大跨度连续梁悬臂施工线形监控技术探究改1

xiaoxiao 2月前 22

大跨度连续梁悬臂施工线形监控技术探究 
宋金晶 
(中铁上海工程局集团建筑工程有限公司,上海) 
 
摘要:随着梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥以及组合体系等大跨度桥梁的不断发展,以及各种施工方法的不断创新,目前我国常用的桥梁施工方法有:满堂支架施工法,顶推施工法、逐跨施工法、简支转连续施工法、悬臂施工法以及转体施工法等。而大跨度桥梁中使用最多的是悬臂施工法,它也是桥梁施工中难度较大的施工工艺。悬臂施工的多跨连续梁当采用不同的施工顺序时,结构体系转换的顺序也相应不同,从而最终的恒载结构内力也不尽相同,导致施工线性可能受到影响。自从出现线性监控技术后,此问题得到了很好地解决,了解和掌握线性监控的技术和结构内力等主要因素,通过施工监测和采取相应的控制措施,使得大跨度桥梁悬臂施工顺利合拢,能够很好地达到设计规范要求。因此,本文将详细介绍大跨度连续梁悬臂施工线形监控技术的相关技术要点。 
关键字:大跨度桥梁;悬臂施工;线性监控技术;控制技术;施工监测 
0.前言 
改革开放以来,我国的大跨度桥梁得到前所未有的发展,各种大跨度连续梁桥得到广泛的应用。其大多数的施工方法多为悬臂施工法,悬臂施工的桥梁在结构形成过程中经历多次的体系转换,其恒载内力的计算必须考虑施工过程分阶段计算,然后叠加得到结构最终的恒载内力。在不同的施工阶段,结构的受力体系、边界条件以及作用的荷载各不相同,因此。准确地确各阶段的计算模型是进行恒载内力计算的前提。同时,在施工过程中还要对桥梁的实际受力反应进行严格的全过程施工监控控制,以保证桥梁的线性准确,确保能顺利合拢。 
1.施工控制影响因素分析 
在悬臂施工过程中,对桥梁内力和线形造成比较大的影响因素主要有如下几个方面。 1.1截面几何参数 
在桥梁施工中,由于测量的不准确可能造成截面几何尺寸误差,就算很小的误差也将直接导致截面特征参数如截面面积、截面惯性矩等的巨大变化,所以在施工控制过程中,需要通过对结构变形和内力的实时监测来对截面特征参数进行动态修正并作误差分析。使截面尺寸符合设计要求。 
1.2材料物理和力学参数 
材料力学参数主要指材料的弹性模量和泊松比等,对于大跨度桥梁的混凝土材料来说,弹模在施工过程中由于施工荷载和施工温差的影响会有一定的波动,因此,在桥梁施工计算中应严格按照实测值进行分析。 
1.3温度及收缩徐变 
温度变化对桥梁结构的内力和变形有极大地影响,会导致其产生温度应力,但桥梁结构中的温度场的影响是很抽象、很复杂的,传统的作法是定时观来尽量减小温度的影响。但这样的工作量很大,监控技术的应用可以大大提高其效率,混凝土收缩徐变与桥梁结构的形成过程有很大的联系,特别是在大跨度混凝土桥梁结构中,混凝土收缩、徐变对结构的内力与变形都有着非常明显的影响。在施工过程中应尽量控制其发生变化。 
1.4荷载参数 
荷载参数主要是指结构构件容重、施工临时荷载和预加力。对于悬臂施工预应力混凝土连续梁,由于容重变化、加模和脱模等原因引起的构件自重变化经常发生而又没有一定的规律。由于不合理的材料堆放引起的施工临时荷载,也会有较大的误差。所以施工过程中应该严格控制荷载参数。 
2.体系转换与施工控制 
如前所述,连续梁或者连续钢构在采用悬臂施工法时,结构体系不断变化,比如,在悬臂浇筑阶段结构是静定T墩,边跨合龙,释放墩梁临时固结后,结构变为单悬臂状态,这种结构受力的体系的过程称为体系转换。在体系转换中有三个关键问题:确定体系转换的顺序;合龙段施工;墩梁临时固结措施的拆除。 
在拆除墩梁临时固结措施过程中,涉及临时固结中约束反力的释放,结构发生变形,因此,在放松墩梁固结时应对称进行,坚持均衡原则,在放松过程中要监测主梁的线性和高程变化,如有异常,应立即停止作业,找出原因,研究对策,确保施工安全。临时固结措施拆除后,主梁落于正式支座上,如需调整支座高程,则应按照高程调整支座的高度,使之满足设计要求。 
大跨度混凝土连续梁的悬臂浇筑施工属于典型的自架设施工方式,施工中受到的影响因素多,为了确保桥梁在施工过程中结构受力和变形始终处于安全范围内,且成桥后主梁的线形符合设计要求,结构受力状态接近设计值,在桥梁施工过程中进行严格的施工过程是必不可少的。如果控制不好,两端悬臂浇筑至合拢,梁底高层误差过大时,会造成合拢施工的困难,并严重影响桥梁结构内力和线形,因此,采用悬臂施工的大跨径连续梁应进行施工控制。 
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线形美观。为了达到上述目的,施工过程中必须对桥梁结构内力和主梁线形进行双控。 
3.监控方法和程序 
运用基于结构有限元法的桥梁专业软件midas/civil建立能反映施工荷载的有限元模型[3],将全桥简化为平面杆系结构进行分析计算,根据设计图反映的桥梁分块方法对全桥模型进行离散,根据悬臂施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为多个结点和多个单元。某个墩设置固定支座,其余墩设置活动支座。然后对该桥进行正装分析,得到各阶段主梁变形状态[4],全桥总体计算模型如下图所示。 
 
施工监控计算模型参数的确定主要参考施工图纸,并结合施工单位提出的主梁施工方案来确定。在主梁施工开始之前进行了施工控制的初步计算,监控方在施工开始初期根据初步计算结果对梁的线型进行控制。恒载:按设计图提供的尺寸,并根据施工现场采集的参数进行必要的修正,考虑结构梁体自重和二期恒载和临时荷载,并考虑了桥面排水坡度的影响;
温度及混凝土收缩、徐变影响:计算中按设计及规范考虑了结构局部温差效应及考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响。      在实际监控中,首先将由设计单位计算确定的各施工阶段的主要测试部位的施工控制目标值输入监控管理系统,然后对施工阶段完成后的现场监测数据进行判别,并对两组数据进行分析,提出施工控制决策所需的信息。同时依据监测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、预测和对下一节段立模标高进行调整,以此来保证合龙段两悬臂标高的相对偏差不大于规定值,同时成桥后桥面线形、结构内力状态符合设计要求。箱梁施工过程监测与控制系统流程。      各节段立模标高按以下公式计算: 
H=H0 fi f挂篮 1/2fp 
  式中:H-待浇梁段主梁前端立模标高;H0-设计标高;fi-本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、移动荷载、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-使用阶段活载作用下产生的最大竖向挠度。[1] 
4.监控实例 
     某公路桥为48.6m 3×64m 48.6m变截面预应力混凝土连续梁,桥梁总宽度为26.5m,分两幅桥建设,中间预留1m后浇湿接头,主桥单幅箱梁为单箱单室截面。主跨支点处梁高4.0m,跨中梁高2.0m,梁底按二次抛物线y=4f(L-x)x/L2变化。箱底宽7.25m,箱顶宽13.25m,箱梁翼缘宽度桥外侧为3.5m,内侧为2.5m,箱梁采用三向预应力混凝土结构。[2]   4.1箱梁应力监控。对于连续梁,主梁在悬浇施工中各截面的应力随工况的不同,同一截面上下缘的应力不断变化。主梁在悬浇过程中可按静定结构考虑控制截面,悬浇完成后结构体系转换,此时应按超静定结构考虑控制截面,在这些截面内布置传感元件,进行应力测试和施工控制。在悬臂施工阶段,主梁最关键截面为0号块悬臂根部处的截面;在合龙后,除0号块悬臂根部处的截面外,跨中合龙段也是关键截面之一。 
传感器采用国内常用的钢弦式应变计,该种传感器具有测试精度高,稳定性好等特点。在钢筋绑扎完毕、混凝土浇筑之前,用铁丝绑扎在主梁的纵向钢筋的上。为了减少混凝土徐变和温度应变的影响,在施工测量上采取加密测量次数、变量分段累计的方法。即在主要荷载变化前后及时测量,因其时间间隔较短,其间的混凝土徐变就比较小,选择日出前梁体温度较均匀时测量,此时不均匀温度场温度应力变量小。计算总应力时,先算出每一工况荷载变化前后的阶段应力(混凝土灌筑前后),然后累计计算出总应力[3]。 结论 
1)施工过程中线形和高程监控对于悬臂浇筑施工安全性具有重要的意义,是保证桥梁建造质量的重要手段;2)通过施工监控,施工工艺参数更具合理性,各节段立模标高的确定更加合理,保证了桥梁结构内力和线形符合设计要求;3)施工监控可以掌握实际结构的真实应力状态,为桥梁的运营和养护提供基础资料。 
参考文献 
[1]向木生,张世飙,张开银等,《大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技术》[Z] [2]周敉,宋一凡,赵小星,《预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的施工控制》[Z] [3]蔡宇鹏,《大跨径桥梁施工控制理论分析》[J],中国水运,2006 
[4]朱华民,《福州三县洲闽江大桥施工监控桥梁建设》[J],桥梁建设,2008 [5]孟祥娟,《现浇钢筋混凝土箱梁桥施工的有关技术》[J],山西建筑,2008 

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