大跨度预应力混凝土连续箱梁施工监控方案研究

1、大跨度预应力混凝土连续箱梁施工监控方案研究【摘要】预应力混凝土连续梁桥采用悬臂浇注法施工，施工中存在难以防止的误差，需要进展桥梁施工监测与控制。以大跨度变截面预应力混凝土连续箱梁桥为背景，介绍了预应力混凝土连续梁桥施工监控的目的、内容、施工监控细那么和施工误差调整策略，为大跨度预应力连续梁桥的平安施工和合理成桥状态提供技术指导根据。【关键词】预应力混凝土连续梁，施工监控，应力监控，挠度监控【Abstrat】Itisdiffiulttaviderrrsduringthenstrutinfprestressedntinuusnretebridgeiththeethdfantileverasting

2、.Thuseneedtnitrandntrlbridgenstrutin.Inthisartile,iththebakgrundfthenstrutinfalarge-spanprestressednretentinuusvaryingsetinbxgirderbridge,intrduedthepurpses,ntents,detailsfnstrutinnitringandthestrategiestadjustthenstrutinerrrfthenstrutinnitring，andprvidedthetehnialguidanefrnstrutingbridgesafelyandpl

3、etingthebridgeinareasnablestate.【Keyrds】Prestressedntinuusnretebea；nstrutinnitring；Stressnitring；Defletinnitring变截面预应力混凝土连续箱梁桥作为一种构造刚度大、跨越才能大的桥型，在桥梁建立中具有广泛的开展前景。连续梁的分段悬臂浇筑法是目前国内外大跨径预应力混凝土桥梁的主要施工方法，但在施工过程中的诸多因素如:混凝土弹性模量，浇筑主梁混凝土超方量及单T两侧重量不平衡，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮的变形特征，构造体系转换和合龙等都会影响桥梁构造线形及内力方面与设计出现偏向。当

4、上述因素与设计不符，而且不能及时识别引起控制目的偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差积累1。因此，需要对挂篮悬臂浇筑施工过程进展监控，制定有效合理的施工监控方案一方面可确保桥梁构造在施工及成桥后受力合理，以使得桥梁构造的成桥线形到达设计状态和要求；另一方面可确保悬臂浇筑施工过程中构造的稳定和平安，以使得整个施工过程平安顺利的进展。1.工程概况某主线桥平面位于R=700圆曲线上，主桥采用45+280+45四跨变截面预应力混凝土连续箱梁构造，上部箱梁采用单箱双室截面，变高梁段箱梁底板上下缘均为1.8次抛物线。箱梁顶宽16.5，底宽9.1，根部梁高4.8，跨中

5、2.3，腹板厚4060，墩顶处箱梁顶板厚60，其余处箱梁顶板厚28，底板为2555，采用挂篮悬臂浇筑法施工。2.施工监控内容大跨桥梁施工控制是一项系统工程，详细而言就是对桥梁上部构造悬臂浇注施工的过程进展应力、变形及稳定性等的监测与控制，其施工监控工作详细包括：1对桥梁设计的进一步分析复核，确保桥梁施工过程及成桥状态的受力与变形符合现行标准要求；2在上部构造正式施工前，对施工组织进展详细审查，对施工方案的平安性进展分析，特别是对挂篮悬浇、施工支架及墩梁固结设施等的复核与平安性分析；3大跨度桥梁的施工均采用分阶段逐步完成的施工方法，为到达成桥的线形和受力状态，需确定与设计成桥状态相应的合理施工初

6、始状态。4对施工过程的构造变形、应力及稳定性进展监测，确保施工过程构造受力及几何形态处于受控状态。3.施工监控细那么3.1桥梁构造复核。对挂篮悬臂浇注施工的预应力混凝土连续箱梁构造，需要进展以下几个方面的根底性分析计算，以确保施工过程平安及施工控制参数的准确性。1施工过程构造应力验算；2成桥正常使用状态下构造应力及变形验算；3成桥极限承载状态下构造强度验算；4施工过程桥梁变形分析，以确定设计预拱度。3.2预拱度设置。对于悬臂浇注施工的预应力混凝土桥梁，其线形调整主要是通过设置合理的预拱度来实现的。因此，线形控制的关键在于分析预拱度的组成以及确定各组成的取值。预拱度控制主梁悬浇段的各节段立模标高

7、可按下式确定:Hi=H0+fi+f挂篮+1/2fp1式中:Hi待浇筑段主梁底板前端立模标高；H0该点设计标高；fi该施工阶段及以后各施工阶段对该点挠度影响值，该值包括恒载、挪动荷载、徐变、体系转化、预加应力等影响；f挂篮本节段的挂篮变形值，由加载试验提供；fp活载作用下产生的挠度。上述各参数在有限元分析根底上，根据实测信息，对计算预拱度进展调整和预测，确定最正确预拱度2,3。3.3线形监控。通过对悬臂浇筑挂篮变形及主梁线形进展监测，可以掌握悬臂浇筑挂篮体系的变形情况，从变形上来判断挂篮构造的工作性能及平安状况；可检查施工好的混凝土主梁的线形同设计目的线形间的差异情况；还可积累混凝土梁施工过程中

8、悬臂浇筑挂篮的变形资料和混凝土主梁的变形资料，为下阶段主梁预拱度的设置提供参考，为线形控制效劳。因此需进展的监测工程主要包括：挂篮构造、混凝土主梁标高、混凝土主梁中线。3.3.1线形测点布置及方法。为进展线形监测与控制，需要选择适宜的测量控制点，并在模板、混凝土梁段及挂篮的关键位置设置观测点。采用几何水准方法水准仪水准尺对悬臂浇筑过程各测点的变形情况进展监测，根据标高的变化情况，来推算挂篮和混凝土主梁的变形。测量时应避开温差较大的时段。悬臂浇注正式施工前，应首先确定统一的变形监测网，变形监测基准点埋设在稳定的地方。根据地面基准点，再将基准点引至每一墩顶箱梁0号块底板与顶板。底板作为立模高程控制

9、点，顶板作为挠度监测工作点，并做好明显的红色标识。悬臂浇注施工过程中，一般在底模板前端选3个特征位置，以控制施工立模误差。为了进展悬臂浇筑挂篮在混凝土自重作用下的变形测量，需要对主桁架、底篮及行走滑道的标高进展测量。在主桁架前吊杆上锚固位置、底篮前吊杆下锚固位置及行走滑道的前、中、后位置布置变形测点，横向与两主桁架的位置相对应。对于各施工节段，沿纵向，在各施工节段悬臂前端及0号块中间、前端设置测点；沿横向，在腹板顶板相交处、顶板中部设置测点。各测点采用约30长的短钢筋，要求钢筋头露出浇注好的桥面约23，并要求将露出桥面局部均用油漆涂成红色并编号。悬臂浇筑挂篮施工混凝土桥梁的线形如图2所示。图2

10、悬浇施工混凝土主梁线形测点布置示意图3.3.2线形测量工况。在采用挂篮进展各孔悬浇施工时，从线形控制的角度出发，共设置了如下的测量工况(1)立模后；(2)钢筋绑扎后；(3)混凝土浇筑后；(4)预应力张拉前；(5)预应力张拉后；(6)脱模后；(7)挂篮行走后。3.4主梁截面应力监测。为了掌握挂篮悬臂浇筑施工混凝土箱梁的应力随施工过程的变化情况及确保混凝土箱梁受力的平安性和合理性，有必要对挂篮悬臂浇筑施工混凝土箱梁的应力进展监测与控制。3.4.1应力监测方法。采用钢弦式应力计对混凝土桥梁构造的应力进展测试，通过测量测点应变换算应力值。对于钢弦式应力计，是利用传感器内腔中钢弦频率的变化来反映被测物体

11、的应变。钢弦式应力计的输出信号为钢弦的振动频率，其与应变的关系如式2。f=12l=12lE2对于混凝土构造，采用钢弦式应力计测得的是总应变，其包括了非应力应变成分，要得到被测位置的真实应力，必须准确扣除非应力应变。而非应力应变又因测量对象及测量位置的不同而异。其应力测量的计算公式如下：=E(T-)3式中：荷载作用下被测构造测点的应力；E被测构造材料的弹性模量；T应力计直接测得的应变；各非应力应变成分的总和。对于埋入混凝土中与粘贴在混凝土外表的应力计而言，的组成可分别由表达式4、5给出：=+s+t=+s+t4=tt5式中：t温度变化引起的材料变形量；钢材的线膨胀系数；t温度变化量；、s分别为混凝

12、土徐变和收缩引起的非应力应变成分。在采用钢弦式仪器进展构造的应力测试中，需要特别注意的是温度对测试结果的影响，在应力计算时须将温变引起的自由应变予以扣除。因此，从温度对钢弦式仪器进展应力测试影响的角度考虑，每个钢弦式应力计都必须配置一个温度传感器。对于采用埋入钢弦式应力计进展混凝土构造应力测量，其测量精度还受到混凝土徐变和收缩引起的非应力应变成分等的影响，须采取相应措施对该非应力应变成分进展剔除，目前通常是在应力计附近埋置无应力计进展应力补偿。本应力监测将在目前测试技术根底上，通过增加测量次数，即在各关键工况前后分别测量应变值，通过计算增量的方法减少混凝土收缩、徐变对应力测试真值的影响。3.4

13、.2应力测点布置。为了掌握桥梁构造在施工过程中的实际应力状态，须对主梁的关键受力截面进展应力监测。对于主梁，一般选择悬臂根部、1/4L、1/2L处截面作为应力监测截面。其中，主梁悬臂根部截面是施工过程应力监测的重点截面，必不可少。从技术、经济角度考虑，选择其中的一个T构，对悬臂根部、1/4L、1/2L处截面进展全面的应力监测，对其它T构关键截面选取应力较大测点进展应力监测。应力测试截面测点布置如图3所示。3.4.3应力测试工况在施工过程中选择各节段混凝土浇筑完毕、预应力张拉完毕、挂篮前移到位以及各合拢段浇筑前后、合拢段预应力张拉后、上二期荷载前后等作为应力测试工况。同时要求每隔一段时间定期测量

14、半年内每两月一次，半年到一年之间3个月一次。应力测试工作最好在温度较为恒定时进展，同时须进展温度的测试。3.5主梁温度监测。温度是影响主梁挠度的最主要因素之一，温度变化包括日温度变化和季节变化两局部，日温度变化比拟复杂，尤其是日照作用，季节温差对主梁的挠度影响比拟简单，其变化是均匀的。因此为了摸清箱梁截面内外温差和温度在截面上的分布情况，在梁体上布置温度观测点进展观测，以获得准确的温度变化规律。3.5.1测量方法。采用经封装的热敏电阻作为监测传感器，用自动采集单元进展温度场测试数据采集，采样间隔将根据温度场的变化速率进展设置。如对混凝土水化热的测量，可按15分钟采样一次，而对混凝土构造大气温度

15、效应的测量可半小时一次。3.5.2温度测点布置。该桥主梁截面形式为单箱双室，其施工过程及成桥运营期间的温度效应往往较为明显，对构造的受力和变形影响较大，从把握构造受力及控制桥梁线形的角度，有必要选取一典型主梁截面d-d布设温度传感器，用自动采集单元进展主梁温度场的监测，其测点布置如图4所示。为了保证测量结果的可靠性，在相应位置设置一辅助测试截面a-a，其测点布置与主测试截面一样，即共设置两个温度场测试截面，每个截面布置35个温度测点。3.6施工误差调整策略3.6.1施工监控方法。大跨度桥梁的施工均采用分阶段逐步完成的施工方法，在主梁各节段施工过程中，构造的实际状态并不总是与其理想吻合。桥梁构造

16、的实际施工状态与理想施工状态总是存在着一定的误差，即理论预测存在误差。桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态相吻合。要实现实际与预测相吻合，就必须全面理解可能使施工状态偏离理论设计状态的所有因素，以便对施工过程进展有效控制。自适应施工控制方法是目前最常用、最先进的施工控制方法。自适应控制是在反应控制的根底上，加上一个误差识别过程。当构造的实测状态与理论状态不相符时，分析误差产生的原因，根据该原因重新调整计算，使模型的输出结果与实测结果相一致。自适应控制是一个预告-施工-量测-计算-参数识别-分析-修正-预告的循环过程。即在施工过程中，比拟构造测量的受力状态与模型计算结果

17、，根据两者的误差进展参数调整识别，使模型的输出结果与实际测量的结果相一致。利用修正的计算模型参数，重新计算各施工阶段的理想状态，按反应控制方法对构造进展控制。这样，经过几个工况的反复识别后，计算模型就根本上与实际构造相一致了，在此根底上可以对施工状态进展更好的控制。3.6.2施工误差调整。引起理论预测误差的原因是多方面的，归纳起来主要有以下几个方面：构造参数误差、施工误差、施工监测误差、构造分析模型误差及温度变化不一致等。构造参数是施工控制中进展构造施工模拟分析的根本资料，它主要包括构件截面尺寸、材料弹性模量、容重、收缩徐变系数、热膨胀系数、施工荷载、预加应力等4，其正确性直接影响分析的结果。

18、实际研究说明，模型误差及设计参数误差是引起大跨度桥梁施工控制的误差主要因素之一。基于自适应的控制方法，对大跨度预应力混凝土桥梁悬浇施工过程中的预测误差调整，采取如下策略：(1)采用准确模型进展施工过程的模拟仿真分析，以尽量较小模型误差；(2)比拟实测值与理论预测值，假设两种误差在允许范围内，那么按原预测值继续下一节段的施工，否那么进展第(3)步工作；(3)进一步分析误差的原因，特别对实际的设计参数进展识别，采用较为准确的设计参数进展构造分析，据此确定下一节段的立模标高等施工参数，对今后的施工状态进展预测。4.结语施工监控在大跨度预应力混凝土连续梁桥的建立中是必须的，是一项技术系统工程，施工监控的工程组织应和工程的施工组织方案协同