基础。 4 2 3 箱梁立模标高抽查 立模标高是控制各节段箱梁顶面高程的重要手段。在箱梁悬臂施工过程中，对施工 节段的立模标高进行了抽测，在箱梁悬浇施工过程中，对箱梁顶板立模标高进行了4 8 次抽测。通过抽测，使箱梁悬臂施工完毕后，主桥成桥竖曲线接近控制竖曲线。 4 2 4 箱梁顶面高程测量 当某一施工工况完毕后，对箱梁混凝土顶面进行直接测量。在测量过程中，同一截 面进行了多点测量( 3 点以上) ，根据其横坡取其平均值，这样可得到箱梁顶面的高程 值。同时，根据不同的工况观察箱梁的挠度( 反拱) 变化值，按给定的立模标高( 含预拱度) 立模，也可得到箱梁顶面的高程值。两者进行比较后，可检验施工质量。 长安大学工程硕士学位论文 4 2 5 对称截面相对高差直接测量 当两边施工节段相同时，对称截面的相对高差可直接进行测量和分析比较。当施工 节段不同时，对称节段的相对高差不满足可比性，此时，选择较慢的一边最末端截面和 较快的一边已施工的对应的截面作为相对高差的测量对象，在测量过程中，同一对称截 面可多点测量，根据其横坡取其平均值，可得到对称截面的对应点的相对高差。 4 2 6 多跨线形通测 除要求保证各跨线形在控制范围内外，对箱梁全程线形应定期或不定期进行通测， 确保全桥线形的协调性。 4 3 测量误差分析 按公路工程质量检验评定标准j t j 0 7 1 1 9 9 8 ，主梁悬臂浇筑时，施工控制精度如 下： ( 1 ) 立模标高允许偏差：士5 m m ； ( 2 ) 局部线形控制要求 相邻节段相对标高误差：士10 m m ； ( 3 ) 已浇梁段以及成桥后主梁系统控制误差 标高误差：士l 6 0 0 0 ，其中l 为跨径； ( 4 ) 轴线偏位：+ 1 0 m m ： ( 5 ) 同跨对称点高程差 1 0 m m ； ( 6 ) 合拢段底板的相对高差 _ 2 0 r a m ； ( 7 ) 断面尺寸偏差：1 0 5 h 5 ( i 砌) ；2 0 t 时的徐变应变；s ( f 卜一收缩应变；t ( f 卜- 温 度应变；n 广期4 量系统应变误差。 只有通过理论分析、误差分析等手段，对测量结果进行适当的修正，使测试应力 结果尽可能地接近于结构实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。 5 4 1 钢弦应变计位置误差 为了保证钢弦应变计安装的可靠、稳定、耐久，预先用扎丝将其牢牢捆扎在箱梁 上、下缘的纵向钢筋上。这样应变计的位置距箱梁上缘约1 0 c m 左右，因而使得测试 应力与箱梁顶面的实际应力间有些差异。同时，钢弦应变计的轴线与桥梁的轴线也不 可能完全重合，其不可避免地存在上下、左右方向的偏差；伴随着混凝土浇筑和振动 捣实，钢弦应变计受到不同方向非平衡力的挤压，有时会略偏离轴线。这些因素的存 在而形成了一部分传感器位置误差，使得测量值偏小。对于应变计上下位置引起的差 异，可以通过截面尺寸和上、下缘的实测应力进行修正；而应变计方位带来的随机误 差是不确定的，一般不便修正，不过其量值相对较小，可不予考虑。 5 4 2 钢弦应变计调零 就所使用的钢弦应变计，埋设后绝大多数稳定性较好。在同一温度、同一工况下 的钢弦频率测试数据有很好的重复性。由于钢弦应变计是在混凝土浇筑前埋设的，混 凝土初凝时产生的初应力将作用于钢弦应变计上，应该及时予以排除。而初应力与初 读时间有关，即初读数( 调零) 的时机把握十分重要。若初读过早，混凝土凝结时的初 应力不可能完全消除；若初读过晚，外加荷载又已经施加于结构上。一般初读在混凝 土凝结、预应力钢绞线张拉前进行较合适。另外，通过非受力元件可消除混凝土收缩 的影响。 5 4 3 混凝土弹性模量影响 根据应变与频率间的函数关系式( 5 5 ) ，可测得不同工况下各控制截面的应变值， 再乘以混凝土材料的弹性模量便可间接得到应力值。按公路钢筋混凝土及预应力混 凝土桥涵设计规范之规定，c 5 0 # 混凝土的设计弹性模量一般取3 5 g p a 。由于混凝土 材料、施工状况、养护和龄期等因素的影响，混凝土箱梁结构的实际弹性模量与设计 规范取用值有些差别，龄期2 8 天后逐渐趋于稳定。 混凝土的初始弹性模量e o 通常取为抗压强度o c 的函数，相应于较高的抗压强度 有较高弹性模量值。初始弹性模量可由经验公式相当精确地算得： 5 6 长安大学工程硕士学位论文 e o ：如i ( 5 7 ) 式中：卜混凝土容重( n m 3 ) ；o r 混凝土抗压强度( m p a ) 。 混凝土加载瞬时弹性变形可以按同龄期混凝土的实际弹性模量来计算，而收缩和 徐变量，需按计算时混凝土的龄期和混凝土实际加载龄期，根据试验结果取得。如果 不能较准确地测量钢筋混凝土的实际弹性模量，由式( 5 4 ) 得到的应力值与实际结构肯 定有一些偏差。事实上，其混凝土实际弹性模量的测定是一项十分繁重的工作。 5 4 4 混凝土应变滞后影响 由于施工工序的连续性，各工况应变测量时工况的界定往往不太好掌握。如预应 力索张拉后紧接着是挂篮前移，将进行下一节段的立模、布筋施工( 其工序间无间隔) ， 以确保工程的施工进度。从应力监测的角度来看，若要对每一工况进行跟踪监测，就 应该立即进行应力测量。对于混凝土钢弦应变传感元件来说，此时是通过振弦频率检 测仪测量弦振频率值间接获得的混凝土应变信息。应变测试数据表明，受力混凝土结 构应变具有相当长的滞后性。特别是预应力索张拉后，由于种种因素( 主要是混凝土 材料和施工状况) 的影响，应变在沿箱梁各截面的传播速度随施工节段的不同而有很 大的差异。当预应力索较短、管道较畅通时，应变的滞后性不太明显，此时立即对张 拉后的混凝土结构进行应变测量，其应变滞后性造成的误差较小。当预应力索较长、 管道又不太畅通时，各截面应变的滞后性与张拉端的位置有很大关系。靠近张拉端的 截面与短索的情况比较接近；远离张拉端的截面，应变滞后现象严重。如测试截面离 张拉处8 0 m 以远，应变的滞后性达8 小时以上。如果应变滞后的时间把握不准：应 变测试偏早，则未能捕获到外力对应的真实应变，将会导致部分应力丢失( 不含预应 力损失) ，使测试应力值偏小；若应变测试偏晚( 预应力索张拉数小时后) ，这时又 受到挂篮前移后其自重的影响。因此，在这些远离0 4 块的截面施工中，影响应力测试 的工况主要是预应力索张拉后。一般应在各截面应变稳定后( 约预应力索张拉后8 小时) 进行应变测量，然后再通过计算来消除挂篮自重的影响( 挂篮自重和位置是已 知的) 。 另外，箱梁剪力滞效应对箱梁应力的影响也不能忽视，经分析纵向应力不大于 1 0 ，横向应力不大于5 。可通过多个传感元件的测试结果来消除部分影响。 5 4 5 温度影响 温度变化时，如果预应力混凝土箱梁无约束自由伸展，则埋入其中的钢弦应变计 5 7 第五章预应力砼连续梁桥截面应力测试与分析 也会随同变形。由于温度的影响( 尽管结构外载没有改变) ，钢弦丝的应变和自振频 率均将发生改变。根据式( 5 2 ) ，由温度引起的应变增量为 垒g _ 2 sg ( s g + 睾) 5 8 一般情况t 。 生， 则肴 。 ， ! ! 墨一兰堑 ( 5 9 ) 因此，混凝土箱梁结构的实际应菱为 。 ：sg 测一堡号旦 ( 5 1 0 ) 然后再由式( 5 4 ) 确定混凝土结构的应力。 事实上，日照下混凝土箱梁上表面近2 0 c m 范围内的温度梯度很大，温度分布极 不均匀，而其它部位的温度分布趋于均衡。箱梁顶面温度升高时，理应沿纵向膨胀， 但受到腹板及底板的约束而不能自由延伸，而结构的最终变形与混凝土箱梁内的温度 分布密切相关。一般来说，箱梁顶板相对腹板及底板的抗拉刚度来说要小得多，整个 悬臂箱梁的下挠变形较大，箱梁上缘应力增大，下缘应力减小或基本不变。钢弦受箱 梁约束而弦丝在温度作用下的应变发生了改变，约减少a g a t ( 其中a g 为弦丝的热膨 胀系数，t 为温升) ，有 ag f 一半 ( 5 1 1 ) 此时，箱梁顶板处的钢弦应变计附加了一由混凝土箱梁产生的温度应变，而箱梁 上缘的实际应变修正为 8 矗= 例一半( 5 1 2 ) 若以箱梁结构施工1 2 个月工期考虑，蠕变使得测试应变累计偏小约1 4 0 1 x e ；而 温漂视环境温度升高还是降低相应修正( 加或减) 测试应变约3 0 炉1 0 ( 2 。 5 4 6 混凝土收缩徐变影响 混凝土无荷载条件下的收缩变形是由于所含水分蒸发及其它物理化学原因产生 的干燥收缩和体积收缩，主要与混凝土品质和构件所处的环境等有关。其大小随着龄 期的增长而增大，初期的收缩变形增长较快。混凝土持续荷载条件下的徐变变形，主 要与混凝土应力的大小、混凝土加载龄期、级配、水灰比及构件所处的环境等有关。 早期徐变增长很快，其速率随持续荷载时间延续而降低，若干年后仍在发生。在实际 工程应变测量中，其包含了收缩和徐变产生的应变量，应给予扣除。 混凝土收缩应变计算多为经验公式，我国公路桥涵设计规范采用c e b f i p ( 1 9 7 8 ) 5 8 长安大学工程硕士学位论文 的建议公式 s 。( f ，r ) = g 卢。( f ) 一卢。( f ) 】 ( 5 1 3 ) 式中s s o = s s l s 2 ，s s i 取决于环境条件的系数，s 广取决于构件理论厚度h 的系数； p s ( t ) 一取决于龄期及构件理论厚度的收缩发展函数；t ，卜计算时刻和开始考虑收缩 时刻的混凝土有效龄期。而混凝土构件的理论厚度定义为 h ：a 兰型 ( 5 1 4 ) 式中k 取决于环境条件的系数( 一般室外构件取1 5 ) ；a c 一混凝土构件截面积；l 卜 构件截面与大气接触的周边长度。 在桥梁结构中，预应力混凝土结构的持久应力一般不足混凝土抗压标准强度1 5 c k 的一半，徐变应变与混凝土应力之间表现为线性关系，在此范围内的徐变称为线性徐 变。根据c e b - - f i p ( 1 9 9 0 ) 标准规范的定义，在时刻百开始作用于混凝土的单轴向常 应力a ( t ) 到时刻t 所产生的徐变应变为 s 。( ，f ) ：( f ，f ) 掣 ( 5 1 5 ) 式中e c 一混凝土弹性模量；徐变系数q ( t ，t ) 主要与材料、配合比、混凝土的徐变龄 期t 和加载龄期t 有关。 混凝土的徐变系数由下式确定 妒( f ，f ) = 0 8 1 一二兰堕】+ o 4 f l d ( t - r ) + 妒厂 卢( r ) 一卢厂( f ) 】 ( 5 1 6 ) 式中等卫一混凝土龄期为f 时的强度与最终强度之比；1 3 0 ( t 百卜随时间发展的滞后 弹性应变；叭一徐塑系数，钳= p n 恤，其中q f l 取决于环境条件的系数，【p 亿取决于构 件理论厚度h 的系数；j 3 f ( t ) ，p f ( t 卜随时间发展的滞后塑性应变，与理论厚度有关。 对于分段浇筑的混凝土结构