预应力连续刚构桥梁悬臂施工控制.docx

预应力连续刚构桥梁悬臂施工控制论文关键词：桥梁连续刚构悬臂施工施工控制论文摘要：桥梁施工监控主要是施工过程的安全控制以及线形与内力状态控制，本文主要是研究预应力砼刚构桥悬臂施工控制方案，为同类桥梁的施工控制提供可行依据。1.工程概况梅山大桥的主桥为预应力砼连续刚构桥,其跨径为130+75+130,主梁为单箱单室型断面, 主桥箱梁顶板宽13.55m，底板宽5.5m，根部梁高7.5m，高跨比1/17.3；跨中梁高3.3m，高跨比为1/39.4，梁底变化曲线为1.7次抛物线；箱内顶板厚度标准段为28cm，根部加厚到50cm；腹板厚度从根部到跨中按85cm、70cm、55cm直线线性变化；底板厚度根部是110cm，跨中32cm，变化规律同梁底变化曲线。主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力混凝土结构。双薄臂桥墩,采用挂篮进行分节段悬臂施工,墩梁分别采用40#、55#高强砼。设计荷载为公路。连续刚构在两个墩上按照“构”用挂篮分段对称悬臂浇筑，合拢段吊架现浇，边跨现浇段采用落地架现浇方式。全桥按对称悬臂浇筑 边跨合拢 中跨合拢顺序进行施工。2.施工控制的目的对于分阶段施工悬臂浇筑施工的混凝土连续刚构桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测成果对误差进行分析、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、合拢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。3. 施工控制的方法3.1 建立控制计算模型该桥采用桥梁专用有限元软件Midas/Civil建立连续刚构桥的整体计算模型,包括桥梁上部结构和下部结构(双薄壁墩)。应用Midas/Civil软件模拟施工过程中各梁段混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮移动等因素,进行施工阶段应力、变形的计算和验算。梅山大桥连续刚构主桥共划分为86个单元,其余单元为双薄壁单元为16个,所有的单元均采用梁单元/变截面梁单元模拟。整个结构在墩底固结,两端约束为沿桥轴向的滚动支座，墩梁刚性连接。梅山大桥采用悬臂浇筑施工，施工过程包括0#块支架施工,挂篮悬臂施工,边墩现浇段施工,合龙段施工。每一个施工节段包括混凝土浇筑，张拉预应力钢束，前移挂篮三种工况，其中挂篮以集中力和力矩形式加载在每个施工节段节点其间考虑混凝土湿重对下一施工阶段的影响，二期恒载以均布荷载施加整桥，严格与实际施工阶段相对应。计算模型如图31 所示。3.2 自适应控制理论对于预应力混凝土连续刚构桥梁，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题，主要是混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永存预应力等与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整措施，必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律，当计算模型与实际结构相吻合后，再用计算模型来指导以后的施工，这就是自适应控制的基本原理。在闭环反馈控制基础上，再加上一个系统辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。图3-2为控制原理图。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到了修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辩识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。桥梁的施工控制是一个预告-施工-量测-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目的，施工过程中必须对桥梁结构内力(如主梁应力)和主梁标高进行双控。采用悬臂浇筑的连续刚构桥在施工过程中是静定结构，只要严格按桥梁施工规范进行操作，内力状态一般能够得到保证，主要问题是施工中及长期徐变挠度的控制。由于连续刚构桥在施工过程中及合拢时不具备斜拉桥的索力调整能力，一旦发生线形误差，将永远存在于结构中，因此，及时发现误差原因，尽量减小误差发生的可能性是连续刚构施工控制的关键。所以，对于连续刚构施工控制系统除了要求具备常规的结构分析计算手段外，具有在施工现场消除设计与实际不一致的自适应能力就成为关键，只有这样才能及时提供控制标高和控制内力的修正值。3.3 桥梁立模标高的确定在主梁的悬浇过程中，梁段立模标高的确定关系到主梁的线形是否平顺、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，则最终桥面线形较为良好，反之控制不力，会出现较大偏差。众所周知，立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高，为使成桥线形与设计线形相符合，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形。立模标高公式如下： 式中： i节段立模标高（节段上某确定位置） i节段设计标高 由各梁段自重在i节段产生的挠度总和 由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和 混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度 施工临时荷载i节段引起的挠度 使用荷载在i节段引起的挠度 挂蓝变形值其中挂蓝变形值是根据挂蓝加载试验，综合各项测试结果，最后绘出挂蓝荷载挠度曲线，进行内插而得。而 、 、 、 、 五项在前进分析和倒退分析计算中加以考虑输出结果的预抛高值就是这五项的挠度值的总和。即3.4 桥梁现场施工监测3.4.1 挠度监测连续刚构桥施工控制的主要目的之一就是控制成桥线形，实时的挠度观测数据是实现挠度控制保证成桥线形的主要依据。对于采用挂篮悬臂浇筑施工的主桥箱梁施工控制观测点基本上按照设计方式设置，在每一悬浇节段顶面端部3-5（cm）处预埋五个钢钎，作为观测点。这样不仅可以观测箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每一断面需要进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、钢束张拉前、钢束张拉后的标高观测，以便观察悬臂浇筑梁段的各点挠度及T构的整体线形变化历程，同时考虑主梁线形对温度、日照较敏感，测量时间应选在日出之前温度较恒定的时段内进行，以保证T构悬臂端的合龙精度及最终的全桥线形符合设计标高。3.4.2 应力监测连续刚构桥梁应力（或应变）监测主要是对施工阶段的主梁、桥墩的应力（或应变）进行监测。通过应变跟踪观测，随时知道梅山大桥主梁受力状况以及各施工阶段箱梁关键部位应力的变化规律，比较理论值与真实值判定应变是否超限，把握结构的安全状况和保证施工安全。该项观测在每一施工阶段都要进行，贯穿整个施工过程。梅山大桥结构应变监控的主要内容：对主桥中、边跨混凝土箱梁主梁、桥墩的关键断面，实行每一节段施工过程中共监测4次，分别是混凝土浇筑前、后，预应力张拉前、后，在主梁合拢及二期恒载施工完毕也应进行应力应变监测。测试时间选择在日出前温度较稳定时。3.4.3 温、湿度场观测桥梁结构处于一个变化的温湿度场中，理论上说由于温度变化和湿度变化，桥梁的断面应力和主梁标高每时每刻都在变化，这就给测量结果带来不确定的因素，要完全解决温湿度问题，有很大的难度。对主桥各部位温度的监测，与变形共同分析，必要时还需要对箱梁断面温度分布和大气温湿度进行监测。梅山大桥温湿度监测的主要内容如下：（1）桥址环境温度，大气温湿度；（2）主桥混凝土箱梁以及桥墩的内外表面温度。温湿度监测贯穿整个施工过程，针对箱梁关键部位布置温湿度观测点进行观测与主梁的线形监测同时进行，一般选择在日出前完成。温度梯度监测为昼夜24小时连续观测，间隔4小时，分别在2：00、6：00、10：00、14：00、18：00、22：00等时刻进行观测，以了解温度变化对桥梁结构内力、变形的影响，为施工控制和箱梁应力分析提供依据。3.4.4 钢绞线管道摩阻损失的测定在进行预应力钢绞线和预应力筋张拉时，由于管道摩阻、温度变化、锚具等原因造成预应力不同程度的损失，预应力张拉质量的监测旨在定量的测定预应力的损失，以确定实际有效的预应力，为结构分析计算提供依据。测试的基本内容为：（1）锚圈口摩阻损失测定；（2）孔道摩阻损失测定，确定实际孔道摩阻系数和偏差系数。3.4.5 砼弹性模量、容重以及收缩徐变的测试混凝土收缩徐变对主梁内力与挠度均有较大影响，应专门惊醒混凝土7、14、28、90天四个加载龄期的收缩、徐变试验，得出相应的收缩徐变系数和弹模值。同时，采用箱梁悬臂浇筑混凝土现场取样，制成试件。先对试件尺寸进行精确测量，分别测定3、7、14、28、60、90天龄期的弹性模量值，通过万能实验机进行测定，以得到完整的弹性模量与龄期Et变化曲线，为主梁预拱度的修正提供依据。混凝土容重的测量也是在现场取样，采用实验室的常规方法进行测定。3.5 施工误差的调整施工误差调整应从两个方面着手解决，一方面是设计参数误差调整即参数的估计与修正，另一方面进行施工误差的调整, 用Kalman 滤波法、灰色理论等方法对以后每个块件的施工误差进行调整. 两者缺一不可.参数识别与修正桥梁结构的实际状态与理想状态存在一定的误差（设计参数误差、施工误差、测量误差以及结构分析模型误差等）因此本桥采用卡尔曼滤波对施工误差的特性进行分析，然后运用最小二乘法对设计参数进行识别，最后确定施工误差调节控制方案。.结论利用工程实例对预应力砼刚构桥悬臂施工的特点进行的详尽的分析，对施工控制方案的制定、实施及其施工控制过程中的影响因素作了全面的分析，使桥梁结构始终处于安全的可控状态，为施工的顺利进行提供了可靠的保证。参考文献1 顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制M. 北京：机械工业出版社，2005.2 徐君兰. 大跨度桥梁施工控制M . 北京:人民交通出版社,2000.3 葛耀君分段施工桥梁分析与控制M北京:人民交通出版社，20034 范立础.桥梁工程M.北京:人民交通出版社,1996浅谈钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响论文关键词:钢筋锈蚀；桥梁；耐久性 论文摘要:钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。本文从锈蚀机理、影响因素和影响后果等方面进行了综述性讨论。 钢筋锈蚀是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。它在影响结构物耐久性因素中，占据主导地位。美国、英国、德国和日本等国每年均花费巨资用于混凝土结构的耐久性修复，其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。我国也有相当数量的钢筋混凝土桥梁相继进入老化期，钢筋锈蚀的研究和防治显得非常重要。 钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期：前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，桥梁结构承载力不断下降，钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。 一、钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀机理 正常情况下，由于初始混凝土的高碱性，钢筋混凝土桥梁结构力筋表面形成一层致密的钝化膜，使其处于钝化状态。但随着环境介质的侵入，钝化膜逐渐遭到破坏，从而导致腐蚀的发生。 力筋发生锈蚀需要三大基本要素： （一）力筋表面钝化膜的破坏； （二）充足氧的供应； （三）适宜的湿度（RH6080）。 三个要素缺一不可，第一要素为诱发条件，而腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。 钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀。发生电化学锈蚀必须具备3个条件： 1、在钢筋表面形成电位差； 2、在阴极部位钢筋表面存在足够的氧气和水； 3、在阳极区，使阳极部位的钢筋表面处于活化状态，即钢筋表面的钝化膜遭到破坏。 在氧气和水的共同作用下，钢筋表面不断失去电子发生电化学反应，逐渐被锈蚀，在钢筋表面生成红锈，引起混凝土开裂。 对于钢筋混凝土桥梁，在一般环境条件下，钢筋的锈蚀通常由两种作用引起：一种是混凝土碳化作用；一种是氯离子的侵蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用，但是这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质：混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少，PH值逐渐下降，钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏，使钢筋处于脱钝状态；周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部，当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值（临界浓度）时，即使混凝土碱度再高，pH值大于11.5值，Cl-也能破坏钝化膜，从而使钢筋发生锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快，远比碳化锈蚀严重，这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。 二、 影响钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的主要因素 （一）混凝土的保护层厚度及完好程度和混凝土的密实度 这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。我国新修订的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中，对钢筋的最小保护层厚度规定中，随着使用环境条件的劣化，混凝土保护层厚度也在增加。混凝土的密实度影响着混凝土的渗透性，渗透性高的混凝土更容易发生锈蚀。 （二）混凝土的碳化程度 混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，造成PH值降低，给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系，由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。（三）环境条件 环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面：温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。对于钢筋混凝土桥梁来说，影响最大的是湿度，当桥梁处在湿度较大的环境下，尤其是水位浮动的桥墩部位和浪溅区，最容易发生锈蚀。 （四）氯离子的影响 氯化物是一种很危险的侵蚀介质，但是在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。 北方地区许多的工程经验教训表明，大量地使用除冰盐是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。根据国外的相关研究报道，使用除冰盐的桥梁结构一般在510年就开始腐蚀破损造成钢筋锈蚀，混凝土胀裂。由于到目前为止，还没有找到能够完全替代除冰盐的除冰方法，除冰盐仍将继续使用。因此采取针对除冰盐的防腐蚀措施是十分重要的。 三、钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响 钢筋锈蚀的直接结果是钢筋的截面积减少，不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、脆性增大、延性变差，导致构件承载力降低。 （一）锈蚀后钢筋的力学性能 锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力，严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比，此时，可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。 但是，由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素，实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，而且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降，除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外，还有一个因素：锈损钢筋的表面凹凸不平，受力以后缺口处产生应力集中，使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低；且锈损越严重，应力集中引起的强度降低越多。 （二）钢筋锈蚀后对钢筋与混凝土协同工作性能的影响 钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明