大跨度预应力混凝土斜拉桥采用悬臂浇

题目：大跨度预应力混凝土斜拉桥采用悬臂浇筑法施工时，其施工监测的主要内容和特点大跨度预应力混凝土斜拉桥采用悬臂浇筑法施工时，其施工监测的主要内容和特点摘要：大跨径预应力混凝土斜拉桥以采用密索方式较多,密索的出现实际上也是悬臂施工方法进步的结果。就悬臂浇筑法而言,它是用挂篮(即悬吊模架)从塔柱两侧对称的就地分段浇筑,待每段混凝土养护并张拉加力后,再将挂篮前移,以供浇筑下一个节段之用。但是其中最重要的一点就是施工监测，是必不可少的，它是保证大桥完成其预定功能的最重要的一环。关键字：检测特点；检测内容与方法1.检测特点斜拉桥的一个重要特点是设计与施工高度藕合,所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序、立模标高以及斜拉桥的安装索力等都直接影响成桥的线形与受力,而施工现状与设计的假定总会存在差异,为此,必须在施工中采集需要的数据,通过计算,对浇筑主梁立模标高和斜拉索的安装索力给予调整与控制,以满足设计的要求。施工监测监控是施工控制的核心内容,其目的就是要对成桥目标进行有效控制,修正在施工过程中种种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。2.检测内容与方法2.1索塔变位测量主塔变位测量包括顺桥向和横桥向二个方向变位值的测量。主塔在施工和成桥状态通过斜拉索均承担相当部分的梁体重量。在不平衡荷载和大气温差及日照影响下,均会使主塔产生不同程度的变形。为了不影响主梁的架设施工,必须研究掌握主塔在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。测量方法:主要采用天顶基准法、投影法(或称测小角法)、测距法等三种方法[1][2],所使用的仪器设备为经纬仪和全站仪等。测站点的布置一般选在梁顶面上相应较为适当的位置,观测点的布置可随测试阶段作相应的适时调整,一般设置在塔柱侧壁或顶端部位。测量成果:提供塔柱在日照下随温度变化发生纵横桥向偏移的曲线以及在主梁施工过程塔柱的变化值。2.2梁体线形测量主梁线形测量包括高程测量和中线测量[2]。高程线形测量采用几何水准测量法,测出已施工各节段的节段控制水准点的绝对标高,再根据各节段竣工时测得的与其梁底的高差,推算出相应节段的梁底标高。为消除日照温差引起梁体的不规则变化,线形测量应选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行,测量工作持续的时间越短越好。随着液体静力水准量仪的改进和自动化程度的提高,在主梁坡度较小的情况下,可以在每个挠度测点上安置一台液体静力水准仪的观测头,并将它们用软管连接起来。在试验准备期间,将观测头调整在大致相同的高程面上。当观测头和软管内充满液体时,即可根据观测头中液面状态及其变化测定观测点的高程和变化量。该方法不仅可求得主梁在观测时的瞬时高程和挠度状态,而且还可以进行连续跟踪观测,这一点对于成桥状态的荷载试验显得更为重要。中线测量是观测已施工节段的中线点相对于桥轴线的偏距。由于梁体受混凝土徐变和现浇段超重以及施工偏差、塔柱扭转等因素的影响,容易造成梁体产生局部变形或引起整个梁体偏离桥梁中心线。为了保证边、中跨按设计中线正确合龙,必须控制主梁中线偏差值,一般不应偏离上下游各1cm。中线测量的一般方法是将经纬仪安置在O号块主梁中心点上,以另一墩主梁中心线后视点定向。对于与后视方向同侧的主梁中线测量,可采用视准线法直接利用小钢尺测量每一块主梁中心点的偏离值,对于与后视方向异侧的主梁中线测量,则采用正、倒镜观测法,依次测量每一块主梁中心点的偏离值,最后取两次结果的平均值作为该块主梁中心点的偏离值。后者也可采用正倒镜观测确定最前端一次读取每一块主梁的中心点的偏离值。中线测量观测时间应与高程线形测量同步。高程测量和中线测量的测点一般均布置在梁顶面上。观测点断面间距应根据主梁长度确定。一般情况下在梁体应力、温度测量断面必须设点,其它部位可酌情确定。测量结果:提供主梁在各施工阶段的高程实测值和中线实测值;提供主梁线形随温度变化的曲线,以随时掌握主梁温度变形的影响。2.3索力测量拉索索力的准确与否直接关系到主梁的线形,乃至施工安全。因此,在施工中必须确保索力测试结果正确可靠。索力测量一般采用脉动法(或称频普分析法),利用附着在拉索上的高灵敏度传感器拾取拉索在环境振动激励下的振动信号,经过滤波、放大和频谱分析,再根据频谱图来确定拉索的自振频率,然后根据自振频率与索力的关系确定索力。考虑到拉索弯曲刚度的影响,应进行测量前的标定工作,并在测量中加以修正。索力换算不仅要符合基频,并且要用前3-4阶频率作验证。索力测试内容包括:施工挂篮挂索张拉后、每悬拼或悬浇一个节段后、体系转换张拉拉索时邻近的4-5对索、中间调索和全桥合龙调索时全部拉索的索力。测量结果:提供各测试阶段的索力值以及关键索力随温度变化的曲线。2.4温度测试温度变化,特别是日照温差的变化,对于斜拉桥结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段日照温差对主梁挠度和塔柱水平位移的影响尤其显著[1]。温度的影响总体上可分为二种。一是昼夜温差,二是季节温差。前者是指太阳每日的起落对桥梁各部位的日照变化在混凝土结构内形成由表及里且深度一般不超过4Ocm浅层温度梯度,使混凝土产生非均匀变形;后者则是由于长期的昼夜变化,使混凝土结构产生基本均匀的伸长和缩短。现代混凝土斜拉桥的主梁和拉索的刚度相对于空心箱形混凝土塔身刚度而言是较小的,主梁的抗弯刚度几乎只有塔身的1/90-1/25。再加之斜拉索又细又长,对温度变化十分敏感,容易掩盖主梁因昼夜温差产生的变形。季节性温差则使塔、梁、索产生均匀伸缩。总之,温度引起的主梁变形因悬臂长度增加而增加,但是,如果想从挠度实测值中分离出因温度影响引起的变形,则相当困难。因此,选择测量工作时间至关重要,宜在一天中日照温差对结构变形影响最小的时候进行测量,理所当然,清晨便是最佳选择。为了便于施工控制资料的分析,尚应测量出较有代表性的某一天或同天24h内结构温度变化情况。结合塔柱偏移和主梁线形测量结果,总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变形规律。温度测量元件一般选用性能优良的热敏电阻。根据电阴与温度的标定曲线,由测定的电阻值推算温度值。主梁和塔柱的温度测试断面一般与应力测量断面相同,也便于计算分析。索温测量的一般方法是制造一段同实索等粗的长约1.5m的试验索,在其中心和内部以及外表对称布置测点,吊挂于施工现场实索部位,以承受同样的大气环境条件。对其它实索,每种型号选择1-2根,在其表面布设测点,测得表面温差,对照试验短索的测量结果,确定实索的内外温差。测量结果:提供索、塔、梁各测试断面温度短期变化曲线和季节性温差变化曲线;对于斜拉索,尚应提供索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。2.5应力测试斜拉桥应力监控测量包括梁的安装应力监测和塔的施工应力监测两大类。主要目的是了解梁塔控制截面的应力状况,并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断,确保结构施工安全。施工应力测试是一项长期的现场观测,经过长期的大量的现场观测实践,发现针对钢梁的安装应力测试,采用手持式应变计相对比较可靠。针对混凝土梁则选用钢弦式应变计,并用无应力计加以补偿,测试结果较好,可以满足施工监控的要求。施工应力测试影响因素相当复杂,荷载作用引起的弹性应变之外,还有与收缩、徐变、温度等因素有关的应变。对混凝土梁,在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计,补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由温度应变。并且在测试工艺上采取有效措施,使混凝土徐变和温差产生的应变减少到最低限度,或根据测量时的龄期、环境温度状态进行修正,这样,基本上可以达到施工监控的目的。施工应力测试截面一般由设计院根据施工计算的控制截面确定。原则上应包含以下几个方面:安装阶段的最大正、负弯矩截面,成桥状态的最大正、负弯矩截面,主塔及其横梁的应力控制截面以及设计院从设计角度考虑的其它控制截面。由于施工应力测试成本相当高,为了既能满足施工监控的要求,又不至于投入多余的财力,一般情况下梁体应力监测断面可选择6-10个,主塔应力测试截面可选择4-6个。混凝土梁施工应力测点一般是测试截面的法向应力,对于箱梁截面应在顶板和底板上布设测点,对于边主梁结构应在主梁上下边缘处布设测点,方向与截面法向一致。在主横梁中部,宜布设横桥向应力测点。对钢箱梁和钢析梁结构,可选择控制部位和控制件、连接部位等制作手持式应变计测点并读取初始读数的钢构件温度及环境,结合温度补偿测点的数值,以便正式测量时参照修正。应力测量结果:包括各施工状态下监测截面的应力值,塔柱监测截面的应力值以及成桥状态下各监测截面的恒载应力水平。2.6施工控制方法斜拉桥的施工控制方法目前可以归纳为三类:开环控制、反馈控制和自适应控制[1][3][4]。斜拉桥施工的开环控制:对于较简单的斜拉桥,一般都是在设计中估计结构的恒载和活载,由此计算出结构的预拱度,在施工过程中只要按照这个预拱度来施工,施工完成后的结构就基本上能达到设计所要求的线形和内力。这就是所谓的开环控制。因为施工过程中的控制量,如预拱度、块件重量、预应力等是单向决定的,并不需要根据结构的反应来改变。对于早期的斜拉桥施工,从理论成桥状态通过施工过程的倒退分析,求得每个施工阶段主梁的位置和索力。在施工过程中只要按这样的位置和索力进行安装,理论上即可达到理想的成桥状态,这也是一个施工开环控制过程。在各部件的制造和安装精度很高,且对结构的力学特性完全掌握的情况下,这种方法是可行的、方便的。斜拉桥施工的反馈控制:当斜拉桥在施工过程中,出现施工状态偏离理想的设计状态下,如不加以调整,就会造成结构的线形和内力远远偏离设计成桥状态,甚至危及安全。对于预应力混凝土斜拉桥,其施工中的精度保证相对较低,且设计计算中所采用的各项参数与现场材料的参数存在一定的差距,因此预应力混凝土斜拉桥的施工控制难度较大。反馈控制就是通过施工控制量的实测数据,进行计算,得出调整量,纠正偏差,控制流程详见图3-2。斜拉桥施工的自适应控制:对于预应力混凝土斜拉桥,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有限元计算模型中的计算参数取值,并且主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数的取用等与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量,必须在根据施工中实测到的结构反应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。在闭环反馈控制的基础上,再加上一个系统参数识别过程,整个控制系统就成为自适应控制系统。当结构测量的受力状态与模型计算结果不相符时,把误差输入到参数识别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的结果相一致。得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态,按反馈控制方法对结构进行控制。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。由于斜拉桥均采用悬臂拼装或悬臂浇注的施工方法,主梁在塔根部的相对线刚度较大,变形较小,因此,在控制初期,参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小,这对于上述自适应控制思路的应用非常有利。经过几个节段的施工后,计算参数已得到修正,为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好条件。参数误差识别过程是自适应控制的关键,其任务就是根据对控制目标(如索力、标高、塔的变位和结构应力的)的测量值与计算值之间的误差反算施工过程模拟计算中选用的参数,如混凝土的弹性模量、主梁自重集度、挂篮刚度、徐变系数等。目前参数识别的算法有二类:一类是基于误差最小化的算法,如最小二乘法等;另一类则是基于随机状态估计理论的算法,如推广的卡尔曼滤波法等。施工控制的原则是在满足结构受力要求和线形要求的基础上通过调控手段进行调控以保证成桥目标的实现。反映斜拉桥受力的因素应包括主梁、塔(墩)和索的三大部分的截面内力(或应力)。通常起控制作用的是主梁的上下缘正应力。在恒载已定的情况下,成桥索力是影响主梁正应力的主要因素,成桥索力小的变化都会对其生产较大影响。而主梁的应力与主梁截面轴力和弯矩有关,因为轴力的影响较小且变化不大,所以弯矩是主梁的中起控制作用的因素。塔的情况与梁类似,只是索力对塔的影响没有梁那么敏感,塔中应力通常容易得到满足。索力要满足最大最小索力要求:最大索力要求即钢丝强度要求;最小索力要求即拉索垂要求。线形主要是主梁的标高。成桥后(通常是长期变形稳定后)主梁的标高要满足设计标高的要求。对于主梁和塔(墩)内力(或应力)的调整,最直接的手段是调整索力。由于索力较小的变化就会在主梁中引起较