大跨徑連續剛構橋合龍施工監測

閆翠香

大跨徑連續剛構橋的施工與合龍控制應該從高程控制、軸線控制、應力控制以及結構的穩定控制著手,其中最重要的是高程控制和軸線控制。合龍階段是橋梁建設的關鍵時期,合龍效果直接影響橋梁建成后的受力性能、外形及使用性能,因而保證結構的受力和變形始終處于安全狀態,成橋后的結構內力和線性符合設計要求就顯得異常重要。本文通過南河特大橋工程實例,對大跨連續剛構橋合龍的施工監測進行了探討。

1 工程背景

晉濟高速公路上的南河特大橋全橋采用(40+120+3×180+100=800m)六跨一聯預應力混凝土連續剛構+連續梁的結構形式。上部結構采用斜腹板的預應力混凝土箱梁,箱梁為單箱單室斷面,采用縱向、橫向和豎向三向預應力混凝土結構。箱梁頂面橫坡與路線橫坡一致,為雙向2%橫坡,箱梁底面水平。箱梁頂寬24.5m,底寬8.656 m～11.408m,懸臂長6.0m。合龍段處箱梁中心高度為4.50m,底板厚0.32m。0號塊處箱梁中心高為12.50m,底板厚1.4m,從懸臂端到0號塊根部箱梁高度按 H=變化,底板厚按變化(x為計算截面到懸臂端的距離)。

南河特大橋合龍段施工順序:

第一,中跨(3號 T構與4號T構之間第四跨);第二,次中跨(2號T構與3號T構之間第三跨,4號T構與5號T構之間第五跨),三、五跨混凝土澆筑同時對稱進行;第三,左次邊跨(1號 T構與2號 T構之間第二跨)、右邊跨(5號 T構與6號 T構之間第六跨)。二、六跨混凝土澆筑同時對稱進行;第四,左邊跨(0號T構與1號T構之間第一跨)的合龍段與現澆段一起施工。

2 施工監控的工作內容

建立施工監控、監測的控制體系,廣義地說,施工監控、監測工作是指施工監控、監測體系的建立和正確運作。

橋梁的施工監控、監測與橋梁的設計和施工及監理有著密切的聯系。從信息論的觀點來看,橋梁的施工監控、監測過程是一個信息采集、信息分析處理和信息反饋的過程。通過實時測量體系和現場測試體系,可以采集橋梁施工過程中各類所關心的數據信息。借助橋梁施工計算分析體系,對采集的數據信息進行分析。尤其是對施工中各類結構響應數據(如變形、應力、應變)的分析,可以對施工偏差做出評價,并根據需要研究制定出精度控制和偏差調整的具體措施。最后以施工控制指令的形式為橋梁的施工提供反饋信息。

3 控制方法

3.1 結構計算方案

根據南河特大橋的具體情況,本文選擇最大懸臂狀態下各梁段控制截面彎矩和主梁各標高控制點的標高為施工控制目標。

結構總體分析采用非線性計算理論。分析模型采用空間模型,用考慮剪切作用的梁單元模擬主梁和橋墩。用BSAS和ANSYS計算校核。掛籃作為結構單元進行拆裝,參與受力計算。整個施工過程按施工循環周期分成若干階段,每個階段分3個工況,即:1)空掛籃就位;2)澆筑完畢節段混凝土;3)張拉預應力鋼筋。

3.2 結構測試系統

施工控制中監測內容:1)主梁標高測量。用精密水準儀測量,在橋縱向懸臂端往塔根部方向測試3個主梁節段斷面標高,每個測量斷面布置4個測點,測點均設在主梁上。每階段每一工況均進行標高測試。測量時間選在一天中溫度變化最小的時候,即凌晨0點～6點之間。2)主梁軸線位置及其截面尺寸的測量。3)臨時結構的觀測,保證施工安全,測量其偏位。

3.3 偏差分析系統

由于施工中情況復雜,各種因素共同影響,偏差分析較困難。分析過程具體如下:1)取影響參數。在施工過程中影響結構受力的參數很多,其中影響較大的有:結構的剛度、梁段自重、施工荷載(臨時荷載的增減與移動)、溫度(結構溫度場)、混凝土的收縮徐變、預應力的有效值等。2)參數敏感性分析。將各參數變化幅度控制在10%附近,選定控制目標(如跨中撓度),利用結構分析系統計算在參數變化時結構成橋狀態控制目標的變化幅度,建立各參數敏感性方程(或影響矩陣),并得到影響結構受力的關鍵參數及次要參數。3)參數識別。識別的方法采用最小二乘法。參數識別的目的是為了準確的預報下一段施工的變形數值。4)誤差判斷。為了對參數識別的準確性提供參考,實際當中采用如下辦法進行誤差判斷:a.混凝土彈性模量,根據張拉前后主梁標高變化計算結構剛度,反算混凝土彈性模量;b.澆筑混凝土誤差,根據測試混凝土澆筑前后主梁標高變化判斷混凝土重量;c.掛籃定位誤差,根據實測定位標高和理論計算標高的差值判斷;d.溫度影響,根據24 h觀測主梁標高變化判斷溫度影響;e.預應力束張拉力誤差可根據張拉端油表讀數和鋼絞線伸長量變化判斷;f.測量誤差根據測量數據的變化趨勢判斷。

3.4 確定適用的施工偏差容許度指標和應力預警系統

要確定偏差峰值的大小和確定是否進行偏差調整,必須確定一套符合施工實際情況的偏差容許度指標體系。過嚴的偏差容許度會為施工帶來困難,延誤施工進度,過松的偏差容許度會為施工留下一定的隱患。偏差容許度的確定還必須滿足設計和監理對施工質量的要求。針對南河特大橋工程跨徑的具體情況,初步確定施工中軸線的偏差容許值為±10mm;在施工階段,控制截面的混凝土拉應力不超過2.5 MPa,最大壓應力不超過19.6 MPa,具體指標根據施工情況進行調整。

對于主梁的應力指標而言,根據國內目前的使用情況,本工程采用的測試設備其準確度尚不能令人十分滿意,并且設計計算和施工監控、監測計算一般只能給出線性平面應力的大小,而施工中存在的箱梁的剪力滯后效應及角域應力的特殊性,因此應力的測試結果通常不用于直接的偏差分析,本文提出利用應力測試的增量結果作為施工的應力預警參數。監控單位對于測試中出現的應力異常變化及時作出預警報告,實踐證明是可靠的。

3.5 利用施工監控實時計算調整控制目標值

在進行參數調整擬合后,利用實際的施工時間參數和實際的施工荷載參數進行施工監控實時計算,產生施工控制實際目標值,用于下一階段的主梁模板拼裝標高確定和偏差分析。

施工監控、監測在實施時第一步的工作是要形成控制目標文件。施工監控、監測的預測計算將采用設計計算參數對施工過程進行分析,計算出控制目標的理論值。理論值由主梁理論撓度、主梁理論軸線和主梁截面理論應力等系列數據組成。在這一計算過程中將與設計計算進行相互校核,以確?？刂颇繕瞬慌c設計要求失真。

橋梁施工監控的目的就是使施工與設計盡可能一致。在橋梁的設計計算中通常會采用一些假定的參數用于計算,比如:材料的彈性模量、容重、施工時間等。另外,在設計計算中還有大量的指定計算參數,比如:施工順序等。在橋梁的施工控制計算中通常會采用盡可能真實的參數用于計算,以反映出設計與施工的差異。

由于橋梁的設計和施工中存在著這兩種既不相同又相互聯系的計算過程,并且在實際工作中這兩類計算可能采用不同的計算模型,由不同的單位來完成,因此,為使施工能與設計結果相一致,首先要校核設計計算與施工監控、監測計算的閉合性。

這一校核過程主要是在施工控制計算初期,根據設計圖提供的資料,建立施工控制計算模型,采用設計計算的主要參數和設計計算中假定的施工時間進行計算,利用此過程下的施工控制計算結果與設計計算結果相核對,以校核二者是否在計算模型及施工方法模擬間存在實質性差異。只有在兩者計算結論基本一致的前提下,施工監控、監測的開展才有實際的意義。否則,需要與設計人員一起仔細核對兩種計算過程,找出并解決存在的問題。

4 結語

南河特大橋施工監控的目標是把大跨度橋梁施工控制的理論和方法應用于南河特大橋工程的實際施工過程中,對該橋施工期間的混凝土應力等內容進行有效的控制和調整,即:對該橋施工過程中實際發生的各項影響橋梁內力與變形的參數,結合施工過程中實測的各階段主梁內力(應力)與變形數據,隨時分析各施工階段中主梁內力和變形與設計預測值的差異,并找出原因,提出修正對策,以保證安全、優質、高效地進行施工,并確保在全橋建成以后梁的內力狀態和外形曲線與設計基本相同。實踐證明此施工監測的技術方案是可行的。

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