波形鋼腹板橋梁施工監(jiān)控技術(shù)研究

徐義

波形鋼腹板作為一種新型的組合結(jié)構(gòu),采用波形鋼腹板代替了混凝土腹板,在力學(xué)特性上有諸多方面與傳統(tǒng)的混凝土梁橋不同,充分利用混凝土和鋼材的材料特性,提高了材料使用效率以及橋梁結(jié)構(gòu)外形美觀。在結(jié)構(gòu)計算方法上也會與普通混凝土梁橋有所區(qū)別,文章通過橋梁具體實例,對橋梁的安裝施工與施工過程監(jiān)控的情況進行了分析,采用有限元軟件midas Civil計算模型對施工過程中的結(jié)構(gòu)進行有效的控制,以確保橋梁施工過程中的安全性和橋梁的內(nèi)力、線形符合設(shè)計要求。在現(xiàn)在較多的大跨度連續(xù)梁橋施工當(dāng)中,我們經(jīng)常采用掛籃進行主梁懸臂施工,在施工時會受到很多外界因素影響,例如：溫度、結(jié)構(gòu)剛度、混凝土超方及橋面臨時荷載等影響,使實際施工很難做到與設(shè)計一致,如果在橋梁施工過程中不對偏差進行有效的解決,就可能會使橋梁長度在不斷增加時,主梁的偏離值不斷累積,使成橋狀態(tài)很難與設(shè)計一致,甚至影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全,所以為了確保全橋建成后的內(nèi)力狀態(tài)、線形狀態(tài)達到預(yù)定的監(jiān)控目標(biāo)要求,在施工時融入監(jiān)測、控制技術(shù)至關(guān)重要。

一、對于橋梁施工監(jiān)控

對于橋梁的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,需要根據(jù)不同的內(nèi)力狀態(tài)來考慮設(shè)計的周全性。同時要考慮科學(xué)施工,通過科學(xué)的施工狀態(tài),對整體施工設(shè)計進行規(guī)劃,使施工方案合理且可行,預(yù)先設(shè)計應(yīng)考慮到應(yīng)力狀態(tài)以及幾何線條等都是橋梁施工中非常重要的問題。在施工中,需要考慮到施工可能會出現(xiàn)的問題,并實施精確計算,減少施工誤差,以及使整體施工結(jié)構(gòu)完整。如果在施工中出現(xiàn)不可控因素,應(yīng)根據(jù)實際情況及時調(diào)整,防止因施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力外觀等問題情況影響橋梁整體使用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁近年來在國內(nèi)出現(xiàn)較多,相對于常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,這種橋型在減輕自重的同時充分發(fā)揮了鋼材和混凝土各自的性能,但也導(dǎo)致了施工難度的增加。

對于監(jiān)控而言,主要的變化一個是預(yù)應(yīng)力體系的變化,波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁一般都是體內(nèi)束+體外束,一個是箱梁混凝土腹板用波形鋼腹板代替,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體縱向剛度和抗扭剛度變小,施工過程中結(jié)構(gòu)變形變大,增加了監(jiān)控的難度。所以,針對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁而言,在正常控制的同時,還應(yīng)重視結(jié)構(gòu)理論計算、體外束的監(jiān)測、箱梁的變形以及溫度的影響。對于橋梁不同的監(jiān)控而言,也需要考慮到監(jiān)控中會出現(xiàn)的問題,例如：溫度問題,如果溫度太高,可能會使橋梁整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,幾何變形等,也要針對腹鋼板的應(yīng)力情況,考慮橋梁材料的使。不同橋梁材料的使用,也可能會使整體橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,難以控制。也應(yīng)該在正常控制,同時重視結(jié)構(gòu)以及理論的計算,正常監(jiān)測橋梁整體外部的施工情況。及時向上級匯報施工情況,了解橋梁狀況。

二、施工監(jiān)控仿真計算及分析

1.波形鋼腹板連續(xù)梁橋施工流程

波形鋼腹板連續(xù)梁橋0號、1號、2號節(jié)段和邊跨現(xiàn)澆段在支架上現(xiàn)澆,邊、中跨合龍段采用吊籃現(xiàn)澆,其他塊段采用掛籃懸臂對稱平衡澆筑。懸臂澆筑過程為:移動掛籃、起吊鋼腹板、安裝鋼腹板臨時定位支架、鋼腹板縱向連接、定位立模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力束、脫模。對于每一個懸臂，都可能會對澆筑的邊界產(chǎn)生影響。在施工的過程中，要拆除所有的邊框，防止因為邊框影響而使整體合龍段受到影響。同時在拆除的時候，要對整體進行轉(zhuǎn)換。并承接完成余下的工作。在承接余下的項目時，應(yīng)該及時制定項目規(guī)劃以及合理的項目方案，主動應(yīng)對項目可能發(fā)生的問題及時解決并和相關(guān)部門進行溝通。

2.仿真監(jiān)控原理

對于橋梁施工,主要包括主動控制以及被動控制,而所謂的控制而言,就應(yīng)該在施工之前預(yù)先考慮到各種風(fēng)險因素,在可控范圍內(nèi),對于橋梁施工進行規(guī)劃。并根據(jù)發(fā)現(xiàn)或出現(xiàn)的問題,針對有指定性的預(yù)防措施,這是一種被動的控制,將發(fā)生問題的方法。另一種主動控制是主動分析產(chǎn)生的問題,并及時糾正錯誤,以免使整個偏差,導(dǎo)致對原來工程施工的計劃影響。對于仿真監(jiān)控的橋梁施工而言，經(jīng)常會在發(fā)生施工時出現(xiàn)一些問題，因此，我們就要及時對其進行監(jiān)控，防止其因為太多被動輸出導(dǎo)致橋梁整體結(jié)構(gòu)的不平整以及橋梁結(jié)構(gòu)的損害。對于被動檢測出來誤差,要及時修正,大概修正過程為施工檢測問題,判斷問題,修正問題以及預(yù)告可能會發(fā)生的問題。在每天工作結(jié)束后應(yīng)及時測量數(shù)據(jù),針對當(dāng)天數(shù)據(jù)進行調(diào)整分析判斷,在這基礎(chǔ)上將出現(xiàn)的誤差盡量消除,并給予下一項施工工程控制指令,在良好循環(huán)的前提下進行施工。

3.仿真計算與分析

在對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁進行整體計算時,一般截面假定如下:

（1）在鋼腹板共同作用下,使整體截面相連接,不會發(fā)生兩個截面之間斷裂的情況。

（2）應(yīng)及時考慮各個截面的受力情況,根據(jù)受力情況安排布置應(yīng)力沿腹板高度均勻分布。

（3）截面的應(yīng)變分布符合平截面假定。

這些截面假定與常規(guī)結(jié)構(gòu)的截面假定有一定的區(qū)別,會造成計算模型的不同,結(jié)構(gòu)計算的內(nèi)容也會有所不同。

以65m+98m+65m波形鋼腹板連續(xù)梁橋為工程實例,用midas civil計算軟件建立橋梁模型,將全橋劃分為50個單元和51個節(jié)點,共將模型分為41個施工階段。懸臂施工階段截面最大壓應(yīng)力為10.80MPa,小于18.76MPa,最大拉應(yīng)力為0.31MPa,小于1.68mpa,該橋梁理論計算結(jié)果滿足要求。

三、施工監(jiān)控方案

1.體外束監(jiān)測

相對于常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁而言,波形鋼腹板由于腹板無法安裝預(yù)應(yīng)力鋼束,勢必會用體外束來代替原混凝土橋梁內(nèi)部的腹板束。傳統(tǒng)的應(yīng)力監(jiān)控測試在施工以及使用階段，往往會使其整體建筑趨于彈性，工作狀態(tài)，因此，就要及時考慮極限受力時的應(yīng)力值，防止因應(yīng)力過高或過低，而對整體建筑產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。對于鋼材而言，在到達極限值之前，也應(yīng)用公式計算好其極限受力值體外束的有效應(yīng)力值的大小與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)息息相關(guān),而且對于波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁這種縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度較小的結(jié)構(gòu)而言,影響更為明顯。不同扭轉(zhuǎn)剛度對波形腹鋼板的應(yīng)力情況也會產(chǎn)生影響,此時就要考慮針對不同鋼板的受力性,探討其扭轉(zhuǎn)度的大小。避免因為扭轉(zhuǎn)度過大或扭轉(zhuǎn)度過小而造成整體工程的拖沓。施工過程中,頂板束施加過多時或由于其他因素,可能引起底板的拉應(yīng)力出現(xiàn)。通過對體外束的監(jiān)測,可以獲知體外束施加的有效性及針對性,保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力在允許范圍內(nèi)。

2.主梁應(yīng)力監(jiān)測

在橋梁主梁施工過程中,尤其是混凝土澆筑過程中,由于主梁的長度不斷增加,是會使得懸臂根部壓應(yīng)力不斷上升,因此,對于橋梁關(guān)鍵截面進行實時監(jiān)控,掌握橋梁受力情況,對其進行結(jié)構(gòu)安全的分析十分重要。一般情況下,應(yīng)力監(jiān)測需要埋入式傳感器。埋入式應(yīng)力傳感器可以達到以下目的：

（1）即使測量施工中的重要數(shù)據(jù),截面受力情況,混凝土使用情況,張力測試情況等都需要測量；（2）及時分析施工數(shù)據(jù),對于監(jiān)測出的數(shù)據(jù)及時處理；（3）為以后施工便利提供幫助。

3.主梁溫度監(jiān)測

在施工的過程中,要及時考慮施工場所溫度的問題,一般情況下,溫度過高,會對施工的材料造成影響,同時要了解不同材料的受熱程度,了解材料的熔點。例如：一般在40攝氏度的時候就會使水泥的形態(tài)固定受到影響,使鋼腹板的使用也受影響,因此對于橋梁的溫度檢測主要目的如下：（1）測試主梁結(jié)構(gòu)溫度,防止混凝土在養(yǎng)護期間因溫度變化而產(chǎn)生裂縫。（2）通過對結(jié)構(gòu)及環(huán)境的溫度監(jiān)測,可以修正在應(yīng)變以及標(biāo)高測試時的溫度影響誤差。

4.幾何變形監(jiān)測

幾何變形監(jiān)測能夠準(zhǔn)確提供每一個箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高以及軸線控制。在施工的過程中,對于懸臂施工,可能需要考慮到混凝土的容量,彈性模量以及應(yīng)力等的轉(zhuǎn)換。因此，就要及時計算所受力的偏差與實際受力的數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)后進行調(diào)整,從而達到對橋梁幾何變形的監(jiān)測。因此，對于橋梁的幾何變形監(jiān)測非常重要,這種橋需要幾何變形監(jiān)測的重要階段如下:

（1）波紋鋼腹板安裝定位后的撓度。（2）澆筑混凝土梁截面后的撓度。（3）各梁段混凝土澆筑時前一節(jié)段撓度。

四、結(jié)語

影響橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的因素很多,各因素對應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生的影響也是復(fù)雜的,因此，有必要對其影響進行匯總對影響因素和操作經(jīng)驗公式要做更深入的研究。對于腹鋼板的應(yīng)用也應(yīng)主動去探究其在應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，探究其可能發(fā)生的問題，主動考慮應(yīng)力解決方案。在平常的施工中也許問題的解決以及施工不會很完善，但是只要在共同的討論下，相信施工方案的實施就會愈加順暢。

雖然橋梁整體監(jiān)測系統(tǒng)在我國還不算完善,但是通過不斷的研究以及努力,會使橋梁監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展,使橋梁施工以及鋼腹板的應(yīng)用更加完善。同時根據(jù)對橋梁整體結(jié)構(gòu)得了解,可以避免橋梁在施工的過程中的安全問題,有效地解決橋梁施工過程中的可能遇到的其他問題。相信在我們發(fā)展監(jiān)控技術(shù)的同時可以使橋梁建設(shè)發(fā)展更加迅速。