施工线形监控范文（精选7篇）
施工线形监控 第1篇
西安至宝鸡客运专线 (60+100+60) m连续梁采用悬臂施工, 梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面, 主墩墩顶4.0m范围内梁高相等, 梁高7.85m, 跨中及边跨现浇段梁高4.85m, 梁底曲线为二次抛物线, 箱梁顶宽12.2m, 底宽6.7m。1#～13#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。全桥共有3个合拢段, 合拢段长度均为2.0m, 悬臂施工分为13个节段, 设计图纸要求严格对称施工, 桥梁总体布置如图1所示。设计标准为:1) 铁路等级:客运专线;2) 双线铁路桥, 位于直线及曲线上, 线间距5.0m, 最小曲线半径R=7000m; (3) 设计速度:适用于350km/h及以上铁路;4) 设计活载:列车竖向荷载采用ZK活载;5) 桥面二期恒载:150kN/m;6) 主体结构设计使用年限100年。
2 施工监控的原则和方法
该 (60+100+60) m预应力混凝土连续梁桥采用挂篮悬臂现浇施工。桥梁的悬臂现浇施工, 因其施工工序和施工阶段较多, 各阶段相互影响, 而且这种相互影响又存在差异, 这就造成各阶段的位移随着混凝土浇筑过程不断变化而出现偏离设计值的现象, 甚至可能会出现超过设计允许的位移。若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整, 就势必出现成桥状态的线形不符合设计要求的情况。
悬臂施工属于典型的自架设施工方法, 由于预应力混凝土连续梁桥在施工过程中的已建成结构 (悬臂阶段) 状态是无法事后调整的, 所以, 针对该 (60+100+60) m预应力混凝土连续梁桥的结构和施工特点, 该桥的施工监控主要采用预测控制法。
预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后, 对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行分析预测, 使施工沿着预定的状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在, 某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑。以此循环, 直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。
3 施工控制的计算方法
桥梁结构从悬臂浇筑施工到最终成桥需经历一个复杂施工过程以及结构体系的转化过程。对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析, 是桥梁结构施工控制中最基本的内容。为达到施工控制的目的, 就需要对桥梁施工过程中每个阶段的变形情况进行预测和监控, 采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该 (60+100+60) m预应力混凝土连续梁桥的实际情况, 采用正装分析法进行施工控制结构分析, 并用倒退分析进行计算各阶段梁体的理论状态。
4 施工控制分析的步骤
1) 施工监控首先要根据施工图纸进行初步的计算, 在正常的施工过程中会存在许多难以预料的因素, 会出现施工进度安排等与初始计算不符的情况, 若出现此情况应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析。
2) 按照施工步骤进行计算。分别考虑梁段的自重、施加的预应力和混凝土收缩、徐变以及温度的变化等因素对结构的影响。对于混凝土的收缩、徐变等在各施工阶段中逐步计入。
3) 每一阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础。前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础。之前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础。之前各施工阶段结构受力状态是本阶段时效的计算基础。
4) 计算出各阶段的位移之后, 根据后续施工阶段对本阶段的影响, 进行倒退分析即可得到各阶段桥梁结构的合理状态和立模标高。
5 计算模型与理论值
5.1 计算模型
采用有限元方法计算结构在自重、预应力、施工荷载等作用下每一施工阶段中结构的位移, 给出理论立模标高以指导实际施工。首先建立连续梁桥的有限元计算模型, 由于连续梁悬臂浇注施工的阶段性, 按照每一个施工梁段划分单元, 模型里的每一个单元和实际施工中的浇筑号段严格对应。根据设计图纸反映的内容, 对全桥总体结构建立能反映施工荷载的有限元模型, 对该桥进行了正装分析, 得到各阶段主梁变形状态。计算模型中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6 0个结点和5 9个单元。计算模型如图2所示。采用桥梁博士软件进行施工模拟分析, 考虑混凝土收缩徐变的时间依存性参数等;按照实际的施工顺序, 模拟结构的形成、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变等对结构变形的影响。计算结果输出每一个施工阶段中结构的位移和内力。在实际施工控制中作为理论值和实测值进行比对, 发现误差较大及时进行调整, 使施工过程得以有效的控制。
图2为成桥阶段模型, 2#墩设置固定支座, 其余墩设置活动支座。图2中示出了预应力钢束。
5.2 成桥阶段累计位移
为了对比不同的合拢顺序下, 梁体的累积位移, 计算了如下两种方案:1) 先中后边:即先合拢中跨, 张拉中跨顶板和底板预应力束, 再合拢边跨, 张拉所有剩余预应力束;2) 先边后中:即先合拢边跨, 张拉边跨顶板和底板预应力束, 再合拢中跨, 张拉所有剩余预应力束。不同合拢方案时该 (60+100+60) m预应力混凝土连续梁成桥阶段累计位移和ZK活载 (双线) 作用下箱梁向下的位移见表1。
5.3 立模标高计算
在主梁的悬臂浇筑过程中, 梁段立模标高的合理确定, 是关系到主梁线型是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际, 而且加以正确的控制, 则最终桥面线型较为良好。施工中的关键技术是设计参数的识别、调整并准确确定各阶段的立模高程, 立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高, 一般要设置一定的预拱度, 以抵消施工中产生的各种变形 (竖向挠度) 。
立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高, 一般要设置一定的预拱度, 以抵消施工中产生的各种变形 (竖向挠度) 。其计算公式如下:
Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgl
式中:Hlmi——i阶段立模标高;
Hsji——i阶段设计标高;
∑f1i——由本阶段及后续施工阶段梁段自重在i阶段产生的挠度总和;
∑f2i——由张拉本阶段及后续施工阶预应力在i阶段引起的挠度;
f3i——混凝土收缩、徐变在i阶段引起的挠度;
f4i——施工临时荷载在i阶段引起的挠度;
f5i——取使用荷载在i阶段引起的挠度的50%;
fgl——挂篮变形值。
其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑, ∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。根据上述计算式和监控分析, 可以计算出各梁段的预拱度。
5.4 不同合拢方式对预拱度的影响
分析成桥阶段累积位移数据, 先边跨合拢方案成桥阶段累积位移远小于先中跨合拢方案的成桥累积位移。由表1可以看出, 先边跨合拢时成桥阶段累积位移, 中跨合拢段最大累积位移向下12.1mm, 边跨合拢段最大累积位移向下2.4mm;先中跨合拢时成桥阶段累积位移, 中跨合拢段最大累积位移向上62.00mm, 边跨合拢段最大累积位移向下130.7mm。合拢顺序对本桥成桥阶段累积位移影响较大, 采用不同的合拢方式, 中跨合拢段累积位移相差64.4mm, 边跨合拢段累积位移相差128.3mm。先中跨合拢后边跨合拢的方式, 在边跨合拢段和中跨合拢段所给的预拱度值都较大, 较容易产生不稳定因素, 导致合拢精度不高, 成桥线形偏离设计较多。
6 线形测量
桥梁的线形监控是预应力混凝土连续梁施工监控中的一项非常重要的内容。线形控制就是严格控制每一阶段箱梁的竖向挠度, 若有偏差并且偏差较大时, 就必须立即进行误差分析并确定调整方法, 为下一阶段更为精确的施工做好准备工作, 以保证桥梁的线形满足设计要求。
挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据。在整个施工过程中主要观测内容包括如下:1) 混凝土浇筑前的高程测量;2) 混凝土浇筑后、预应力张拉前的高程测量;3) 预应力张拉后、挂篮行走前的高程测量;4) 挂篮行走后的高程测量;5) 拆除挂篮后、边 (中) 跨合拢前的高程测量;6) 最终成桥后的高程测试。
7 结束语
对于分节段悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥来说, 施工控制的目的就是根据施工监测所得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的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调节, 以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两端悬臂端标高的相对偏差不大于规定值, 以及确保施工过程中结构的可靠度和安全性, 保证桥梁成桥线形符合设计要求。
大跨度连续梁桥悬臂施工不同的合拢顺序对梁体预拱度的设置相差较大, 虽然, 在跨越既有线时, 先中跨合拢方案, 可较早拆除防护棚架以保证既有线安全畅通, 但梁体累积位移较大, 在边跨合拢段和中跨合拢段所给的预拱度值都较大, 对线性控制工作的要求也较高, 容易导致合拢精度不高, 成桥线形偏离设计较多。而先边跨合拢方案, 梁体变形较小, 对线性控制有利, 应优先采用。本文对合拢方案的分析得出对施工安全和桥梁线形保证有意义的结果, 对类似桥型的工程施工有参考价值, 值得在工程中继续推广研究。
摘要：介绍了大跨度预应力混凝土连续梁挂篮悬臂浇筑法施工时梁体的线形监控, 利用数值模拟的方法, 分别计算出了本桥在恒载作用下的累积位移、活载位移, 给出了梁体的预拱度, 通过误差分析和施工状态预测对计算模型进行修正, 以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两端标高的相对偏差不大于规定值, 保证桥梁成桥线形符合设计要求。考虑了合拢顺序对施工阶段变形产生的影响, 相应优化了合拢方案, 为类似连续梁合拢施工方案的选择提供了参考。
关键词：悬臂施工,数值模拟,预拱度,线形监控,合拢顺序
参考文献
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[3]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[4]钟正强, 陈常松, 颜东煌.连续梁桥台拢方案对施工控制的影响[J].长沙交通学院学报, 2002, 21 (8) :41-44.
施工线形监控 第2篇
桥梁施工监测与控制是桥梁施工技术的重要组成部分。它以设计成桥为实现目标, 在整个施工过程中, 通过监测获得桥梁结构实际状态与理想状态的差异。运用现代控制理论对误差进行识别、调整、预测, 保证桥梁结构安全, 满足设计和施工规范要求[1]。
连续刚构桥是一种多次超静定结构体系, 施工过程中各种复杂的因素都有可能引起结构的几何形状及内力状况的改变。使桥梁结构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态, 造成桥梁难以顺利合拢, 或使成桥梁线形状态与设计要求不符。所以通过对桥梁结构的施工控制, 对关键部位进行实时监测, 根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应的调整, 使其结构在施工中的实际位置状态与预期状态之间的误差在容许范围和成桥线形状态符合设计要求[2]。
施工过程的监控还有一个重要作用, 即为今后桥梁结构状况的检查、维护和长期健康监测提供可靠的资料。
1 工程概况
绥江官步大桥位于广贺高速怀集至三水段, 主桥由左、右幅两座分离式桥梁组成。大桥上部结构为跨径40m+70m+40m的预应力混凝土连续刚构, 全长150m (如图1所示) 。平面大部分位于直线上, 小部分位于L匝道的A=85m缓和曲线和R匝道的A=100m缓和曲线上;纵断面位于i=-2.4%的直线段内。每幅桥箱梁采用单箱单室断面, 箱梁顶板宽10.25m, 底板宽5.3m, 箱梁顶面设2%单向横坡。墩顶处箱梁高度为4.0m, 各跨中以及现浇梁段高度均为2.0m, 箱梁高度按二次抛物线变化;箱梁顶板厚为28cm, 箱梁底板根部厚为58.4cm, 跨中为28cm, 箱梁底板厚度也按二次抛物线变化 (如图所示) 。
2线形控制
线形控制是大桥施工监控工作中的关键部分, 线形控制的好坏关系到大桥能否顺利合龙, 成桥后能否达到期望的目标线形[3]。尽管在设计时已考虑施工中可能出现的情况, 但是由于施工中出现的诸多因素影响, 事先难以正确估计, 而且在实际施工过程中产生的误差, 使结构的设计值难以做到与实际测量值完全一致。如不能及时地加以识别和处理, 有可能发生积聚而超出设计安全状态发生施工事故。
2.1仿真计算分析
预应力连续刚构桥的施工, 要经历比较多的施工工况及结构体系转换过程。对施工过程中每个工况进行详细的变形计算和受力分析, 是桥梁施工控制最基本的内容之一。
采用平面有限元软件桥梁博士V3.0对绥江官步大桥进行施工仿真计算分析。计算过程中, 混凝土的弹性模量、材料的容重、钢束的特性、挂篮和模板自重均根据现场采集的数据取值, 其他的计算参数均按相关设计图纸和规范取值。全桥离散成80个混凝土单元和51个预应力钢束单元, 1号、2号墩墩底简化为固结, 边跨端简化为活动铰支座。按实际施工阶段考虑, 共分37个施工阶段, 计算各个施工阶段的结构变形和内力。仿真计算模型如图3所示。
考虑各种临时施工荷载、一期恒载、二期恒载、活载、混凝土收缩徐变和温度效应, 计算得到桥梁模型各节点理论预拱度值。预拱值最大为6.18 cm, 如图4所示。
2.2线形监测
线形监测是控制成桥线形的主要依据。在每个块件顶面布置2个对称的高程观测点, 这样可以观测箱梁的竖向挠度及扭转变形情况。为获取准确的标高值, 尽量减少温度的影响, 一般在一天中相对稳定均匀的温度场来完成挠度的观测。在施工过程中, 对每一截面进行混凝土浇筑后、预应力钢束张拉后、移挂篮后三种不同工况标高观测。此外, 对关键阶段进行全桥范围的变形观测。以下列举了一个悬浇段监测结果对比分析图, 如图5、图6所示。
从图中可以看出, 各块件的实际标高、理论计算标高和设计标高变化趋势大致相同, 实际标高围绕理论计算标高上下波动。施工过程梁段变形实测值与理论计算值吻合较好, 最大偏差为2.6 cm, 在设计允许误差范围内, 总体线形良好。
2.3合龙段挠度监测
边跨、中跨合龙段截面标高监测值如表1、表2所示。
由表1、表2可知, 1号墩边跨合龙误差为0.4 cm, 2号墩边跨合龙误差为1.2 cm , 中跨合龙误差为0.7 cm, 均在合龙精度 (≤1.5 cm) 的要求范围之内。
3结束语
在绥江官步大桥施工中, 经过全体建设者努力, 大桥与2009年底顺利合龙, 成桥线形美观、预拱度设置合理、结构安全、符合设计要求。施工监控能对结构施工全过程的受力和变形进行有效控制, 既能弥补设计计算中参数选择不当或者一些复杂因素无法考虑的不足, 又能保证桥梁施工安全和营运安全。
本桥施工监测过程中发现, 温度对挠度有较大影响, 温度越高, 挠度越大。随着悬臂长度的增长, 这种关系越明显。因此, 应注意消除温度效应对监测结果的影响。
参考文献
[1]顾安邦, 张永水.桥梁施工监测与控制.北京.机械工业出版社.2005
[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制.北京:人民交通出版社.2000
施工线形监控 第3篇
关键词：工程施工技术,连续梁,线形控制
一、工程概况
广西沿海铁路钦州北至北海段扩能改造工程丹田双线特大桥 (72+128+72) m预应力混凝土连续梁桥桥型布置如图1所示。
梁体截面类型为单箱单室直腹板变截面箱梁, 桥面板宽12.2m, 梁体全长273.6m, 中跨中部18m梁段和边跨端部17.8m梁段为等高梁段, 梁高为5.5m;中支点处梁高为10m, 除0号段外其余梁段梁底下缘按二次抛物线变化。
二、施工监控的原则和方法
梁部结构采用悬臂施工方法, 属于典型的自架设施工方法, 对于本桥来讲, 由于在施工过程中的已成结构 (悬臂阶段) 状态是无法事后调整的或可调整的余地很小, 所以, 针对主梁的结构和施工特点, 梁部的施工监控主要采用预测控制法。
本桥的施工监控包括两个方面的内容:变形控制和内力控制, 变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠度, 若有偏差并且偏差较大时, 就必须立即进行误差分析并确定调整方法, 为下一阶段更为精确的施工做好准备工作;内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力, 尤其是合拢时间的控制, 使其不致过大而偏于不安全或在施工过程中造成主梁的破坏。
三、施工控制体系
为有效地开展施工监控工作, 在本桥的施工监控中建立如图2所示的施工监控体系。
四、施工控制基本理论
在丹田双线特大桥72+128+72m预应力混凝土连续梁桥的施工监控中, 对梁体线形、应力进行重点控制。在控制过程中, 采用自适应控制方法对本桥进行线型控制, 采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。
(一) 自适应施工控制系统
对于预应力混凝土桥梁, 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, 主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等, 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辩识过程, 整个控制系统就成为自适应控制系统。
(二) 参数识别
在本桥的施工控制中按照自适应控制思路, 采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析, 其基本方法是:
当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时, 测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠度为:
S=[S (1) , (2) , …, S (m) ]T
设原定理想状态的梁体理论计算挠度为:
μ=[μ (1) , μ (2) , …, μ (m) ]T
上述两者有误差量:
Y=[Y (1) , Y (2) , …, Y (m) ]T
若记待识别的参数误差为:
θ=[θ (1) , θ (2) , …, θ (m) ]T
由θ引起的各阶段挠度误差为:
γ=[γ (1) , γ (2) , …, γ (m) ]T
γ=Φθ
式中:Φ-参数误差θ到γ的线性变换矩阵。
残差:
ε=Y-γ=Y-Φθ
Y=Φθ+ε
方差:
V=εTε= (Y-γ) T (Y-γ) = (Y-Φθ) T (Y-Φθ) =YTY-YTΦθ-θTΦY+θTΦTΦθ
将上式配成完全平方的形式:
V= (θ- (ΦTΦ) -1ΦTY) TΦTΦ (θ- (ΦTΦ) -1ΦTY) +YTY-YTΦ (ΦTΦ) -1ΦTY≥YTY-YTΦ (ΦTΦ) -1ΦTY
当时, 即θ- (ΦTΦ) -1ΦTY=0时, 上述不等式中的等号成立, 此时V达到最小, 因此θ的最小二乘估计为:
θ= (ΦTΦ) -1ΦTY
引入加权矩阵:
在连续梁桥悬臂施工的高程控制中, 可以由结构性能计算出Φ, 按工程条件定义ρ, 由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值S, 计算Y, 最后获得参数误差估计值β, 根据参数误差对参数进行修正。
五、桥梁施工控制结构分析
(一) 结构分析依据及计算参数的确定
影响结构线形及内力的基本参数有很多个, 需测定的参数主要有:
1、混凝土弹性模量, 前期结构计算按照规范取值, 在施工过程中根据试验结果确定, 混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天龄期的弹模值, 为主梁预拱度的修正提供数据。
2、预应力钢绞线弹性模量, 按照现场取样试验结果采用。
3、恒载按设计图提供的尺寸, 并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要的修正, 考虑结构自重和临时荷载, 并考虑梁面坡度的影响。
4、混凝土收缩、徐变系数, 按照规范采用, 计算按规范考虑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。
5、材料热胀系数, 按规范取值。
6、施工临时荷载, 现场进行统计, 尽量减少材料等的堆放, 本阶段不用的材料堆放在0#块附近。
7、预应力孔道摩阻系数, 根据现场摩阻试验确定。
(二) 施工监控结构计算
1、施工监控结构计算。
在施工之前, 应对该桥在每一施工阶段的应力状态和线形有预先的了解, 故需要对其进行结构计算, 该桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外, 还要考虑诸多相关的其他因素。
(1) 施工方案。连续梁桥的恒载内力、挠度与施工方法和架设程序密切相关, 施工控制计算前首先对施工方法和架设程序做一番较为深入的研究, 并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。在开始施工前, 施工单位应给出挂篮的荷载值及刚度值 (或变形) , 监控单位将根据此数据进行计算分析。
(2) 计算图式。梁部结构要经过墩梁固结→悬臂施工→合拢→解除墩梁固结→合拢的过程, 在施工过程中结构体系不断的发生变化, 故在各个施工阶段应根据符合实际情况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析计算。
(3) 结构分析程序。对于连续梁桥的施工控制计算, 采用平面结构分析方法可以满足施工控制的需要, 结构分析采用BSAS程序进行, 并利用MIDAS程序对结果进行校核。
(4) 预应力影响。预应力直接影响结构的受力与变形, 施工控制应在设计要求的基础上, 充分考虑预应力的实际施加程度。
(5) 混凝土收缩、徐变的影响。混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体挠度有较大影响, 必须加以考虑。
(6) 温度。温度对结构的影响是复杂的, 在本桥的施工监控中, 对季节性温差在计算中予以考虑, 对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除, 以减小其影响。
(7) 施工进度。本桥的施工控制计算需按照实际的施工进度以及确切的合拢时间分别考虑各部分的混凝土徐变变形。
2、结构分析的目的。
(1) 确定每一阶段的立模标高, 以保证成桥线型满足设计要求。
(2) 计算每一阶段的梁体的合理状态及内力, 作为对桥梁施工过程中的每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据。
3、本桥施工控制分析。
(1) 按照施工步骤进行计算, 考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响, 对于混凝土的收缩、徐变等时差实效在各施工阶段中逐步计入。
(2) 每一阶段的结构分析必需以前一阶段的计算结果为基础, 前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础, 以前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础, 以前各施工阶段结构受力状态是本阶段时差实效的计算基础。
(3) 计算出各阶段的位移之后, 根据后续施工阶段对本阶段的影响, 进行倒退分析即可得到各施工阶段桥梁结构的合理状态和立模标高。
(4) 施工监控首先根据施工图纸进行初步的计算, 在施工过程中会存在许多难以预料的因素, 可能导致施工进度安排等与初始计算不符, 若有与施工图不同的地方应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析, 施工单位应在开始施工前提供详细的施工步骤, 包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间、混凝土的加载龄期等。
(三) 计算过程
1、根据施工图提供的施工步骤对本桥进行前期计算, 为与设计结果对比, 横隔板重量、结构自重系数、摩阻系数、收缩徐变系数等参数按照设计所取参数计算, 在最后阶段即成桥运营阶段考虑收缩徐变3650天后的梁体累计位移, 并与设计结果进行对比, 以校核计算分析模型的准确性。
2、在施工过程中, 按照实际的结构参数修正结构计算模型进行跟踪计算, 使得结构预测位移与实际发生的位移吻和。
(四) 立模标高的确定
在主梁的悬臂浇筑过程中, 梁段立模标高的合理确定, 是关系到主梁线型是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际, 而且加以正确的控制, 则最终桥面线型较为良好。
立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高, 一般要设置一定的预拱度, 以抵消施工中产生的各种变形 (竖向挠度) 。其计算公式如下:
Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgl
式中:Hlmi为i阶段立模标高;Hsji为i阶段设计标高;∑f1i为由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和;∑f2i为由张拉本阶段及后续施工阶预应力在i阶段引起的挠度;f3i为混凝土收缩、徐变在i阶段引起的挠度;f4i为施工临时荷载在阶段引起的挠度;f5i取使用荷载在i阶段引起的挠度的50%;fgl为挂篮变形值。
其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑, ∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。
根据上述计算式和监控分析, 可以计算出各梁段的预拱度 (相对于设计标高) , 如
六、应力监测
(一) 测试原理
因此结合本工程的实际情况, 在应力监测中采用JMZX-416AT温度型智能钢筋应力计和配套的振弦检测仪作为应力观测仪器。
钢弦应力计埋入混凝土内以后, 在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短, 其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率可得到钢弦的应变值, 换算得到同位置处混凝土的应力值为:
σc=Ecεg
式中:σc为混凝土结构的应力;Ec为混凝土的弹性模量;εg为钢弦传感器的应变。
(二) 监测断面及仪器布置
主梁测试断面选择边跨L/2, 中跨L/4、L/2、3L/4、支点等关键截面, 共22个测试断面。主梁测试断面仪器布置情况如图3所示, 钢筋应力计分别布置在顶板上层钢筋和底板下层钢筋上, 每个截面布置4-6根钢筋应力计。
(三) 测试内容
应力监测针对施工的每个主要施工阶段进行, 在每个施工阶段都进行监测, 各阶段根据施工进度进行测试, 各阶段应力监测主要包括:混凝土浇筑前的应力测试;混凝土浇筑后、预应力张拉前的应力测试;预应力张拉后、挂篮行走前的应力测试;挂篮行走后的应力测试;在每一阶段测试完毕后应对测试结果进行分析、比较, 若存在误差分析原因;根据测试结果, 给出该桥在成桥时恒载下的应力状态。
(四) 应力监测技术
应力监控所采用的钢筋应力计与普通钢筋焊接, 在混凝土浇筑后, 混凝土将不可避免地发生收缩及在外力作用下的徐变, 在悬臂阶段, 每个墩的悬臂结构均为静定结构, 混凝土的收缩、徐变不会引起结构的次内力, 仅仅引起混凝土的应变, 由于假设混凝土和钢筋是协同受力的, 则钢筋应力计所测数据中含有非荷载作用下的应变成分;在合拢后, 发生体系转换后, 混凝土的收缩、徐变将引起结构次内力, 该次内力为结构内力的一部分, 将引起钢筋应力的变化, 此部分为荷载作用下的应变, 另外, 由于混凝土的收缩、徐变应变也将引起钢筋应力计的应力测试结果的变化, 此部分为非荷载下的应变, 须将非荷载下的应变扣除。
由于应力测试数据中含有非荷载作用下混凝土应变的成分, 所测数据不能真实反映结构的受力, 在由测试钢筋应力计算混凝土应力时必须予以消除或进行应力修正。另外, 对应力测试数据有较大影响的因素也很多, 主要有:测试初值设定、混凝土收缩、徐变、温度等。
1、钢弦计初值设定及测试时间。
本桥采用悬臂施工, 钢弦计根据施工控制前期计算结果埋设在各测试断面, 由于混凝土在初凝后将发生很大的水化热, 对测试结果影响较大, 故一般钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻, 可以降低水化热等对测试结果的影响。
为了减小温度对测试结果的影响, 测量时间选择在早晨太阳出来之前, 同时记录梁体的温度以进行温度修正。
2、混凝土收缩和徐变的影响。
对于超静定结构, 混凝土的收缩和徐变将引起结构次内力以及钢筋与混凝土之间的应力重分布, 须将混凝土的收缩和徐变引起的钢筋应力增量扣除。
为了消除混凝土收缩、徐变对测试结果的影响可以在每道工序 (如张拉预应力钢筋) 之前测一次数据, 若该施工过程较短, 则认为每道工序间发生的混凝土收缩、徐变量很小, 不予考虑, 以增量的结果形式对每个阶段进行监测, 若施工周期较长, 必须对测试数据进行处理, 处理方法见应力测试数据分析。
3、其他影响因素。
一是混凝土的弹性模量, 根据试验结果进行调整。二是钢弦计本身质量 (稳定性) , 以往的使用经验证明, 监测中采用的ZX-216AT型埋入式钢筋应力传感器稳定性较好, 零点随时间漂移很小, 且其监测结果可以根据混凝土内部温度进行调整。
(五) 应力测试数据分析
钢弦传感器埋入混凝土内后, 在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短, 其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率和传感器内的电子元件可以得到钢弦的应变值, 换算得到同位置处混凝土的应力值为:
σc=Ecεg
式中:σc为混凝土结构的应力;Ec为混凝土的弹性模量;εg为钢弦传感器的应变。
施工应变的监测是将传感器埋置在构件混凝土内, 测点处传感器变形与周围混凝土的变形是一致的。由于有多种变形的掺入, 传感器的显示数值为周围混凝土的总应变值。在时刻τ承受单轴向应力σ (τ) 的混凝土构件, 在时刻测得总应变值ε (t) 可用下式表示:
ε (t) =εi (τ) +εc (t) +εs (t) +εT (t) +εV (t)
式中:εi (τ) 为加载时初应变;εc (t) 为时刻t>τ时的徐变效应;εs (t) 为收缩应变;εT (t) 为温度应变;εV (t) 为构件体积几何尺寸变形引起的应变值。
1、混凝土收缩、徐变应变的影响分析。
混凝土的收缩、徐变对主梁结构的影响主要表现在:由于收缩、徐变的作用使预应力钢束发生应力损失;箱梁发生徐变挠度;由于收缩、徐变的作用, 使得钢筋应力计的非受力应变增加, 使得测试结果与理论结果相比相差太大, 故为得到混凝土的实际应力, 须将混凝土的受力应变从总应变中分离出来, 即应扣除收缩及徐变对测试结果的影响。
若不考虑混凝土的收缩、徐变, 即假设混凝土与钢筋协同工作, 两者的应变值相同, 则由钢筋的应力值可推算混凝土的应力值, 如下式所示:
σh=σg/n
式中:σh为混凝土应力, σg为钢筋应力, n为普通钢筋与混凝土弹性模量比。
对于静定结构来讲, 收缩、徐变将引起混凝土和钢筋之间的应力重分布, 一般情况下, 在混凝土收缩和徐变作用下, 钢筋将出现受压的应力, 使得钢筋应力计测试的压应力结果偏大, 拉应力偏小, 由于配筋率一般较小, 可以认为混凝土没有受力, 即箱梁截面上的应力仅为弹性应力而无收缩、徐变引起的应力, 由于应力计测试的为钢筋应力, 在受压的情况下, 由于钢筋应力计测试结果含有收缩、徐变应变, 测试结果偏大, 若按照上式直接计算, 则结果偏大。
在工作应力下, 混凝土的弹性应变和徐变应变都与应力呈线性关系。因此, 只要总应力不超过混凝土强度的50%, 分批施加应力所产生的应变可以采用迭加原理。对于时刻τ0施加初应力στ0, 又在不同时刻τi (=1, 2, …, n) 分阶段施加应力增量Δσ (τi) 的混凝土, 其在以后任何时刻t包括收缩应变在内的总应变可以表达为:
式中:σ (τ0) 为在τ0时刻施加的初应力;E (τ) 为龄期为τ的混凝土弹性模量;εs (t, τ0) 为混凝土在t时刻的收缩应变;φ (t, τ0) 为徐变系数, 参考铁路桥规进行计算。
设每次施加应力增量Δσ (τi) 后立即读数, 即观察时刻ti=τi, 则:
式中:ε (τ0, τ0) 为应变观测值, 需减去传感器初读数。
同理可推出:
故在τi时刻, 测点处扣除了收缩、徐变效应的混凝土弹性应变即为:
由于在混凝土初凝时刻混凝土的水化热还没有使混凝土温度上升, 且此时混凝土的收缩也未发生, 所以一般选择在混凝土初凝时刻设定应力初值, 否则混凝土未承受荷载时钢弦已反映出的应力就不能及时排除。
2、温度影响分析。
箱梁混凝土的温度变化与大气温度变化密切相关, 由于大气温度的影响, 传感器钢弦的应变和自振频率均将发生改变。由温度变化引起的应力增量为:
一般情况下, , 则有:
因此主梁结构的实际应变为:
事实上, 日照温度荷载下, 主梁上表面近40范围内的温度梯度比较大, 温度分布很不均匀, 而其他部分的温度分布趋于平衡。由于梁体纵向纤维之间的约束, 梁体截面上会产生纵向温度自应力, 而传感器受主梁的约束使钢弦在温度作用下的应变发生了改变。改变量Δεt (y) 可由下式计算:
式中:α为钢弦的热膨胀系数;T (y) 为沿梁高方向的温度梯度;ε0为梁高y=0处的变形值;k为单元梁段挠曲变形后的曲率。
在本桥的应力监测过程中, 为了消除温度对测量值的影响, 读取数据安排在早晨太阳辐射较小时完成, 温度应变按试验值进行修正。
七、线形监测
(一) 线型控制工作程序
为使施工控制的各个步骤程序化, 施工控制工作小组根据具体的施工进度安排制定了施工控制工作程序, 其中包括两方面的内容。
1、控制流程。
从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕是本桥施工的一个周期, 每个周期中有关施工控制的步骤如下:
(1) 按照预报的挂篮定位标高定位挂篮, 由施工单位测量定位后的挂篮标高, 施工控制组复核立模标高。
(2) 立模板、绑扎钢筋。
(3) 浇筑混凝土前, 测量所有已施工梁段上的高程测点, 复测挂篮定位标高, 墩顶的水平位移。
(4) 施工控制小组分析测量结果, 如需调整, 给出调整后的标高。
(5) 浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高, 测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高, 建立测点与梁底标高的关系。
(6) 按《铁路工程检验评定标准》检查断面尺寸, 测量梁段混凝土超重的情况。
(7) 张拉预应力钢筋后, 测量所有已施工梁段上的高程测点。
(8) 施工控制小组分析测量结果, 根据上一施工周期梁底标高测量值和应力、温度等测量结果计算、预报下一施工周期的挂篮定位标高。
2、误差控制标准。
本桥施工控制的最终目标是:成桥后的线型与设计线型的所有各点的误差均控制在3cm范围之内。根据这一目标, 在每一施工步骤中制订了如下的误差控制水平:
(1) 挂篮定位标高与预报标高之差控制在1cm以内。
(2) 预应力束张拉完后, 如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过±1cm, 需经控制小组研究分析误差原因, 确定下一步的调整措施。
(3) 如有其他异常情况发生影响到梁体标高, 其调整方案也应经控制小组分析研究, 提出控制意见。
(4) 为保证梁面标高, 监控单位将给出梁面混凝土即将浇筑完毕时的梁面的参考标高, 施工单位须根据此标高控制梁面在混凝土浇筑即将完成时的标高。
(二) 位移测点布置
挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据, 丹田双线特大桥72+128+72m连续梁桥线形监测断面设在每一阶段的端部。
布置0#块件的高程测点是为了控制顶板的设计标高, 同时也作为以后各悬浇阶段高程观测基准点。每个0#块的顶板各布置7个高程观测点, 如图4 (a所示) 。悬浇阶段每个监测断面上布置两个对称的高程观测点, 如图4 (b) 所示, 不仅可以测量箱梁的挠度, 同时可以观测箱梁是否发生扭转变形, 标高测点用Φ16圆钢, 圆钢筋顶部磨平, 露出顶板2-3, 并用红油漆作为标记。
(三) 观测时间与项目
为尽量减少温度的影响, 挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行, 每个施工阶段的变形测试时间根据施工阶段的进度来定。在整个施工过程中主要观测内容包括:每阶段混凝土浇筑前的高程测量;每阶段混凝土浇筑后、预应力张拉前的高程测量;每阶段预应力张拉后、挂篮行走前的高程测量;每阶段挂篮行走后的高程测量;拆除挂篮后、边 (中) 跨合拢前的高程测量;最终成桥前的高程测试。
(四) 每阶段测量工作内容
从挂篮前行至本号梁块预应力张拉完毕为一个施工阶段, 在每个施工阶段需完成的工作如下。
1、挂篮定位。
根据监控方提供的立模标高进行挂篮定位, 定位底模前端标高及顶板标高。
此时需要设置的测点如下, 如图5及图6所示。
(1) 顶板钢筋头测点, 距离该梁块前端10cm, 在浇筑该块混凝土前埋设即可。
(2) 挂篮底模梁块前端测点, 不用设置钢筋头, 直接布置在模板上。
(3) 挂篮底模钢筋头测点, 尽量靠近该梁块底模前端, 钢筋头长度10cm左右。
由于在浇筑混凝土后需要对底模前端标高进行测量, 为消除其他因素影响, 在定位时, 在底模上尽量靠近本梁块底模前端左右两侧各设置钢筋头一个, 在定位时需要测量测点2 (底模前端模板) 与测点3 (底模前端钢筋头) 的标高差, 在浇筑混凝土后及张拉预应力后可仅对测点3 (底模前端钢筋头) 进行测量, 利用标高差换算测点2 (底模前端模板) 的标高。
挂篮定位时需测量的内容如下:测点2 (底模前端模板) 的标高, 使其满足监控方标高预报文件中的底板立模标高;顶板立模标高, 为底板立模标高+梁高;所有已施工梁段顶板钢筋头测点标高;测点3 (底模前端钢筋头测点) 标高, 并计算出每侧底模前端钢筋头测点 (测点3) 与测点2 (底模前端模板) 的标高差。
2、浇筑混凝土时。
浇筑混凝土时需完成的测量工作如下:
(1) 浇筑前检查挂篮定位标高, 确保标高无误后再开始浇筑混凝土。
(2) 混凝土浇筑即将完成后, 按照标高预告表提供的混凝土浇筑即将完成时的顶板顶面 (不考虑排水坡的标高) 进行重新定位顶板顶面标高, 排水坡尺寸不变, 在标高预告表给出的顶板顶面 (不考虑排水坡的标高) 基础上重新定位排水坡。
3、混凝土养护期间。
混凝土养护期间需测量内容如下:
(1) 所有已施工梁段顶板钢筋头测点 (测点1) 标高。
(2) 底模前端钢筋头测点标高 (测点3) , 目的是测量 (底模前端模板) 测点2标高, 需要提供测点2的标高。
(3) 顶板顶面 (不考虑排水坡, 最低点) 混凝土表面标高, 如图7所示。
4、预应力张拉后。
预应力张拉后需测量内容如下:
(1) 所有已施工梁段顶板钢筋头测点 (测点1) 标高。
(2) 底模前端钢筋头测点标高 (测点3) , 目的是测量 (底模前端模板) 测点2标高, 需要提供测点2的标高。
(五) 测量仪器
高程测试用莱卡精密水准仪来进行测试。
八、温度监测
温度是影响主梁挠度的最主要的因素之一, 在施工的过程中, 可以通过温度型应力监测仪器 (ZX-416AT) 监测混凝土内部温度的变化情况, 测量精度0.5℃。
在施工控制中将按照实际的施工进度考虑季节性温差, 对日照温差在观测中通过采取一些措施 (如同一观测时间等) 予以消除, 减小其影响。
九、误差分析与识别
在每一施工阶段, 对监测得到的应力和位移与理论值进行误差分析, 并分析产生误差的原因, 根据本阶段结果对下一阶段的误差进行预测、调整以及报告施工状态 (预制梁段架设标高) 等。
十、施工控制实施流程
施工控制按照施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程, 其实质就是使施工按照预定的理想状态顺利推进。由于实际上不论是理论分析得到的理想状态还是实际施工都存在误差, 所以, 对本桥进行施工控制的核心任务就是对各种误差进行分析、识别、调整, 对结构未来状态做出预测。
参考文献
[1]、铁路桥涵设计基本规范 (TB10002.1-2005) [S].
[2]、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 (TB10002.3-2005) [S]..
[3]、铁路桥涵地基和基础设计规范 (TB10002.5-2005) [S].
[4]、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定 (铁建设函[2005]285号文) [S].
[5]、新建时速200-250公里客运专线铁路设计暂行规定 (铁建设[2005]140号) [S].
施工线形监控 第4篇
该2座桥梁边跨+悬臂段预应力混凝土箱梁均采用钢管支架并搭设贝雷梁及满樘支架施工, 中跨钢箱梁架设于钢管支架后与悬臂箱梁预埋件焊接安装, 最后浇筑钢箱梁顶板混凝土及桥面铺装, 完成成桥施工[1,2]。
由于施工原因, 2座桥梁支架拆除与钢箱梁架设的施工顺序不同, 其中, 罕台川特大桥主桥施工顺序为:支架及模板搭设→边跨加悬臂段箱梁浇筑→张拉箱梁预应力→架设钢混叠合梁→拆除现浇段支架及模板→浇筑钢混叠合梁混凝土层→桥面系施工。巴拉贡北互通主线桥主桥施工顺序为:支架及模板搭设→边跨加悬臂段箱梁浇筑→张拉箱梁预应力→拆除现浇段支架及模板→架设钢混叠合梁-浇筑钢混叠合梁混凝土层→桥面系施工。
1线性控制结果
1.1罕台川特大桥主桥桥面线形控制结果
罕台川特大桥主桥 (左幅) 成桥后桥面各测点标高与设计标高偏差≤16 mm, 悬臂端合龙时箱梁两悬臂端相对高差为28 mm, 满足JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》及JTG F80/1—2004《公路工程质量检验评定标准》桥梁标高精度的要求。桥面铺装后, 桥跨结构具有较平顺的桥梁线形 (其中, 桥面铺装所测标高为铺装层顶面标高, 其他施工阶段测点标高为主梁顶板标高, 桥面铺装层厚度为10 cm, 以下同) 。
桥梁各施工阶段相对变形的实测值与计算值对比结果见图1。
1.2巴拉贡北互通主线桥桥面线形控制结果
由于施工过程中, 支架拆除早于钢箱梁架设, 巴拉贡北互通主线桥主桥 (左幅) 边跨跨中及中跨跨中实测高程比设计高程分别偏低30 mm和22 mm, 中跨跨中实测高程比设计高程偏高128 mm, 不满足JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》和JTG F80/1—2004《公路工程质量检验评定标准》的精度要求, 调整了桥面设计线形。由此说明, 施工顺序的改变, 导致该桥线形控制产生较大误差。桥梁各施工阶段相对变形的实测值与计算值对比结果见图2。
2结构模型与线形控制分析
2.1模型建立
利用MIDAS程序软件建立罕台川特大桥主桥结构计算模型, 模拟分析桥跨结构各施工阶段受力状态及变形。全桥共建立梁单元87个, 其中现浇混凝土箱梁共72个梁单元, 钢箱梁15个梁单元 (见图3) 。
2.2线形控制与分析
桥梁线形监控必须对施工各阶段进行监测, 并与理论计算结果进行比较修正, 才能很好地控制桥梁线形, 使其符合设计要求[3]。以简支加悬臂现浇段浇筑后线形标高为初始值, 监测后续施工对桥梁线形变化的影响, 有效控制桥跨结构线形。此外, 钢箱梁测点初始标高以混凝土箱梁悬臂端测点标高初始值连线为基准, 钢箱梁预拱度计入钢箱梁变形值。
罕台川特大桥主桥各施工阶段线形控制变化情况见图4~图7。
桥梁预应力张拉后梁体悬臂段翘起及边跨上拱, 两端悬臂上翘实测值与计算值偏差分别为5.3 mm和4.1 mm, 两边跨实测线形与计算偏差最大分别达1.7 mm和5.5 mm;钢箱梁架设完成后, 桥梁实测线形与计算线形累计偏差最大达13.4 mm, 其位于钢箱梁跨中处;钢箱梁混凝土浇筑后, 桥梁实测线形与计算线形累计偏差最大达14.4 mm;桥面铺装后, 桥梁实测线形与计算线形累计偏差最大为4.3 mm。结果表明, 该桥梁体实测线形与理论计算偏差较小, 满足桥梁施工控制的要求。
3结语
1) 从桥梁结构线形控制 (包括应力控制) 角度考虑, 该类桥梁宜采用先架设钢箱梁后拆除支架的施工步骤。
2) 从施工成本角度考虑, 该类桥梁宜采用先拆除支架后架设钢箱梁的施工步骤。但该施工顺序导致施工过程中梁体挠度和应力增大, 从而增加线形控制和应力控制难度, 不建议采用。
3) 通过对该2座桥梁施工监控的正反2个例子, 为该类桥梁设计及施工控制提供可借鉴的经验。
4) 由于该桥施工控制为一次性控制, 施工过程中无法进行标高的修正, 所以必须对施工顺序及模板标高严格控制。现浇段施工过程中, 支架系统也是监控工作的重点, 必须保证现浇支架的稳定性和安全性。施工监控中应有效监测支架变形, 提供合理的梁底底板立模标高, 保证桥梁线形满足设计要求。
参考文献
[1]范立础.桥梁工程:上[M].北京:人民交通出版社, 1983:235-256.
[2]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社, 2000.
施工线形监控 第5篇
预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工法是把连续梁沿桥梁轴线分成若干3 m～5 m长的节段,从桥墩附近开始使用挂篮对称在两侧就地浇筑混凝土的施工方法。
预应力混凝土连续梁理想的几何线形与合理的内力状态尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况,但其施工阶段与成桥阶段存在体系转换,随着施工阶段的推进,桥梁结构形式、支承约束条件、荷载作用方式等都在不断变化,结构受力状态是逐工况逐阶段累计形成的,中间每个施工阶段或最终成桥状态的结构受力是已经完成的各个工况或各个阶段结构受力状态的叠加结果。
预应力混凝土连续梁线形控制是一个预告→施工→量测→识别→修正→预告的循环过程,最重要的目标有两个:1)确保施工中结构的安全,结构关键截面应力控制在允许范围内,并保证其有足够的强度和稳定性;2)确保线形符合设计要求,为今后安全运行奠定基础。
在施工过程中影响桥梁结构内力和线形的因素主要有以下几方面:悬臂施工的挂篮定位及变形、预应力束定位及张拉力、立模标高预测、合龙技术措施、体系转换、混凝土弹性模量、桥梁施工临时荷载、混凝土浇筑方量的控制、混凝土徐变、日照影响等。当上述因素与估计不符,而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时,必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施,引起误差累积,会使实际结构与原设计不符。所以,如何通过施工时的浇筑过程的控制以及线形调整来获得预先设计的应力状态和几何线形,是大跨度桥施工中非常关键的问题。
1 工程概况
新建阜六铁路Ⅱ标段宁西二线跨合武铁路特大桥采用32 m+48 m+32 m连续梁跨越六安市淠史杭总干渠,连续梁采用悬臂(钢构)浇筑。
2 工序流程
工序流程如图1所示。
3 施工监测
3.1 应变监控监测
3.1.1 应变测点
根据预应力混凝土连续梁的受力特点、有限元计算和相关规程经验等选取控制截面布置应变测点。应变测试断面主要布置在0号块、主梁负弯矩处和合龙断面处,有代表性的控制截面选择13个监测断面,即在桥梁中墩墩顶两侧3 m处箱梁截面和各跨L/4,L/2,3L/4截面布置应变测点。每个截面共布置4个或6个应变测点,在两侧腹板中心附近和截面中心线处的顶板和底板分别布置,监测梁体应力应变状态。
3.1.2 应变计布置
为方便防护所有顶板应变计均布置在顶板顶部钢筋下方,底板应变计均布置在底板顶层钢筋的下方,应变计应沿桥梁纵向(长度方向)布设。传感器埋设时应注意以下几点:
1)预估传感器量程,对传感器进行标定,标定量程应大于预估量程的1.2倍～1.5倍,并作编号与记录;
2)传感器的预埋与安装结合工程实际进度,预埋传感器时监控技术人员须进行现场监督和把关,保证传感器埋设位置的准确性;
3)混凝土应变计应与主筋同一位置深度及走向,尽量放置于主筋下方并进行有效防护以防振捣时损坏,埋设完毕后记录传感器初值读数;
4)引出导线都应编号并制作专门的硬套管与保护盒,以利于保护导线和拆模后能立即找到导线测量。
3.1.3 监测频率
传感器在结构中绑扎就位后首先记录初值;安放后至混凝土浇筑之间,至少进行两次读数,其中包括在混凝土浇筑前记录一次读数,随时掌握应变计的工作状态。
混凝土浇筑后至预应力筋张拉前对埋设温度测点的断面实施密集监测。如0号块为水化热温度测试节段,在混凝土浇筑后每2 h记录一次读数,持续72 h左右与环境温度相近时结束。其余节段,浇筑后每天记录一次读数。
预应力筋张拉前,记录一次读数。张拉后,24 h之内,每3 h记录一次读数。张拉24 h之后,每天记录一次读数,连续3 d,以掌握梁体张拉时的弹性和徐变作用引起的应变。
3.2 高程监控监测
箱梁悬臂施工的高程控制是施工控制的重点。高程控制主要从理论计算、施工措施和实际操作等几方面配合实施监控。通过计算分析和对实测数据的处理实现高程控制的最终目标,即准确提供每一个箱梁节段在特定制作环境中的立模标高。
3.2.1 高程控制方法
监控计算采用的材料容重、弹模、结构上下缘温差及收缩徐变参数都是按实际施工时的现场观测数值。对挠度影响较大的因素主要是:结构自重、挂篮非弹性变形、预应力张拉和结构温度。通过理论数值与实测数据的差异分析,修正原设计中的各项参数,准确地预测下一节段箱梁的立模标高。
箱梁立模标高的理论计算公式如下:
H
其中,H
由于温度、收缩徐变和非线性等因素,实际情况和理论计算不可能一致,因此对理论立模标高要不断修正。箱梁实际立模标高为:
H
其中,H
3.2.2 高程测点
混凝土浇筑初凝后终凝前,在梁顶预定位置插入观测标,高程观测标宜采用带半圆头的铆钉。
在主梁的各施工节段内设测试断面。其中在0号节段顶板上分别在墩顶及2个端部共布置3个测试断面;在现浇节段的2个端 部共布设2个测试断面;其余在悬臂施工节段的端部各设1个测试断面。
测试断面内的测点在箱梁顶板上对称布置三个测控点,其中两个测点位于翼缘板悬臂上方,中间测点兼作平面线形监控测点。测点断面布置在距节点20 cm的断面内。测控点采用铆钉在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固,并要求竖直,端部露出混凝土表面1.5 cm作为挠度监测的观测点,钢筋顶部磨平并用红漆标记。在浇筑混凝土时预埋好。观测点的埋设应保证本身的稳定性,同时不妨碍挂篮的前移。在箱梁横向设两个对称测点,可通过两个点的挠度比较,观测到该节段箱梁有无出现横向扭转;同一节段箱梁上有两个观测点也可以比较监测结果,相互验证,以确保各节段箱梁挠度观测有正确的结果。各T构(0号块)箱梁顶立面中心和平面中心的交汇点为测量基点,应将水准点引到此处,并定期校核。立模时主要测梁底,混凝土浇筑后和预应力张拉后主要观测梁顶面。
3.2.3 监测频率
张拉前测读两遍观测标的高程;张拉当天测量一遍;张拉后5 d左右测量一次。选择2个～3个施工节段,在其一些关键阶段实施密集监测,如在预应力束的张拉前、张拉完成后、张拉完成后3 h、张拉完成后9 h、张拉完成后24 h等增加观测的密度以掌握梁体张拉时的弹性和徐变变形。
3.3 温度监控监测
温度监控监测包括两部分:1)箱梁温度—挠度随气温变化观测,观测方法与高程观测一致。2)箱梁温度场观测,分在混凝土内部埋设温度测点测试主梁结构水化热温度和在桥面和箱内放置温度计测试气温两部分,主梁结构水化热温度通过在箱梁断面中埋设温度传感器得到箱梁随气温变化的温度场。
3.3.1 温度测点
温度场测点至少布设24个。根据预应力混凝土连续梁的结构特点和施工进度,选择两个观测断面布设温度传感器。为测试温度沿箱梁的分布规律,选择在“T”形悬臂1/2附近布设一个断面,分别沿顶板、腹板和底板的厚度方向布设三个温度传感器;为测试箱梁混凝土厚度较大处的温度,在承托位置各布设一个温度传感器;在箱梁内外各布设一个温度传感器,测试箱梁内外的环境温度。为测试水化热对箱梁温度及梁体应变和变形的影响,选择支座位置作为温度测试断面。
3.3.2 监测频率
1)箱梁温度—挠度关系曲线的观测。
一天中间隔2 h的连续观测。
2)水化热温度。
浇筑后第一天每1 h测试一次,浇筑后第二天每2 h测试一次,持续72 h或内部温度与环境温度基本相同。
3)环境温度。
选在有代表性的天气进行,每个月选两天,一个阴天,一个晴天。一天中的观测时间预计安排如下:从早晨6:00开始,一个小时一次,直到次日早晨6:00为止。
4 结语
通过跨淠史杭总干渠连续梁施工线形监控的经验,总结一套切实可行的监控办法,在今后预应力混凝土连续梁悬臂浇筑线形监控施工中,值得借鉴推广。
参考文献
大型桥梁上部线形施工控制 第6篇
该桥每孔跨径25 m,标准预制梁长为24.4 m。圆周率π的推导是将一个圆划分为若干段小折线,再将这些小折线微积分算得。在实际施工中每一块模板面的投影一般皆为直线形式。在曲线半径都特别小或2 m的切曲差大到肉眼能分辨出时就要将模型做成曲线形式。圆曲线中任意弧长的切曲差D的计算公式为:
D=R[1-cos(180°L/2R/π)]。
将此桥预制梁长L=24.4,圆曲线半径R=730代入公式得1/2跨径处切曲差D=10.2 cm,1/4跨径处D=2.6 cm…预制箱梁一般皆为直线形式,如何才能满足以上跨径处的弧度要求,此桥采用了箱梁主体仍为直线形式,调节边梁外侧悬臂值的方法来实现。即将边梁外侧悬臂处1/2跨径点弧出10.2 cm,再连接1/2跨径点与首尾点直线,将1/4跨径处弧出2.6 cm,以此方法再将1/8跨径处弧出……直到得到设计要求的曲线。在实际施工中将边梁模型的悬臂处做成可调节形式,在同一圆曲线中将模型悬臂处调节一次即可。在由圆曲线进入缓和曲线后对应桩号的路线半径仍较小,弧度值较大,也要考虑调节悬臂值才能满足线形要求。具体方法为:首先将此跨箱梁首尾处桩号推导出,再根据直缓点桩号和缓和曲线参数公式的变形形式R=A2/L(其中,R为曲线半径;A为缓和曲线参数;L为缓和曲线上任意点到直缓点的距离)。
推导出此跨箱梁首尾处对应桩号的R值,然后将得出的此跨箱梁首尾处的R值取平均值后按上述圆曲线段的方法控制。在实际施工中来回调节悬臂值较为麻烦而且影响工程流水作业的速度,所以要尽量少调节模型悬臂值。在缓和曲线靠近圆曲线的段落,在偏差不大于规范值的情况下采用圆曲线的模型。在缓和曲线靠近直线的段落,弧度较小的情况下可以不变悬臂值采用直线模型浇筑。但要调整防撞墙预埋钢筋呈设计曲线,此处还有一个细节不能忽略,小半径曲线段横坡值较大。在现场预制箱梁一般为水平预制,在此桥设计中梁底面与顶面为两个平行平面,而将梁体吊装就位后,箱梁顶面要与相应桩号的路线横坡相一致。在预制箱梁过程中,要事先算出此夹角并要将防撞墙钢筋预埋成与竖直线成一个夹角的“斜”的形式并要注意倾斜方向。
在缓和曲线段路线横坡是渐变的,而预制梁却不能根据路线横坡的变化浇筑成“扭曲”的形式。路线横坡的渐变是通过大梁架设时调节每一片梁底临时支座的高程而得到的。在此渐变段要将每一跨梁体首尾桩号推出,再根据首尾桩号算出其对应的横坡值,然后将这两个横坡取平均值,得出平均值后按此平均值架设此跨箱梁,预制时注意按此平均横坡预埋防撞墙钢筋。其余预制方法仍然按照正常进行。
在预制这一关控制好之后便要控制好架设关,关于此桥架设的要点是要调节好横坡度的影响。最终要保证箱梁就位后其顶面位置与公路中线相对应,现场吊装以梁底面位置控制时要注意箱梁整体向盖梁高程较高的一侧平移一个数值。要控制好箱梁就位的顶面位置准确,可按以下几点控制:
1)将盖顶面标出每一片大梁就位中线,在梁端部标出底部中线,就位时将两中线竖直相对后落梁;2)控制好临时支座高程,25 m箱梁底宽的1/2一般为50 cm左右,梁顶宽的1/2一般为:中梁125 cm,边梁165 cm左右。
以下说明此特大桥线形控制的另外一个重要方面——导线控制。导线点看似很小,但其作用可谓“牵一发而动全身”。目前我国公路建设中一般采用外导线控制总体,再加以坐标放样实现细步控制。实际测量中误差是不可避免的,无法达到绝对精确。如何在现有的条件下精益求精,应做到:1)施工准备阶段校验仪器设备及工具,包括全站仪、水准仪、棱镜及其杆件、钢尺等(在施工过程中也要经常校验);2)复核放样程序的正确性;3)根据路线纵断图复核桥梁所在段落的纵横断面与路基的衔接情况,并由上到下推导各跨各墩各台的设计标高与图纸比较,看有无出入;复核图纸并计算复核桩位坐标;4)导线点复测并计算调整闭合差,此后还要定期复测,但在误差范围内时,不要再轻易调整闭合差;5)每次放样在后视时要打出距离,与设计值相比较,并与上次放样点相比较,以确信导线点的正确性;6)施工中一定要保护好导线点,从桥梁开工到完工,相同的段落尽量用相同的导线点放样。如果导线点破坏了,就要注意重新设点的位置与精度,并要比较原导线点与新设点实地放样结果的位置关系。必要时调整新点坐标。
此桥施工中,除了建立平面导线控制,尚需建立高程控制,要在大桥两岸分别布设若干个水准点,作为施工阶段高程放样以及桥梁营运阶段沉陷观测的依据。因此,布设水准基准点时,点的密度及高程控制的精度,均应考虑这两方面的要求。布设水准点可由原始导线点引入,经复测后使用。
为了施工方便起见,应在基点的基础上设立若干施工水准点。施工水准点要尽量靠近施工地点。无论基点还是施工水准点,均要选在地基稳固、使用方便且不易破坏的地方。根据地形条件及使用期限和精度要求,可分别埋设混凝土标石、钢管标石或钻孔标石。
桥梁施工水准网要以较高的精度施测,因为它直接影响桥梁各部高程放样的相对精度。规范要求2 000 m以上的特大桥一般为三等,1 000 m～2 000 m的特大桥为四等,1 000 m以下的桥梁为五等。跨河水准路线应选择在桥址附近且河面最窄处。为了控制折光影响,水准视线不宜跨过沙滩及施工密集的地方。观测时间及气候条件,应选择在物镜成像最稳定的时刻。水准测量精度要求可参考现行《公路桥涵施工技术规范》中有关条款。
建立起水准测量系统后,在实际细部高程测量中还要注意几点:1)经常校验水准仪,尤其是i角(水准仪的观测视线与水平视线的夹角)要在规范允许范围内;2)当测量路线较长时应闭合到相邻基点再结束测量,并在计算过程中调整闭合差;3)每次测量尽量用相同的人读数,相同的人立塔尺;4)塔尺尽量用少的节数,塔尺拔出的节数越多越不准确;5)转点处读数要准确,尽量读最小值,细部点也应读最小值。
综上所述,要将一座大型桥梁的线形控制好,不是只控制一两方面的因素就能达到,而要多方面因素共同控制,这诸多因素的组合是一个有机的整体。线形控制在桥梁施工中几乎无处不在,每一个细小部位的失之毫厘,都可能会造成大局谬以千里。铸就一座具有优美曲线的桥梁,需要多方面力量共同努力,它是精心与细致点点滴滴积累的成果,它蕴藏着不凡的内涵。
摘要：结合三川河二号特大桥工程实际,从建立平面控制和高程控制两方面阐述了大型桥梁上部线形施工控制的方法,就如何满足该桥跨径处的弧度要求以及导线控制中如何减少测量中的误差作了探讨,并提出了实际细部高程测量应注意的问题,为类似桥梁的线形施工控制提供参考。
关键词：线形控制,曲线,测量,导线控制
参考文献
[1]杨少伟.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2004,17-18.
[2]孙高飞.箱梁架设时横坡对线形的影响[J].山西建筑,2007,33(13):327-328.
节段梁施工过程中线形控制技术 第7篇
1 工程概述
澳门轻轨C350项目地处城市中心, 在实际施工建设中应用了阶段拼装完成了续梁, 共有652节节段梁实现了拼装, 为保证节段梁在日后使用中更为安全可靠, 采用悬臂拼装方式完成节段梁施工。根据既定施工计划, 实行从两端向中间推进的方式完成施工, 也就是从第一联和第十三联开始施工 (需要接受节段梁施工的桥段共计十三联) 。同时, 从第三联与第四联开始拼装[1]。
2 节段梁悬臂拼装施工要点
在应用节段梁悬臂拼装的过程中, 为保证达到既定要求, 控制好安全系数, 应注意以下几项内容:第一, 在现有吊机的过程中, 应与实际设计要求相符, 确定好吊机定位, 控制好锚固, 在仔细检查以后确定满足要求以后才能进行悬臂拼装。第二, 在起吊的过程中应保证桥墩两端块件始终处于对称状态, 以确保桥墩两侧受力均衡, 不会发生偏移的情况。第三, 在正式施工以前, 应联系实际情况做好主梁安装扰度变化曲线图, 同时也要做到边安装边观察曲线变化, 然后再对比设计值, 如果在对比中发现两者偏差较大, 就要及时采取必要的处理措施, 适当降低块件安装高度。
3 节段梁施工过程中线形控制技术
在澳门轻轨C350项目的桥梁拼装中, 由于施工阶段与制造措施并不相同, 所以应用了三种不同的线形, 分别为成桥线形、制造线形以及拼装线形[2]。对于成桥线形来说, 多应用于桥梁修筑完成以后。制造线形则是在制造主梁中, 当其处于零应力的情况下再使用。而拼装线形则是在拼装中连接各个安装梁段而成的线形。在拼装桥梁施工中, 最重要的工作就根据实际情况选择与实际情况相符的线形, 可以使制造线形, 也可以是拼装线形, 最终使桥梁结构成为成桥线形。在拼装施工桥梁中, 经常需要确定初始位置, 可以通过以下两种方法确定初始位置:首先, 将新节点位移设定为零, 这就是常用的零初始位移法。其次, 让新阶段初始位移转移到现有梁段悬臂切线上, 这种方法就是切线初始位移法。
为更好的应用节段梁施工线形控制技术, 发挥线形控制技术作用, 提高施工质量, 应从以下几方面入手:
第一, 控制好节段梁悬拼质量标准。在悬拼前要保证胶接面始终保持干净, 胶接面应使用环氧树脂填充, 对于预应力管道不发生堵塞的情况。在拼装节段梁时, 无论是竖向还是横向不能超过25mm, 只要总体线形始终处于平顺状态即可, 避免出现转折的情况, 所有拼接缝要做到密实且颜色相同[3]。同时, 控制好悬拼观测误差, 根据悬拼内容的不同确定不同的误差范围, 如对于基准梁块四角高差, 应将误差控制在2mm以内, 对于悬臂合龙时箱梁相对高程的误差, 则要控制在30mm左右。同样, 对于悬拼质量误差也要控制在合理范围内, 且根据混凝土强度控制偏差, 使其满足实际设计要求, 如当轴线偏位等于或小于100MPa时, 偏差应控制在10mm左右, 当轴线偏位高于100MPa时, 偏差应达到既定偏差的万分之一, 只有这样才能保证拼接质量。
第二, 处理好胶拼接缝。对于节段梁的两端处理中, 应先将突出的混凝土去掉, 然后用电动钢丝将连接面上的污渍和浮浆去除, 直到露出砂粒, 但值得注意的是, 在清理匹配面的过程中应避免深度清理, 其原因在于匹配面的深度应在0.5mm以内。同时, 如果发现胶结面出现缺陷, 就要在安装完悬臂以后, 及时用环氧树脂作为补充砂浆, 通过这样的方式避免出现匹配面过于突出的情况, 这样也可以有效防止突出部分因在张力的作用下发生压溃现象。
第三, 节段整修。之所以要进行节段整修, 主要是为确保进行的更加顺利, 所以, 在节段拼装以前应全面检查块件, 且进行整修。具体来讲可以从以下几方面入手:首先, 在检查孔道变形情况时, 要应用检孔器, 看其是否发生了串孔或错孔的情况, 并了解波纹管道有无受损, 如果发现存在这些情况, 就要立即采取处理措施。其次, 看锚头垫板和孔道之间是否处于垂直状态, 保证所有预埋件和预埋孔都与实际要求相符。再者, 如果混凝土存在不足, 就要根据实际情况修补, 可以将环氧树脂砂浆按照每平方毫米53N的用量进行修补。同时, 及时清理出节段梁表面多余的混凝土与杂物。最后, 对于块段顶板来说, 应在其前后两端设置箱梁中心线, 并利用红油标记, 在悬拼阶段要适当调整块件标高, 且明确众轴线测量点[4]。此外, 还要控制好腹板中的张拉结构。这些都是整修节段中最重要的内容, 只有做到这几点才能保证节段梁在使用中不出现问题。
4 结束语
通过以上对澳门轻轨C350项目的研究得知, 节段梁是桥梁施工建设中经常需要应用的内容, 正确应用该技术不仅可以提高工作效率, 还能节约大量成本, 因此, 线形控制技术也被应用到节段梁施工建设中, 在应用线形控制技术的过程中, 需要注意的问题有很多, 针对这种情况, 就需要相关技术人员联系实际施工建设情况, 合理使用线形控制技术, 以便做好桥梁节段梁施工建设, 提高桥梁质量, 满足桥梁使用要求。
摘要：随着经济发展, 桥梁施工技术也迎来了新型发展局面, 为做好桥梁施工建设, 经常需要应用悬拼节段梁, 通过这样的方式不仅可以明显提升施工速度, 还可以实现自动化, 尤其是对改善劳动条件具有重要作用。在节段梁施工中, 由于桥位调整范围有限, 所以, 就需要实现线性控制, 只有这样才能使成桥线形满足既定要求。本文将联系澳门轻轨C350项目施工, 研究节段梁施工中需要应用的线形控制技术。
关键词：节段梁,施工,线形控制技术
参考文献
[1]吴义龙.马鞍山长江公路大桥钢塔线形控制技术[J].世界桥梁, 2014, 06:21-25.
[2]石健.客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术[J].黑龙江科技信息, 2015, (3) :173-175.
[3]林明枢.基于连续箱梁桥施工中线形控制研究[J].四川建材, 2014, (1) :172-173.
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