高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控

李家祥

[摘要]近些年來,在西部大開發(fā)的交通建設(shè)中,穿越山嶺重丘區(qū)架設(shè)在陡坡深谷之間的高墩大跨度橋梁日益增多,給高墩、大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展帶來了新的機遇;同時將如何有效地提高該類橋梁的施工控制水平,確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定,保證結(jié)構(gòu)的受力合理和線形平順,為大橋安全、順利架構(gòu)提供技術(shù)保障,既是施工中特別需要關(guān)注的問題;將是本文即要探討的要點所在。

[關(guān)鍵詞]高墩 大跨度 連續(xù)剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控

1 施工監(jiān)控的目的與原則

連續(xù)剛構(gòu)體系在施工過程中要經(jīng)歷多次體系轉(zhuǎn)換,結(jié)構(gòu)單元數(shù)量、荷載逐段變化,是一種復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)。為了保證工程施工質(zhì)量,就需要有一個科學(xué)、合理、適時的施工控制系統(tǒng),來綜合考慮各種影響因素 (溫度差異、應(yīng)力變化),嚴格監(jiān)控整個施工過程中結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、內(nèi)力情況,達到指導(dǎo)施工的目的,以確保橋梁的成橋線形及結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。其控制原則為:(1)施工過程中以截面的應(yīng)力和內(nèi)力為主要控制對象;(2)懸臂段合攏相對高差控制在20mm以內(nèi);(3)橋面線形調(diào)整引起的橋面墊層厚度增減絕對值最小,平均值符合設(shè)計要求;(4)橋面預(yù)拱度滿足二期恒載、1/2活載作用和設(shè)計混凝土徐變年限內(nèi)的徐變變形要求。

2 施工監(jiān)控的方法

2.1施工過程模擬分析方法

施工過程模擬分析是橋梁監(jiān)控的理論依據(jù),由工程實際建立理論模型,對結(jié)構(gòu)各階段的內(nèi)力和撓度進行計算。在施工控制計算中,將各主梁離散呈單梁單元,三個墩底視為固結(jié),兩邊跨端視為鏈桿支承。將單元幾何信息及各施工階段的荷載、徐變、收縮、預(yù)施力等信息輸入數(shù)據(jù)文件,先進行前進分析計算,再進行倒退分析計算。某大橋的施工仿真計算采用了目前能夠應(yīng)用于施工監(jiān)控的大型空間有限元軟件進行施工仿真計算,并采用其空間結(jié)構(gòu)計算軟件再行校核.

2.2參數(shù)調(diào)整理論

設(shè)計參數(shù)識別是根據(jù)施工中結(jié)構(gòu)線形或內(nèi)力的實測值對主要設(shè)計參數(shù)進行識別,尋找產(chǎn)生偏差的原因。然后將修正過的設(shè)計參數(shù)反饋到仿真數(shù)值模型中去,重新給出施工中內(nèi)力和撓度的理論期望值,以消除理論值和實測值不相一致的主要部分,最后達到內(nèi)力和撓度雙控的目標(biāo)。至于灰色預(yù)測控制,則是將各控制點的標(biāo)高理論計算值減去實測值得到誤差序列,建立誤差序列的函數(shù)模型,求得誤差函數(shù),得到誤差估計值,將誤差估計值和理論值相加得出預(yù)測值。

由于連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工中對線形誤差的糾正措施比較少,控制誤差的產(chǎn)生就顯得尤為重要。鑒于此,當(dāng)處在預(yù)應(yīng)力砼梁橋撓度控制過程中可將這兩種理論相結(jié)合,充分發(fā)揮各自的所長。其處理思路是:在施工階段,根據(jù)狀態(tài)變量(控制點位移、控制截面內(nèi)力)的實測值和相應(yīng)理論值,運用參數(shù)識別法對其影響參數(shù)進行識別和修正,重新給出理論期望值;然后根據(jù)理論期望值和實際值的差別運用灰色預(yù)測法對下一節(jié)段的誤差進行預(yù)測篩選。這樣既消除了產(chǎn)生偏差的主要因素,又將控制系統(tǒng)自身的誤差及其他難以精確計算的隨機因素的影響原因降到最小化。

3 施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

3.1高程線形控制

對于高程線形監(jiān)控,目前一般有卡爾曼濾波法、自適應(yīng)控制法和人工網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)(BP網(wǎng)絡(luò))等方法。居于自適應(yīng)控制方法易于被廣大工程技術(shù)人員理解和掌握,已在多座橋梁建設(shè)中成熟應(yīng)用。因此,該大橋在高程線形監(jiān)控方面均采用自適應(yīng)控制方法。現(xiàn)具體介紹如下:

(1)箱梁理論標(biāo)高的計算

在實施監(jiān)控之前,必須做好箱梁設(shè)計線形、目標(biāo)線形和預(yù)拱度線形設(shè)計。箱梁三條理論曲線確立后,即可以應(yīng)用預(yù)拱度曲線確定箱梁立模標(biāo)高:

H琲┝⒛＊=H琲┥杓篇+f1/2靜活截猧+f┖篤諦轂洫猧+F┛⒐お猧

式中:H琲┝⒛＊—第i階段的立模標(biāo)高;

H琲┥杓篇—第i階段的設(shè)計標(biāo)高,由設(shè)計方提供;

f1/2靜活截猧—橋梁承受1/2靜活載所引起的變形;

f┖篤諦轂洫猧—橋梁竣工后由于混凝土后期徐變引起的變形,可通過結(jié)構(gòu)計算求得;

F┛⒐お猧—結(jié)構(gòu)某一點在立模之后,由于以后的施工操作使該點產(chǎn)生變形,這種變形直到成橋竣工時為止。

在標(biāo)高控制中,只要理論模型與實際相吻合,就可以根據(jù)上式得到立模標(biāo)高,在節(jié)段施工時,準(zhǔn)確放樣立模標(biāo)高,即可以達到控制的目的。當(dāng)實測變形和理論計算值不吻合時,應(yīng)調(diào)整計算參數(shù),修正理論模型,消除理論和實際的偏差,掌握實際變形的規(guī)律,通過調(diào)整立模標(biāo)高對橋梁進行控制。

(2)箱梁理論撓度測試方法

結(jié)合以往施工監(jiān)控經(jīng)驗,在該大橋施工中,對每個箱梁懸臂澆筑階段進行四次量測:(a)掛籃移動后;(b)節(jié)段混凝土澆注完;(c)張拉預(yù)應(yīng)力筋前;(d)張拉預(yù)應(yīng)力筋后。這樣既抓住了施工控制的關(guān)鍵階段,也滿足了施工控制的各項要求。

(3)箱梁實測數(shù)據(jù)處理、參數(shù)識別和預(yù)測標(biāo)高

箱梁實測數(shù)據(jù)處理、參數(shù)識別和預(yù)測標(biāo)高是相互關(guān)聯(lián)的三個環(huán)節(jié)。對于實測數(shù)據(jù)處理的要求是及時準(zhǔn)確,處理時對疑問數(shù)據(jù)要及時復(fù)測、復(fù)查;參數(shù)識別是依據(jù)四階段測量的實測值對主要設(shè)計參數(shù)進行分析,然后將修正過的設(shè)計參數(shù)反饋到控制計算中,重新給出施工中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形值,以消除理論值和實測值的偏差;預(yù)測標(biāo)高在參數(shù)識別的基礎(chǔ)上進行,參數(shù)識別時對實測數(shù)據(jù)的分析要準(zhǔn)確無誤,對溫度影響,采用溫度與撓度變形對比量測解決。

(4)溫度變化對高程線形的影響

實測數(shù)據(jù)的主要影響因素是溫度變異,因此,對溫度變化影響高程線形的研究是必不可少的。由于溫度場隨時隨地都在變化,要精確計算溫度的影響幾乎是不可能的。為了盡量避免溫度變化對高程線形的影響,在箱梁施工階段確立筑模標(biāo)高的時候,應(yīng)盡可能選擇在溫度較穩(wěn)定、影響較小的時分進行。

3.2應(yīng)力控制

施工控制中應(yīng)對結(jié)構(gòu)分析所確定的關(guān)鍵截面的受力情況進行應(yīng)力監(jiān)控,適時發(fā)出安全預(yù)警以采取處置措施和保證結(jié)構(gòu)安全。應(yīng)力控制是將現(xiàn)場實測值和理論計算值相比較,通過二者偏差調(diào)整設(shè)計參數(shù)修正計算模型,以達應(yīng)力控制的目的。

目前應(yīng)力檢測是通過檢測應(yīng)變來反映,而應(yīng)變檢測常用鋼弦式應(yīng)力計和鋼筋式應(yīng)力計。鋼弦式應(yīng)力計由于具有性能穩(wěn)定、使用簡便、受溫度影響小且適于長期觀測而得到廣泛應(yīng)用。為了減小溫度的影響,觀測時宜安排在早晨進行,這樣能將溫度引起的誤差降到最低限度。

4 對施工監(jiān)控的幾點看法

(1)對大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋進行施工控制的必要性

設(shè)計文件所提供的預(yù)拱度一般不能滿足實際施工要求,施工控制不但能起到補充設(shè)計和輔助指導(dǎo)施工的作用,更重要的是能起到對影響施工目標(biāo)實現(xiàn)的各種因素的深入研究、檢測及相關(guān)問題的解決,對深刻認識大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的受力及變形特點,提高大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計、施工水平是十分的有意義性。

(2)施工監(jiān)控技術(shù)有待更深一步研究和完善

應(yīng)該研發(fā)專用的施工控制分析軟件,這樣能減少工作量和避免出錯;在影響箱梁撓度的眾多因素中,對溫度因素應(yīng)特別重視,有待深入研討。

(3)施工監(jiān)控工作應(yīng)向橋梁運營階段延伸

橋梁運營期間的內(nèi)力和撓度監(jiān)測能進一步檢驗施工控制的最佳效果,能完善和提高實際和施工控制的技術(shù)水準(zhǔn),同時具能預(yù)報橋梁運營期間可能出現(xiàn)的病害和隱患問題。