湛江海湾大桥施工监控_图文

1、文章编号 :1003-4722(2007 03-0068-04湛江海湾大桥施工监控徐金勇 1, 颜全胜 2, 王卫锋 2, 韩大建 1(1. 华南理工大学建筑学院 , 广东 广州 510641; 2. 华南理工大学交通学院 , 广东 广州 510641摘 要 :湛江海湾大桥主桥是主跨 480m 的双塔空间双索面混合梁斜拉桥 , 拼装法施工 , 介绍施工监控的原则 、 监控工况的选择 、 、 标高与索 力的控制等 , 并给出了监控的成果 。关键词 :斜拉桥 ; :AConstruction Monitoring and Control of Zhanjiang B ay B ridgeXU J

2、in 2yong 1, Y AN Qua n 2s heng 2, WAN G Wei 2f eng 2, HAN Da 2j ia n1(1. School of Architecture and Civil Engineering , South China University of Tech 2nology , Guangzhou 510641, China ; 2. School of Traffic and Communications ,South China University of Technology , Guangzhou 510641, China Abstract

3、:The main bridge of Zhanjiang Bay Bridge is a double pylon and double spatial cable plane hybrid girder cable 2stayed bridge wit h a main span 480m and wit h it s steel main girder erected by t he cantilever assembling met hod. This paper describes t he const ruction monitoring and cont rol of t he

4、Bridge and also gives t he corresponding result s , including t he p rinciples , load case selectio n , calculation , field test and parameter identification of t he monitoting , and t he con 2t rol of elevation and cable forces.K ey w ords :cable 2stayed bridge ; hybrid girder ; construction monito

5、ring and cont rol收稿日期 :2006-09-14作者简介 :徐金勇 (1978- , 男 ,2002年毕业于华南理工大学交通土建工程专业 , 工学学士 ,20022004年为华南理工大学桥梁与隧道专业 硕士研究生 , 现为华南理工大学结构工程专业博士研究生。1 工程概况湛江海湾大桥主桥采用双塔空间双索面混合梁 斜拉桥 , 五跨连续半漂浮体系 , 全长 840m , 跨径组 合为 (60+120+480+120+60 m , 主塔为钢筋混 凝土结构 , 上塔柱采用大曲线造型 , 整个塔柱造型呈 火炬状 , 自承台以上塔高 155. 1m 。 边跨 60m 为预 应力混凝土箱梁

6、, 主跨及其余边跨为钢箱梁 (见图 1 。 钢主梁采用鱼腹式空腹流线型钢箱梁 , 全宽 28. 5m , 中线处梁高 3. 0m , 设 2道桁架式内纵腹板 , 标准梁段横隔板均为桁架式 , 间距 3. 2m 。全桥钢箱梁共分为 51块 , 标准梁段长 16m , 重约 200t , 钢梁间采用栓焊连接 (纵腹板和顶板加劲肋采用高 强螺栓连接 , 其余部分焊接 。 边跨预应力混凝土梁为单箱三室箱梁 , 箱体外形和梁高与钢梁一致 。全 桥共有斜拉索 112根 , 斜拉索采用热挤聚乙烯 <7热 镀锌钢丝拉索 , 最大索长 245m , 重 16. 5t 。 斜拉索 在钢梁段索距为 16m ,

7、 在边跨混凝土梁段索距为 8m 。 湛江海湾大桥钢主梁主要采用悬臂拼装法施 工 , 除了主塔附近 0号段和钢 -混凝土结合段采用 满堂支架并用大型浮吊起吊至支架上外 , 其余钢箱 梁采用桥面步履式吊机悬臂拼装施工 。 边跨预应力 混凝土梁采用满堂钢管支架现浇施工 。 2 监控原则与监控工况 2. 1 监控原则斜拉桥施工监测监控最根本的要求是在确保结86桥梁建设 2007年第 3 期 图 1 主桥立面布置构安全施工的前提下 , 要做到主梁线形和内力符合 设计规定的允许误差范围 , 因此 , 考虑 。 , 形和内力 。 , 以 标高控制为主 , 索力控制为辅 。 2. 2 监控工况在各梁段施工中选

8、择合理的施工工序状态作为监控工况 , 不仅对施工进度有直接的影响 , 而且关系 到能否满足施工监控的要求 。本桥标准梁段长 16m , 斜拉索一次张拉到位 , 施工工序为 :吊装匹配定位 焊接 安装斜拉索 吊机松吊钩 斜拉索终拉 前移吊机 。 由于主梁施工经历非对称吊装 对称 吊装 单悬臂吊装 3个阶段 , 对于不同的阶段所选 择的监控工况也有所不同 。在对称吊装阶段 , 要对 主要的监控参数进行识别和修正 , 因此在本阶段对 各个工况都进行监控 , 并把吊机松吊钩的工序提前 到安装斜拉索之前 ; 在非对称吊装和单悬臂吊装阶 段 , 只对吊装匹配定位和斜拉索终拉这 2个工况进 行监控 。 3

9、施工监控计算施工监控计算是斜拉桥施工监控中的重要一 环 , 湛江海湾大桥施工监控计算采用空间杆系 “鱼骨” 模型 , 主塔和主梁采用空间梁单元模拟 , 斜拉索 采用只受拉空间杆单元模拟 。 计算中考虑主塔与边 跨混凝土梁的收缩徐变 、 斜拉索的垂度效应 、 梁柱效 应和结构的大位移效应 。采用倒拆 -正装迭代法 , 在按理想施工过程进行倒拆 -正装迭代确定斜拉索 施工索力和梁段拼装标高后 , 根据实际的施工过程 和荷载分布情况实时进行施工过程仿真分析 , 并根 据实测数据和参数识别结果不断修正计算模型参 数 , 使计算值和实测值之间的偏差达到最小 。温度 、 计算模型的各参数 , 对于斜拉桥主

10、梁标 高 、 索力有不同的影响 , 把握不同参数的影响规律 ,、 。, 以确定 。 4 施工过程现场测量施工现场测量工作主要有 :几何测量 、 索力测 量 、 应力测量和温度场测量 。由于湛江海湾大桥跨 度大 , 主梁轻薄 , 结构相对较柔 , 各参数之间的相互 影响较大 , 为了能从整体上把握结构的当前状态 , 各 项测试都严格在同一施工工况进行 , 并要在温度场 稳定的时段 , 在尽量短的时间内完成 , 因此湛江海湾 大桥各项测试工作均选择在午夜至次日清晨日出前 进行 。 在测试时不允许荷载在桥上移动 。 4. 1 几何测量主塔位移测量包括主塔顺桥向和横桥向 2个方 向的水平位移 。 湛江

11、海湾大桥主塔位移测量采用全站仪法 。主梁线形测量包括主梁标高和主梁轴线测量 。 主梁标高测量采用精密水准仪和铟钢尺 。 每个节段 的前端沿横向设置 3个标高测点 。 主梁轴线测量也 采用全站仪法 , 测量中线点的横桥向坐标 。 4. 2 索力测量湛江海湾大桥索力测量主要采用频率法 13。 湛江海湾大桥主梁每个梁段斜拉索终拉后 , 测量前端 5对斜拉索的索力 , 以检验每个梁段的施工成果 及作为参数识别与调整的依据 。边跨合龙前后 、 中 跨合龙前后均进行全桥索力测量 。 4. 3 应力测量为了确保湛江海湾大桥在施工过程的结构安全 , 及时掌握结构的受力状态 , 在主梁及主塔的共 13个 断面处

12、安装了应变传感器。 在施工过程中 , 采用自动 数据采集系统进行连续监测。 由于混凝土总应变中 包含了一部分的收缩徐变应变 , 因此 , 边跨混凝土主 梁应力测量采用的是一种间接方法 , 即先利用应变传 感器测出混凝土内部总应变 , 后再利用主梁中性轴应96湛江海湾大桥施工监控 徐金勇 , 颜全胜 , 王卫锋 , 韩大建力只与斜拉索水平分力有关这一特点 , 根据实测索力 求出中性轴应力 , 据此校准中性轴的实测应力并识别 徐变系数 , 继而求出主梁上下缘应力 4,5。4. 4 温度场测量温度变化 , 特别是日照温差的变化对斜拉桥结 构内力和线形的影响是非常复杂的 。 混合梁斜拉桥 主跨和边跨分

13、别采用钢和混凝土 2种不同的材料 , 温度的影响更是复杂 。 为了便于施工控制资料的分 析 , 把握温度在结构中的分布规律和随时间的变化 , 在湛江海湾大桥主塔 6、 钢箱梁 、 边跨混凝土梁和斜 拉索中安装了温度传感器 ,5在理论分析与施工过程现场测量的基础上即可 以对大桥的有关参数进行识别 , 为进一步校准理论 计算模型和计算参数提供数据 。 影响主梁标高与索 力的因素主要有主梁节段重量 、 混凝土和钢材的弹 性模量 、 主塔和边跨混凝土的收缩徐变及施工荷载 等 。 其中混凝土和钢材的弹性模量可以通过材料试 验取得 , 混凝土的收缩徐变通过前面介绍的应力测 试工作可以很好地识别出来 。 虽

14、然钢梁段的自重不 像混凝土梁那样存在较大的离散性 , 但由于钢结构 中的辅助构件较多 , 实际自重与设计值仍有一定的 误差 , 需要通过理论识别获取 。6 施工过程标高与索力调整斜拉桥施工过程中各种参数引起的误差主要表 现在索力和标高的偏差上 , 施工控制主要是通过对 主梁标高 (含拼装标高 与索力的调整来实现的 。 6. 1 标高调整栓焊接钢箱梁斜拉桥主梁施工中 , 梁段连接处 转角和悬臂端标高的调整量非常有限 , 基本上只能 按制作时的预拼线形安装 , 无法像混凝土梁那样 , 通 过调整现浇接头来实现 。 而标高误差具有很大的累 积影响效应 , 因此必须及时对主梁标高偏差进行消 除 。 主

15、梁标高的调整包括主梁每节段施工完毕后当 前节段的标高 (简称阶段末标高 的调整以及未施工 梁段拼装标高的调整等 。6. 1. 1 阶段末标高的调整为了确保主梁线形平顺 , 阶段末标高的调整量 必须控制在一个较小的范围之内 , 既要保证主梁各 节段绝对标高的精度 , 也不能让主梁出现明显的折 点 。 在湛江海湾大桥施工监控中的具体做法是 :当 节段的阶段末标高偏差 在 ±50mm 之内时 , 则不 进行调整 , 超过 ±50mm 时则通过调整索力对标 高进行调整 , 同时要保证两节段的偏差的差值 在 ±30mm 之内 。6. 1. 2 拼装标高的调整拼装标高的调整主

16、要考虑以下因素 :阶段末 标高的调整引起的拼装标高的调整 ; 施工荷载变整 ; 。6. 2., 施工中 通过张拉斜拉索来调整与控制结构的内力与位移 。 斜拉索的安装就位是斜拉桥施工中最为关键的工序 之一 , 张拉斜拉索时 , 索力张拉准确与否关系到结构 内力与线形能否达到设计理想状态 , 索力的控制就 显得十分重要 。 湛江海湾大桥索力张拉的控制采用 如下流程 :监控方给出初拉力 , 施工单位据此换 算成千斤顶油压并进行张拉施工 ; 千斤顶达到预 计油压后 , 监控方采用频率法进行复核 ; 以频率 法测量结果为准 , 如果索力超出误差允许范围 , 则调 整拉索锚头外露量的大小 , 使索力达到误

17、差允许范 围 。 由于湛江海湾大桥是双索面斜拉桥 , 主梁宽且 柔 , 在施工张拉时上下游拉索间的相互影响明显 , 索 力传递滞后明显 , 增加了调均上下游索力和调整索 力的难度 。 监控中主要采取以下措施来保证索力控 制的效率和精度 : 采用了高灵敏度加速度计 、 4096点 FF T 、 细化 FF T 3、 索的参数识别 7等技术 手段来提高频率法测量索力的精度 ; 对千斤顶进 行严格标定 , 张拉前认真检查拉索两端的支承条件 ; 保持上下游拉索的张拉速度尽量接近 ; 在张 拉后等待适当的时间后再进行频率法测试 , 或进行 多次测试 。6. 2. 2 多索力调整当主梁施工到一定节段时需要

18、对已施工主梁的 状态进行阶段性评估 。 如主梁标高与理论值相比出 现较大的偏差 , 根据监控原则 , 可以适当调整已施工 斜拉索的索力来消除或减小主梁标高偏差 。 这种调 整必须在详细的计算分析和制定详细的调整方案后 进行 , 确保一次调整成功 , 一旦索力被调乱 , 将会严 重影响工期 。7 监控成果7. 1 主梁合龙精度07桥梁建设 2007年第 3 期湛江海湾大桥边跨合龙段长 8. 4m , 合龙前 (合 龙段起吊前 两端设计高差为 0. 396m , 实测高差分 别为 0. 404m (东岸 和 0. 406m (西岸 。 因此边跨 合龙精度分别为 +8mm 和 +10mm 。湛江海湾

19、大桥中跨合龙段长 11. 2m 。中跨合 龙前东西两岸前端标高差为 1mm , 中 线偏 差 5mm 。 中跨合龙后跨中处标高偏差为 -5mm 。由上可见 , 湛江海湾大桥实现了高精度合龙 , 达 到了设计要求 。 7. 2 中跨合龙后主梁标高 、 索力 中跨合龙后 , -论标高对比见图 23。 ±4, 图 2 桥面铺装前钢主梁实测 -理论标高对比图 3 桥面铺装前东塔实测 -理论索力对比线形平顺 , 没有出现明显的折角 。 索力分布合理 , 索力偏差基本控制在理论索力的 5%以内 。 8 结 语在湛江海湾大桥施工过程中 , 针对整个施工过 程进行了详尽的分析计算 , 同时连续观测大

20、桥在施 工过程的结构响应 , 在此基础上及时准确地识别和 修正相关参数并进行调整 , 通过对索力和标高的调 湛江海湾大桥施 , 。参 考 文 献 :1 戴诗亮 . 随机振动实验技术 M .北京 :清华大学出版社 ,1984.2 吴天毅 . 测试技术与测试信号处理 M .北京 :清华大学出版社 ,1991.3 张阿舟 . 实用振动工程 (3 -振动测量与试验 M .北京 :航空工业出版社 ,1997.4 王卫锋 . PC 斜拉桥的施工监测 (博士学位论文 D .广州 :华南理工大学 ,2000.5 华南理工大学城市建设研究中心 . 广东省西部沿海高速公路崖门大桥施工监控工作总结 R .2002.6 董泽国 , 颜全胜 , 韩大建 . 斜拉桥塔柱温度场测试分析J.广州建筑 ,2006, (2 :32-36.7 王卫锋 , 韩大建 . 斜拉桥的索力测量及其参数识别J.华南理工大学学