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发表于 2008-09-14 22:24
|只看楼主
高墩大跨连续刚构桥施工监控 马 骎1 ,蒲黔辉1 ,王少钦2 (11西南交通大学土木工程学院,四川成都610031; 21石家庄铁道学院,河北石家庄050043)
【摘 要】 结合某高速公路上部结构形式为140 m + 249 m + 140 m的预应力混凝土连续刚构桥施工监控实践,介绍大跨连续刚构桥箱梁施工挠度变形的成因分析、监测的必要性、任务和目的,以使桥梁高精度自然合龙,并达到成桥经济合理、美观适用的目的。
【关键词】 刚构桥; 箱梁; 变形; 监控 【中图分类号】 U4451466 【文献标识码】 B
1 连续刚构桥施工监控的必要性
对高次超静定桥跨结构(多跨连续梁桥、连续刚构桥或斜拉桥) , 其成桥的梁部线形及结构恒载内力与施工方法有着密切的关系。也就是说, 不同的施工方法和工序会导致不同的结构线形和内力。另一方面, 由于各种随机因素(如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等) 的影响, 使得在测量等方面产生误差,结构的实际测量值难以做到与原理论设计值完全一致。尤其值得注意的是某些偏差(如主梁的竖向挠度) 具有累积的特性, 若不及时有效的对偏差加以调整, 随着梁的悬臂长度的增加, 主梁的标高会逐渐显著地偏离设计值, 造成合成困难或影响成桥的内力和线形。特别是采用悬臂施工技术的大跨度桥梁, 施工中的不合理误差状态如不能及时地加以识别和处理, 主梁的应力有可能发生积聚而超出设
计安全状态而发生施工事故。
施工控制, 就是根据实际的施工工序, 以及现场获取的参数和数据, 对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算。对每一施工阶段, 根据分析验算结果给出其主梁端的挠度(每阶段施工挂篮的立模标高或梁段定位标高) 等施工控制参数, 分析施工误差状态, 采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警。这样, 才能保证结构的受力和变形始终处于安全的范围内, 成桥后的结构内力和线形符合设计要求。
2 悬臂箱梁挠度变形的成因分析
211 悬臂箱梁受工况影响的变形规律
悬臂法施工, 常分3个阶段: ①浇筑一块混凝土箱梁。②待混凝土达到强度后进行钢绞线穿束和预应力张拉; ③前移挂篮, 浇筑下一块箱梁, 周而复始直至合龙。悬臂箱梁在悬浇法施工过程中, 由于箱梁下部没有竖向支撑, 悬臂在合龙前靠贯通悬臂的预应力钢铰线的强度、箱梁本身的刚度以及零号块两端悬臂对称平衡的作用, 而处于一种相对稳定状态。
随着箱梁的不断施工, 悬臂长度不断增加, 悬臂上的荷载也愈来愈大。在重力的作用下, 悬臂箱梁不可避免地存在下挠变形。每施工一块箱梁, 就要进行一次预应力穿束并张拉, 随着张拉力的增加, 箱梁内钢绞线的长度缩短而出现弯曲变形。这种弯曲变形对零号块而言, 是承受向下的压力; 而对其两端的悬臂而言, 是承受向上的提升力,从而使箱梁出现上挠变形。张拉后, 把悬臂两端的施工挂篮各自前移而进入下一块箱梁施工的位置, 由于挂篮重量和悬臂长度的作用, 使得悬臂箱梁又有下挠变形的趋势。
212 温度对大跨连续刚构桥悬浇法施工的悬臂箱梁标高影响
温度变化引起温度升高悬臂向下、温度降低悬臂向上的标高变化。由于高墩连续刚构桥跨度大、悬臂长, 白天受太阳照射和温度变化的作用下, 箱梁的顶底面和箱内外形成温差: 顶面温度高, 混凝土膨胀, 而底面温度相对较低, 混凝土收缩, 从而使悬臂箱梁有下挠变形的趋势; 到黑夜, 箱梁外表面散热较快, 温度下降迅速, 而箱梁内由于空气不流通, 散热慢, 温度相对较高, 形成箱内和箱外的温差, 使得悬臂箱梁又有上挠变形的趋势。因此, 由于外界环境温度的变化, 高墩大跨连续刚构桥在悬浇法施工过程中, 悬臂箱梁处于不断的变形之中。
3 大跨连续刚构桥施工监控的工作内容及方法
桥梁的施工监控、监测过程是一个信息采集、信息分析处理和信息反馈的过程。通过实时测量体系和现场测试体系, 可以采集到桥梁施工过程中工程师们所关心的各类数据信息。借助桥梁施工监控、监测计算分析体系, 对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据(如变形、内力、应力) 分析, 可对施工误差做出评价,并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施,最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。
311 物理测量
31111 时间计量
桥梁施工各工序完成的时间数据在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。在设计计算中, 这部分数据通常按施工技术水平进行估计。而在施工控制计算中, 需要尽可能地采用实际的施工时间(与施工单位核定)参与计算。若因某种原因造成施工产生较长停顿时, 应重新进行施工控制分析。时间按年、月、日来计量。
31112 温度测量
桥梁施工中, 环境温度的大小及日照温差会影响到结构体系的内力分布, 而结构的温度变形还影响到施工中构件的架设精度及测量精度。由于日照温差影响较大, 一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中, 由于工期限制, 某些工序的标高测量需要立即进行。把这样测得的数据用于施工控制分析中时, 就必须考虑温度修正量。
312 力学测量(应力监测)
应力检测需要在主梁的控制断面处理设应力测试元件,以测定各施工阶段主梁的混凝土应力。可采用混凝土应变计或钢筋计等元件来测定主梁的应力状况。把应力监测的结果与施工监控、监测中其它监测结果相结合, 能更全面地判断全桥的内力状态, 形成一个较好的预警机制, 从而更安全可靠地保障桥梁施工。确定桥墩控制截面为距承台顶面4 m截面处为应力控
制断面。主梁控制截面为1号块悬出端截面、1 /4跨梁段截面、跨中梁段(距合龙段1 - 2 m处) 截面。主梁应力测点布置如图1所示。
图1 主梁控制截面应力测点布置位置
无论是施工监控,还是主梁各测试截面的理论应力分析, 这里关心的是主梁顶、底板的混凝土应力, 根据实测应变可按弹模比求出混凝土的应力, 由于本工程计算和测试结果的数据较多, 限于篇幅, 这里仅取10#墩T构12号～23号梁段各悬浇施工阶段的应力计算值和实测值作对比分析, 详见表1、表2。
表1 箱梁上缘各悬浇施工阶段根部应力分析
 
从表中实测值与理论值比较可知, 墩侧箱梁顶板的实测应力基本均大于理论计算值。说明主梁在各悬浇施工阶段各墩顶的负弯矩储备大于理论计算值, 实际结构更为安全。
313 线型测量
线型监测包含主梁高程和主梁轴线偏位两部分内容。高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量。如果线型测量控制点设置适当(沿梁端横向3点布置) , 还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外, 应使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合, 在主梁块件浇筑及挂篮移动后等施工阶段进行。浅筑梁段前后和预应力张拉前后对梁段块件标高的测量特别能反映出实际施工时主梁的挠度变化, 这些数据是进行施工控制分析的最重要因素之一。理论计算与实测标高对比见表3。
由于篇幅所限, 梁顶标高就不一一列出, 从表3看出,实测值跟理论值在合理的控制范围之内。
4 结 论
(1) 对于监控、监测的重要性应该引起足够的重视,有必要对大跨度桥梁建立全面的监控系统。
(2) 采用固定观测时间可以消除温度、湿度对不同工况下观测精度的影响, 从而使该桥处于动态监控之中。
(3) 施工控制分析专用程序的完善有助于减少工作量及避免人为出错; 徐变及温度因素影响也需进一步完善。
(4) 桥梁运营期间的应力和挠度监测能进一步检验施工控制效果, 能完善和提高设计及施工控制技术水平, 同时能预测和预报桥梁运营期间可能出现的病害。
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