混凝土現澆梁與斜拉索綜合線性內力監控技術

摘" 要：隨著大跨度斜拉橋結構的廣泛應用，其施工安全與精度控制愈發受到重視。該文圍繞混凝土現澆梁與斜拉索的綜合線性內力監控技術展開，旨在提高施工階段的監控效率和精確度。通過設置詳盡的監測點和采用高精度監測儀器，對主塔偏位、承臺沉降和結構應力進行實時監測。預期通過實施系統的監控方案，能有效控制結構在施工過程中的偏移和變形，確保結構安全和施工質量。該研究強調精確監控在確保大跨度斜拉橋結構施工安全中的關鍵作用，為今后類似工程提供重要的技術參考。

關鍵詞：施工監控；混凝土現澆梁與斜拉索；綜合線性內力監控；施工安全；施工精度

中圖分類號：U445" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）03-0193-04

Abstract： With the widespread application of long-span cable-stayed bridge structures， their construction safety and accuracy control have been paid more and more attention. This article focuses on the comprehensive linear internal force monitoring technology of cast-in-place concrete beams and stay cables， aiming to improve the monitoring efficiency and accuracy during the construction stage. By setting up detailed monitoring points and using high-precision monitoring instruments， real-time monitoring of the main tower deflection， pile cap settlement and structural stress was carried out. It is expected that by implementing a systematic monitoring plan， the deviation and deformation of the structure during the construction process can be effectively controlled to ensure structural safety and construction quality. This study emphasizes the key role of accurate monitoring in ensuring the construction safety of long-span cable-stayed bridges and provides important technical reference for similar projects in the future.

Keywords： construction monitoring; cast-in-place concrete beams and stayed cable; comprehensive linear internal force monitoring; construction safety; construction accuracy

混凝土現澆梁與斜拉索因其卓越的承載能力和靈活的設計特性，成為各類橋梁及高層建筑的關鍵結構元素。這些結構的安全性與穩定性直接關系到人員的生命財產安全。然而，傳統的監控技術常因技術手段和監控范圍的限制，難以實時、全面捕捉結構在復雜環境與負荷作用下的內力變化[1]，從而無法有效預警潛在的結構安全問題。本研究旨在突破現有技術的局限，探索和驗證綜合監控技術在實際工程應用中的有效性與可行性，以期最大化工程結構的安全性與經濟性。

1" 工程概況

清江市政特大橋項目是一項集現代設計理念和復雜工程技術于一體的挑戰性建設。該橋梁位于長陽土家族自治縣，是一座長度為358.5 m的中央雙索面預應力混凝土斜拉橋，采用三跨高低塔布局，主要用途為雙向四車道交通。橋梁的設計充分考慮了結構的穩定性與經濟性，將先進的工程技術和材料應用于各個建設階段。

橋梁主梁部分采用全預應力混凝土構件，梁體截面設計考慮了力學性能和經濟效益，以C55高強度混凝土確保長期耐用性。主梁的懸臂澆筑施工方法特別適用于大跨度斜拉橋，此種施工技術有助于控制結構在施工過程中的穩定性。此外，主梁的縱向、橫向和豎向預應力系統均采用高效的錨固和張拉技術，保證了整個結構的內力優化分布。斜拉索作為橋梁的關鍵承載元素，采用高強度鋼材和先進的防腐護套技術，確保了其在復雜環境下的長期性能。橋塔設計采用不對稱獨柱型，以應對由橋面荷載產生的不平衡力，同時也優化了視覺美觀性和結構經濟性。在橋面系統方面，采用了多層瀝青砼結構，確保了良好的行車舒適性和耐用性。橋面設計同時考慮了安全和功能性，通過合理的人行道和車道分配，以及高效的排水和防滑系統，確保了橋梁在各種天氣條件下的安全使用。下部結構的設計和材料選擇反映了對地質條件的深入考慮。主塔承臺和墩基采用高性能混凝土，結合深基礎技術，以適應復雜的地下水流和地質結構。此外，橋梁支撐體系的設計采用了創新的固定和活動支座系統，以適應溫度變化和結構變形。該橋的關鍵參數見表1。

整體而言，清江市政特大橋不僅是一座功能性交通設施，也是工程技術的展示平臺，其設計和施工充分體現了現代橋梁工程的高標準和嚴要求。

2" 施工監控技術概述

2.1" 施工監控的作用

施工監控的核心在于通過持續的數據采集和優化控制，確保施工過程中的結構受力和變形始終保持在安全和合理的范圍內[2]。這不僅涉及到實時監測，也包括對數據進行深入分析，預測成橋狀態，并據此調整施工策略。通過這種方法，可以實現施工中的結構受力合理化，控制結構變形在允許的安全范圍內[3]。此外，施工監控通過對施工過程中出現的各種影響因素，如施工荷載變化、混凝土澆筑誤差、材料彈性模量變化、溫度變化及結構體系調整等進行動態調整。這些因素在設計階段往往難以完全預測，但其變化直接影響到結構的線形和內力分布，進而影響施工質量和橋梁的最終性能。

2.2" 施工監控的目標

施工監控的目標（表2）是確保整個建設過程中的結構安全性和符合設計規范，同時達到高效的施工管理和質量控制。

結構安全性和穩定性：確保施工階段的結構內力和線形接近控制目標狀態，使結構狀態始終處于安全可控的范圍內。通過實施有效的結構仿真分析和對關鍵構件進行應力及變形測試，形成實時的結構行為監測與控制系統。

異常情況的及時發現與預警：通過持續監測結構關鍵截面的應力和變形，及時發現潛在的結構問題，并實施預警機制，以防止任何可能導致結構不穩定或安全事故的情況。

監控精度與技術規范的一致性：確保所有監控活動的精度符合JTG/T 3650-01—2022《公路橋梁施工監控技術規程》和相關工程施工及質量驗收標準，保證施工質量和監控活動的高標準執行。

施工進度與質量的平衡：采取的監控和誤差調整措施應保證不對施工工期產生負面影響，同時保持結構質量和施工效率。

成橋后的結構性能：監控目標包括確保成橋后主梁的線形平順和結構應力分布合理，以及斜拉索的索力接近設計狀態，確保長期的結構性能和安全。

通過上述目標約束，保證結構在施工過程中的內力和線形控制在設計的安全和功能范圍之內。

2.3" 施工監控的計算方法

2.3.1" 前進分析法

前進分析法根據施工方案逐階段計算，每一階段基于前一階段的結構狀態進行分析。這種方法適合于施工過程中結構狀態逐步演化的情況，允許精確跟蹤結構受力和變形的變化。計算表達式形式如下

σi+1=f（σi，i，Δi），（1）

式中：σi+1和σi分別表示第1i+1和i階段的結構應力，i為第i階段的結構變形，Δi為該階段施加的變形增量。

2.3.2" 倒拆分析法

倒拆分析法從假設的成橋合理狀態出發，按照施工步驟的逆過程進行結構解析，從而確定合理的施工狀態。這種方法特別適用于需要精確控制施工結束狀態的大型橋梁工程

σi=f-1（σi+1，Δσi+1），（2）

式中：Δσi+1是從1i+1到i階段應力的逆變化。

2.3.3" 正裝-倒拆迭代法

該方法結合了正裝和倒拆的優點，通過迭代改進計算精度，特別適用于結構復雜性和施工精度要求極高的橋梁。迭代過程采用如下形式

σ=g（σ，Δσ），（3）

式中：n表示迭代次數（次），σ和σ分別是迭代過程中第i和1i+1階段的應力狀態（MPa）。

2.3.4" 無應力狀態控制法

無應力狀態控制法基于的核心假設是，斜拉橋的各個構件在無應力狀態下的長度和形狀是固定的。這種方法通過分析斜拉橋在完全無應力狀態下的幾何參數，預測施工中應維持的控制量。

在施工過程中，各構件的無應力狀態可以表示為

L0=L-∫dx，（4）

k0=k-∫dx，（5）

式中：L0k0分別是構件的無應力長度（m）和無應力曲率（1/m），L是實際測量長度（m），是由于外部荷載、溫度變化等因素引起的應變，k是實際曲率（1/m），M是彎矩（kN·m），EI是構件的彎曲剛度（kN·m2）。

無應力狀態控制法的關鍵在于準確計算出在施工過程中各構件應維持的無應力狀態，本研究即以此為基礎進行施工控制。

3" 混凝土現澆梁與斜拉索的綜合線性內力監控

3.1" 幾何參數控制

3.1.1" 塔柱線形控制

塔柱線形控制主要目的是確保橋塔在施工完畢后的幾何線形滿足設計規范，包括塔柱的直線度和垂直度。這需要在施工過程中持續監測塔柱的位移和傾斜，以及時進行調整。具體見表3。

3.1.2" 拉索錨點坐標和索導管傾角控制

拉索錨點坐標和索導管傾角的精確控制對于斜拉索的無應力長度和主梁的線形具有決定性影響。具體見表4。

設計參數確認：先通過設計參數確認每個錨點和索導管的理論位置和角度。

施工放樣：利用全站儀和其他精確測量工具，進行初步的錨點和導管位置放樣。

預埋套筒調整：預埋套筒的位置需要預先計算包括彈性壓縮和收縮、徐變在內的預抬高，以補償施工過程中的變形。

測量與調整：在錨點和索導管安裝過程中，重復測量并調整至設計位置，確保偏差控制在允許范圍內。

復測與校正：每次調整后都需要復測，確保每一步調整都精確無誤。

3.2" 偏位監測

偏位監測是斜拉橋施工中的關鍵活動，尤其是對于主塔的施工和運營階段。主塔偏位監測旨在確保塔體在順橋向和橫橋向的位置精確，以控制和優化橋梁的整體線形和穩定性。主塔偏位監測的主要目的是評估和控制主塔在施工和成橋狀態下的位置變化[4]。主塔的偏位監測工作在施工過程中由施工單位配合完成。使用全站儀進行主塔頂部的偏位測量是標準做法。

具體包括以下步驟。

測量布點：監測單位和施工單位需在相同的位置設置測點，并對測點坐標進行復核，以確保數據的準確性。

數據采集：在主梁各施工節段完成后，使用全站儀測量塔頂的三維坐標變化，從而計算出塔頂的偏位。具體測量工作需要施工單位的協助。

測點布設：主塔偏位測點應設置在主塔頂部，每個方向設2個棱鏡，以提高測量的準確性和可靠性。

結構完成后的測量：每完成一節主梁施工后進行一次偏位測試。

連續監測：為了研究溫度變化對塔頂位移的影響，選取典型氣候條件下，進行連續24 h的偏位測量。

3.3" 承臺沉降

隨著主塔和主梁施工的推進，承臺承受的壓力增大，可能導致承臺出現沉降現象，這對橋梁的結構整體性和功能性都可能產生顯著影響。主塔承臺沉降監測的主要目的是確保橋梁的上部結構安裝精度和標高一致性，以及維護整體結構的受力平衡。承臺的均勻沉降雖然對結構受力的直接影響較小，但可能會顯著影響主梁的整體標高，導致與設計標高出現偏差，影響橋梁與相鄰引橋的順暢連接[5]。而不均勻沉降則可能對結構受力和上部主梁線形產生較大影響，因此監測和控制沉降至關重要。

測點布設：在主塔承臺上布置沉降觀測點，每個承臺通常布置4個觀測點。這些觀測點均勻分布于承臺的關鍵位置，以全面捕捉可能的沉降行為。

監測儀器及方法：承臺沉降的監測主要采用精密水準儀進行。

監測流程包括：①初始測量，在承臺施工完成后立即進行首次標高測量，以建立初始數據基線。②定期跟蹤測量，隨后根據施工進度和結構負荷情況，定期測量承臺觀測點的標高變化。在主塔施工期間，建議每2個月進行一次測量；在主梁施工期間，每完成2個梁段后進行一次測試。

3.4" 應力監測

施工應力監測主要是為了補充設計計算中的不確定性，比如物理力學參數和時間參數在實際工程中的偏差。通過對主塔和梁體的控制截面進行應力監控，可以提供必要的數據支持，確保設計和施工控制的準確性。

測點布設：在主塔的關鍵部位，特別是塔柱根部和主梁與主塔交接截面附近，布置應力監測截面。全橋主塔應力監測截面共設4個，每個截面配置8個應變傳感器。在主塔塔柱安裝并澆筑混凝土后立即進行應力測試。在上/下塔柱節段施工進行至一半時，再次測試A-A斷面及B-B斷面的應力。在主梁施工過程中，分別在施工完成1/4、1/2、3/4階段及合龍前后各進行一次應力測試。

橋面鋪裝完成后，進行最終的應力測試，以驗證整體結構的應力狀態是否符合設計標準。通過這些綜合的應力監測措施，可以確保施工過程中結構的應力狀態始終得到有效控制，及時發現并解決由應力異常引起的結構問題，從而保障斜拉橋的長期穩定性和安全性。

4" 結束語

本研究通過深入分析和實施綜合的監控策略，預期能有效調節斜拉橋在施工過程中的關鍵結構參數，確保結構的安全性和功能性。精確的施工監控不僅能提高工程質量，還能為未來類似的大型橋梁工程提供重要的實踐經驗和技術支持，展示系統監控技術在現代橋梁工程中的應用價值。

參考文獻：

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