淺談波形鋼腹板PC組合結構橋梁監控技術

張帥奇

摘要：懸臂施工是目前大跨徑橋梁施工采用的較普遍的方法之一，而波形鋼腹板PC組合結構橋梁，是利用波形鋼腹板代替混凝土腹板承受荷載作用，展現了波形鋼腹板具有較強的剪切屈曲強度的力學性能，而橋梁監控工作是保證成橋后橋梁正常運營的重要手段。

關鍵詞：波形鋼腹板;混凝土;監控;墩柱

中圖分類號：U415

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.023

1 引言

針對波形鋼腹板PC組合結構橋梁結構的特殊性，應對墩柱、波形鋼腹板及鋼混結合部的應力測點的布設進行分析，及時監控橋梁應力情況，在施工過程中及時對應力、線形、索力、溫度等項目進行檢測，消除并減少橋梁實際線形和內力與設計目標值的偏差，計算出成橋后橋梁線形和結構恒載受力狀況，并無限接近設計期望值，確保滿足設計要求，保證橋梁順利合龍。

2 監控工作主要內容

2.1 主梁線形控制網

主梁0#塊頂板位置，設局部控制測量點同時加強保護。相應在各墩柱0#塊建立的控制測量點與所建立導線控制點聯測。

2.2 主梁立模標高

在標準節段澆筑混凝土前，及時記錄主梁標準節段的實際立模標高，以便掌握施工放樣誤差.為測試數據的誤差分析積累資料。

2.3 主梁豎向撓度監測

在主梁每個節段前端布置測點，結合施工工況，測試主梁各塊段的撓度變形情況。主梁豎向撓度采用電子精密水準儀，配合銦鋼瓦尺進行測量。

2.4 合龍前的線形聯測

橋梁合龍前對合龍段兩端進行聯測，同時測量不同時段合龍口的高差及合龍段長度，為合龍時間的選擇提供參考。

2.5 成橋線形的測量

橋梁成橋后測量全橋線形，掌握最終的成橋線形。

2.6 橋塔位移

橋塔位移通過在主塔頂端安裝傾角儀進行監測。

3 測試方法

3.1 應力監測

應力監測包括主梁控制中主墩、截面、索塔3項監測內容。應力測試一般采用振弦式傳感器，振弦式傳感器是應用被張緊的鋼弦做為敏感元件，利用其固有頻率與張拉力的函數關系，根據固有頻率的變化反映作用力的大小。

3.2 溫度監測

溫度監測主要測試索、塔、主梁溫度。溫度測試可結合應力監測進行，選用具有測溫功能的應變傳感器，應力和溫度兩項可同時測試。

溫度變化包括日溫度變化和季節變化兩種，日常溫度變化快，影響程度大。季節溫差影響主梁、塔柱的撓度，較為單一，變化幅度小。對于箱梁截面內外溫差和溫度在截面上的分布情況，必須在梁體上布置溫度觀測點并及時觀測記錄，獲得準確的溫度變化規律。

3.3 索力監測

索力測試采用壓力傳感器與頻率法相結合的方法進行。選擇代表性的斜拉索安裝壓力環，結合油表張拉讀數綜合測試索力。同時對頻率法測試中的索力系數進行標定，并采用頻率法對橋梁其余的多數斜拉索索力進行測試。

為了確保索力測試的準確性，選擇代表性斜拉索安裝壓力環傳感器，結合壓力環來校驗振動法的測試結果，除此之外，在斜拉索張拉過程中，結合千斤頂油表讀數對頻率法測試結果進行對比分析，從而準確掌握拉索的索力。

3.4 冬歇期橋梁檢測

冬季嚴寒天氣施工難度大且質量難以保證，氣溫低于0℃時預應力管道灌漿養護存在極大困難，極易造成脹裂等病害，而該橋梁為全線控制工程，一旦出現質量缺陷難以根治，出于施工質量的考慮，冬季氣溫較低時停止施工進入冬歇期。根據橋梁現場施工情況，針對橋梁冬歇期規劃監控工作，成立專門的橋梁冬歇期監控小組，負責現場的監控量測、數據分析及特殊情況處治，同時對已施工完成的節段，建立冬歇期橋梁結構模型，計算冬歇期主梁的撓度變化情況及各控制斷面的應力變化情況，保證橋梁在冬歇期處于受控狀態，為來年氣溫回暖施工提供數據支持。

3.5 橋梁施工期相關數據收集

橋梁施工過程中，收集與施工監控相關的各項數據，比如截面尺寸、主梁實際立模標高、材料特性（容重、彈模等）、各工序施工持續時間、施工方案、掛籃圖紙及計算參數等。

4 測點布置

4.1 主梁變形測點布置

0#塊高程（撓度）應力測點布置：0#塊高程測點共布設3個測點，分別位于主梁0#塊墩中心線，或者利用施工單位在O#塊附近布置的局部高程控制點。

主橋撓度測試斷面見圖1.各懸臂澆筑標準節段的撓度（高程）觀測點布置：主橋1-8節段每個標準節段各設3個測點，見圖2;9 - 24節段每個節段各設5個測點，位于頂板，見圖3;澆筑砼箱梁時，在各澆筑段前端距下一分段10 cm斷面處的位置預埋（φ16 mm，外露3-5 cm）觀測點。

4.2 應力測點布置

根據結構分析計算，主梁無索區最大懸臂狀態下（9#塊掛索前）的彎矩見圖4，主梁最大懸臂狀態下的彎矩見圖5，二期恒載施工完成后即成橋狀態主梁彎矩見圖6，汽車活載作用下主梁彎矩見圖7.

從圖8可看出，在合龍前，主梁最不利受力斷面為懸臂根部，主梁成橋后，最大負彎矩位于主梁根部，最大正彎矩位于跨中。運營階段，在汽車活載作用下，邊跨最大正彎矩位于邊跨第17#塊節段與18#塊節段交界處，中跨最大正彎矩位于跨中。

根據上述計算結果確定主梁應力監測斷面，具體布置為：1#斷面位于第1跨17#與18#節段交界處（運營荷載作用下邊跨最大正彎矩），2#斷面位于第1跨第1根拉索與主梁交界處，3#斷面位于第1跨箱梁根部，4#斷面位于第2跨箱梁根部，5#斷面位于第2跨第1根拉索與主梁交界處，6#斷面位于第2跨跨中，7#、8#為23墩主梁根部，9#斷面為第3跨跨中，10#斷面位于主梁根部，II#斷面位于第4跨17#與18#節段交界處，其中第1#、3#、4#、6# - ll#斷面用于橋梁健康監測，采用埋入式光纖應變傳感器，其他斷面為施工監控測試斷面，采用振弦式應變傳感器。每個斷面共布置16只傳感器，具體布置見圖9.

4.3 鋼腹板應力測點布置

選擇主橋第1跨、第2跨主梁根部斷面，在各腹板上布置應變花，對比鋼腹板與混凝土腹板的剪應力，監測施工過程中剪應力的變化狀況，具體布置見圖10.

4.4 內襯混凝土測點布置

選擇主橋第1跨、第2跨主梁根部斷面，在各腹板內襯混凝土上布置剪力花，具體布置見圖11.

4.5 橫向應力測點布置

本橋橋面較寬，且在拉索作用下存在橫向應力，因此選擇第1跨、第2跨第1根拉索與主梁交界處布置應力監測斷面，每個斷面布置4只傳感器，具體見圖12.

4.6 主塔應力測點布置

選擇各索塔與主梁固結位置，具體為距梁頂50 cm，在每個索塔根部布置應力測點，具體布置見圖13.

4.7 橋墩應力監測

選擇22、24#橋墩根部距承臺頂面50 cm位置設置應力監測斷面，每個斷面布置4只應力傳感器，具體見圖14.

5 總結

大跨徑波形鋼腹板PC組合結構橋梁懸臂掛籃施工加大了橋梁監控的工作難度，本文主要是在監控過程中及時進行經驗總結，重點對波形鋼腹板PC組合結構橋梁的施工監控控制要點以及應力測點進行詳細計算分析，并提出相應對策，確保橋梁順利合龍，有效提高了橋梁耐久性。

參考文獻：

[1]萬水，徐強.波形鋼腹板PC組合箱梁橋設計與應用[MI北京：人民交通出版社，2009.

[2]李淑琴，萬水.波形鋼腹板的設計與制造[M].北京：人民交通出版社.2011.

[3]山西路橋建設集團有限公司，山西路橋集團運寶黃河大橋建設管理有限公司，中交第二航務工程有限公司，等.DB14/T-13 34-2017波形鋼腹板預應力混凝土組合結構橋梁懸臂施工與驗收規范[S].出版社不詳，2017.

[4]張謝東，馬彪，羅茂盛.大跨PC連續梁橋施工監控評價研究[J].武漢理工大學學報，2013（37）：48-51.