钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差分析

1、第 10卷 第 4期 中 国 水 运 Vol.10 No.4 2010年 4月 China Water Transport April 2010收稿日期:2010-03-23 作者简介:葛同朝(1965- ,男,中铁七局集团有限公司工程师。钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差分析葛同朝(中铁七局集团有限公司,河南 郑州 471000摘 要:文中分析了钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差的来源和类型,并提出了消除误差的方法。 关键词:拱桥;悬臂浇注;施工控制中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(201004-0168-02随着我国交通事业的不断发展, 桥梁结构不断向大跨度、 高

2、强度混凝土方向发展。针对山区交通建设的实际情况,多 数道路需穿越高山、深谷,大跨度钢筋混凝土拱桥在技术、 经济上与其他桥型相比具有较明显的优势。传统的大跨度钢筋混凝土拱桥施工一般采用三种方法:劲性骨架法、转体法和预制拼装法。劲性骨架法造价高、施 工工艺繁琐、施工工期相对较长;转体法要求一定的施工场 地和较好的场地条件,且该法一般仅适用于肋拱桥;预制拼 装法要求施工单位具有较强的吊装能力和较大预制施工场 地,接头多,结构整体性不易保证。悬臂浇注施工具有不受 桥下地形条件限制、不中断桥下通航或通车、对设备的起重 能力要求不高、结构整体性好、易于控制施工变形、对环境 的破坏较小等特点和优点,悬臂浇筑

3、法在大跨度钢筋混凝土 施工中得到了迅速发展。在悬臂浇注施工过程中受混凝土收缩徐变和施工工艺的 影响,拱圈线形控制难度大;同时施工中的扣锚索力调整和 塔架的变形也会加大施工控制难度;成拱后进行上部结构的 修建,结构要经过多次体系转换,结构内力变化较大,也加 大了施工控制的难度。因此对施工中每一阶段的内力与变形 必须进行监测,同时通过监测手段得到各施工阶段的实际内 力与变形,从而可以跟踪掌握施工进程和发展情况,及时发 现施工中可能存在的较大偏差,消除事故隐患,确保桥梁安 全。一、施工误差的来源在钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工中,由于设计参数的取 值与实际结构不一致,如果不在施工过程中逐步修正设计参 数

4、,那么由这些参数引起的结构误差具有累计性,随着悬臂 结构的伸长,最终将显著地偏离设计目标,造成拱圈合拢困 难,并影响成桥后拱圈的内力和线形。因此,在拱圈悬臂浇 注施工过程中,应适时调整索力和设置预抛高来消除其中一 些主要误差。施工误差的性质以及分布状况与索力调整有着密切的关 系,引起设计和施工上不一致问题的主要因素有:(1在设计时,选择的设计参数(材料的弹性模量、截 面特性、构件自重、临时施工荷载、混凝土徐变与收缩等 不可能与实际结构所反映的完全一致。首先是扣锚索的刚度误差,在同样的拉伸情况下,扣锚 索的刚度误差会引起索力的误差。因此,在施工过程中,只 有控制索力,也就是把索力作为施工控制的目

5、标,才能有效 地消除这一误差的影响。其次构件自重误差是钢筋混凝土拱 桥施工中最常见的误差,因为在施工中,构件的自重,临时 荷载等常难以把握。若在施工过程中,只采用着重于控制索 力的一次张拉法时,则随着悬臂结构的伸长,拱轴线的偏差 将越来越大,拱圈的内力分布与计算值也会有较大的差别。 最后拱圈的制作误差,拱圈节段的预拱度或局部形状改变等 误差。(2环境的影响。包括温度、空气湿度等的影响,在设 计计算时,这些因素往往无法估计。温差改变引起的结构变形、钢绞线的受力松弛和温度变 化引起扣索长度的变化。温度变化的影响,特别是日照温差 对拱圈的结构内力、变形影响最为复杂。设计计算时,风荷 载产生的变形、位

6、移按静态平均风荷载计算,但实际施工状 态与设计计算不一致而产生误差。材料的热膨胀系数常常难 以准确的把握。(3 测量误差, 指的是施工现场所有测量工具和仪表引 起的误差。测量误差主要由测量仪器、测量方法、操作、读 数、 环境影响所造成, 在提高测试精度条件下其误差值较小。(4结构模型简化和计算方法不够精确所产生的误差。 (5 施工荷载与浇注偏离产生的误差主要是指施工荷载 的变化,即施工过程中人群、机具及其它临时荷载变动产生 的误差。(6 意外因素产生的误差主要是人为因素和其它因素产 生的误差。人为的误操作、测试、计算错误等产生误差,不 正常的气候等其它因素影响产生的误差。人为因素及其它因 素的

7、影响,可通过加强工程管理和采用一系列有效的防范措 施,尽可能地进行消除。二、施工误差的类型施工状态影响产生的误差由施工初始状态和施工工作状 态两部分组成。初始状态误差主要是指结构计算图示简化而 产生的误差;施工工作状态误差主要是测试误差、拱圈变形 误差与施工荷载误差。按误差的性质来分,施工工作状态误差又可分为两种:一种是参数误差,另一种是随机误差。参数误差是指所发生的误差作为结构特征在以后不再变化的误差,如结构尺寸、第 4期 葛同朝:钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差分析 169重量、刚度等误差,而随机误差则是指在保证操作精度、避 免意外事故影响的前提下,由环境因素、设计参数变异等随 机因素产生的

8、误差,它们变化复杂,范围大,在设计计算中 也较难准确考虑。 参数误差就其结构行为影响程度大小而言, 又可分为主要设计参数和次要设计参数。主要设计参数对结 构行为影响很大, 次要设计参数对结构行为影响则相对较小。 在这些基本设计参数中,有些是可以测定的,可通过施工现 场试验得到。而另一些则是难以通过试验确定,可将其视为 随机误差来考虑。对于参数误差,可以通过对可测量参数进 行的高精度量测来进行修正,并采用参数识别修正法在施工 过程中对主要设计参数进行实时调整。对于随机误差,则可 以通过最小二乘法、Kalman 滤波法或灰色理论预测法来加 以估计、预测、消除。从误差的分布来看,沿桥跨纵向出现同号增

9、加或减少的 误差称为“大范围误差”。相反,桥跨纵向正负交替出现的 误差则称为“小范围误差”。很显然,小范围误差类似于均 值为零的白噪声干扰,它对参数识别的影响并不显著,可归 于随机误差一并考虑。 大范围误差是重点应调整计算的对象。 例如,结构自重就是一种最常见的大范围误差,同时,它又 是最重要的结构参数之一,所以,必须予以重视。三、降低误差方法通过分析误差产生的原因,可从以下几点着手来提高计 算精度和测试精度,以减少施工误差。(1 仿真计算与施工实际互相靠近。 仿真计算不同于设 计计算,不能照搬设计规范,而应以逼近施工实际为准,例 如设计必须保证结构安全,而仿真是要发现己经存在或将会 发生的不

10、安全,这个观点很重要。但也不能把误差全部归结 于计算不符合实际,实测数据本身的真实性和可信度分析也 很重要。精心设计计算与施工严格管理紧密结合,是提高仿 真精度的保证。(2 计算参数的取值接近实际。 对大型新型结构和大批 量构件,提前在实际环境中做混凝土徐变收缩等有关试验, 跟踪测试记录弹性模量、拱圈断面尺寸和自重、节段上堆放 的机具材料重量及位置、工程进度等,及时修正、重算和预 报受控变量值。在下一节段立模之前,首先对当前的结构参 数和状态参数进行观测。由于施工条件的非理想化,会使结 构的施工结果与设计状态存在差异,为了消除这种差异给以 后节段带来的误差,把观测的结构实际数据代入结构设计计

11、算,对下一节段的理想状态进行修正分析。(3 减小环境影响。 主要是气温、 日照及风对拱圈本身 及测量的影响。温度取值应以年平均温度为准,根据实测数 据进行修正。 应力和变形的量测不要在强日照及大风时进行。 为消除日照及温度的影响,拱圈线形和索力的观测均在晚上 零点至日出之前进行。(4 严格施工管理, 测量精心操作。 例如禁止靠近悬臂 端部堆放料具,按要求及时标定测量、张拉、称重等仪表工 具。四、结语本文分析了大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差的 产生原因以及分类,针对这些提出了相应降低误差的方法, 以消除或减少拱圈实际线形和内力与设计目标值的偏差,保 证大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工过程中

12、结构受力状态 的安全性和拱圈线形的合理性,成桥后的拱圈内力和线形符 合设计期望,同时保证大跨度钢筋混凝土拱桥施工质量和施 工安全。参考文献1 周水兴, 李焱 . 钢管砼拱桥的设计和发展J. 工程力学 (增 刊 ,1999, .2 陈宝春 . 钢管砼拱桥的设计与施工M. 北京:人民交通出 版社,1999.3 陈海学 . 铁路大跨度拱桥劲性钢骨架转体施工及控制C. 石家庄铁道学院学报,2004.4 徐君兰 . 大跨度桥梁施工控制M. 北京:人民交通出版社, 2000,8.5 唐东 . 悬拼钢筋混凝上箱型拱桥施工控制的研究D. 长沙 理工大学硕士学位论文,2005, 4.(上接第 167页(3实施调控的方法调整立模标高预抬值是主梁线形调控最直接的手段,采 用最小二乘法 (优化控制法 , 将参数误差引起的主梁标高的 变化,通过调整立模标高的办法予以修正。4.监控报告的提交与实施在每一节段的循环施工完成后, 48小时内提交相应的阶 段监控报告,对每一节段施