預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控

摘要:本文針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁的施工監(jiān)控，論述了橋梁施工監(jiān)控的目的和意義。通過對(duì)橋梁主跨模擬施工及運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁主跨的位移、內(nèi)力、溫度進(jìn)行監(jiān)控，來指導(dǎo)橋梁施工。

關(guān)鍵詞:連續(xù)剛構(gòu)橋 施工控制 健康檢測(cè) 結(jié)構(gòu)分析

0 前言

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋因其跨越能力大、受力合理、行車平順、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是目前大跨徑橋梁中主要采用的橋型之一。連續(xù)剛構(gòu)橋一般采用掛藍(lán)懸臂現(xiàn)澆施工，施工過程中受材料、人員管理、施工工藝、環(huán)境、施工精度等各種因素影響，使橋梁線形和內(nèi)力偏離設(shè)計(jì)要求，甚至導(dǎo)致合攏困難。所以施工中需要實(shí)時(shí)了解橋梁所處的受力、線性狀態(tài)，就要在施工過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)整，故施工監(jiān)控就顯得尤為重要。

1、施工監(jiān)控項(xiàng)目研究目的和意義

連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控的目的是通過在施工過程中對(duì)位移、撓度、應(yīng)力、溫度的監(jiān)測(cè)和采取施工控制，從而確保施工的安全和結(jié)構(gòu)內(nèi)力符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，確保大橋主橋順利合攏，線形符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)施工單位提出的施工方案，對(duì)大橋進(jìn)行模擬施工、運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)分析，在技術(shù)角度對(duì)施工方案作出一定評(píng)價(jià)，以便相關(guān)單位及時(shí)對(duì)施工方案進(jìn)行修改或確認(rèn)。

2、實(shí)測(cè)相關(guān)參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)一般是按規(guī)范取用，而施工控制，部分主要設(shè)計(jì)參數(shù)必須采用實(shí)測(cè)值，以便在施工前對(duì)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行一次修正，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析修正原設(shè)計(jì)線形，確保該橋在成橋后滿足設(shè)計(jì)要求。以橋梁施工環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)使用的材料，如混凝土鋼材鋼絞線材料，按實(shí)際施工工藝及工序等來測(cè)定。一般需要測(cè)定的參數(shù)有:混凝土的3天、7天、14天、28天、3月、半年和一年齡期的彈模?；炷恋娜葜?，采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。

混凝土的收縮、徐變對(duì)主跨應(yīng)力、撓度影響較大，要進(jìn)行實(shí)際的樣本測(cè)量，但一般由于監(jiān)控立項(xiàng)晚，而相關(guān)試驗(yàn)時(shí)間需一年多，可以采用部分試樣短期測(cè)量，獲得部分?jǐn)?shù)據(jù)，再參考資料確定。

3、橋梁主跨模擬施工運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)施工控制的一項(xiàng)重要工作，結(jié)構(gòu)分析采用非線性有限元法，結(jié)構(gòu)施工過程一般有倒退分析與前進(jìn)分析兩種方法。結(jié)構(gòu)分析需要在橋梁主跨施工前提前進(jìn)行。在橋梁的主跨施工懸澆施工前，監(jiān)控人員根據(jù)施工方案中的施工過程與成橋運(yùn)營情況，通過相關(guān)專業(yè)軟件，參考施工方案和實(shí)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各施工狀態(tài)及成橋后的內(nèi)力與位移計(jì)算，從而確定結(jié)構(gòu)各施工階段的內(nèi)力與位移理論值，計(jì)算還可分析確定出橋梁的預(yù)拱度。

4、主跨結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)包括結(jié)構(gòu)線形及位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力梁體溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，在考慮溫度的影響下，和理論計(jì)算值進(jìn)行比較分析，及時(shí)進(jìn)行修正和糾偏。

4.1 主跨結(jié)構(gòu)線形及位移監(jiān)測(cè)

位移監(jiān)測(cè)分為豎直面、水平面內(nèi)的線形及位移監(jiān)測(cè)，通過兩個(gè)面內(nèi)的測(cè)量，能準(zhǔn)確掌握主跨的狀況，有效地控制主跨的施工質(zhì)量?？刂茦蛄壕€形的關(guān)鍵就是對(duì)橋梁撓度的控制，從而做好關(guān)鍵位置的高程觀測(cè)至關(guān)重要。在每個(gè)施工塊件上，布置兩個(gè)對(duì)稱的高程觀察點(diǎn)，不僅可以測(cè)量箱梁的撓度，同時(shí)可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。施工過程中，對(duì)每個(gè)截面需在立模后、混凝土澆筑前后、鋼絞線張拉前后進(jìn)行高程觀測(cè)，以觀測(cè)各點(diǎn)的撓度及箱梁曲線的變化情況，確保箱梁懸臂端的合攏精度及橋面的成橋線形。高程控制點(diǎn)布置在離塊件前端20cm處，采用Ф14鋼筋，與結(jié)構(gòu)鋼筋焊牢并豎直，露出箱梁混凝土表面5cm左右。

測(cè)點(diǎn)的布置:如本工程零號(hào)塊的頂板布置11個(gè)高程測(cè)點(diǎn)，控制頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，還作為后續(xù)各懸澆節(jié)段的基準(zhǔn)高程觀察點(diǎn)，如圖一所示。其他的各懸澆節(jié)段設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖二所示。

將各施工階段2、4兩點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高、預(yù)拱度、預(yù)測(cè)立模標(biāo)高、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成曲線，控制橋梁立面線形。將各施工階段1、3、5點(diǎn)的水平坐標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成曲線，控制橋軸線的平面偏離。

4.2主跨結(jié)構(gòu)應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)

通過對(duì)主跨結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，可以了解主跨結(jié)構(gòu)受力狀況，及時(shí)判定主跨應(yīng)力是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，是否在計(jì)算分析的預(yù)期范圍內(nèi)，從而可了解主跨安全狀況。溫度是影響主梁撓度的主要因素之一，通過對(duì)主跨各節(jié)段溫度監(jiān)測(cè)，以獲得與應(yīng)力及位移相對(duì)應(yīng)的大氣溫度以及主跨箱體溫度，從而分析其對(duì)撓度的影響。目前很多應(yīng)力傳感器可以同時(shí)測(cè)應(yīng)變和溫度。通過應(yīng)變和實(shí)測(cè)的彈模，可計(jì)算出應(yīng)力:σ=ε·Es (σ----應(yīng)力;ε-----應(yīng)變，Es為混凝土或鋼材彈模)

結(jié)構(gòu)各截面測(cè)點(diǎn)布置:本工程11m寬箱梁各主敦與箱梁的根部截面(2、3、7、8截面)均布置14個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中腹板有2個(gè)測(cè)點(diǎn)與水平成45度方向布置、有2個(gè)測(cè)點(diǎn)豎直布置外(測(cè)主應(yīng)力)，其余測(cè)點(diǎn)均為順橋向布置。其它各截面均布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，均為順橋向布置。各跨中截面應(yīng)增加腹板測(cè)點(diǎn)，豎直布置。兼顧運(yùn)營階段在各截面腹板處的上下緣應(yīng)增加部分測(cè)點(diǎn)(4個(gè))。其具體位置如圖三。

傳感器按預(yù)定的測(cè)試方向固定在主筋上，測(cè)試導(dǎo)線引至混凝土表面，施工過程中注意對(duì)傳感器和引出導(dǎo)線的保護(hù)。傳感器原始數(shù)據(jù)采集分為以下階段進(jìn)行:掛籃移動(dòng)前、后;澆筑箱梁砼、后，張拉預(yù)應(yīng)力束前、后。 數(shù)據(jù)采集要每天采集，盡量在早晨9:00前，注明施工階段、日期。數(shù)據(jù)采集后，將各塊件張拉前后的實(shí)測(cè)應(yīng)力值，繪制成曲線研究其其變化規(guī)律，并與各施工階段的理論應(yīng)力進(jìn)行比較分析。

5、施工控制

施工控制包括應(yīng)力控制和線形控制。應(yīng)力控制原則是將實(shí)測(cè)值和理論值、規(guī)范容許值進(jìn)行比較。線形控制原則是保證合攏誤差滿足設(shè)計(jì)和使用要求，確保橋梁使用運(yùn)營階段線形良好。

由于理論計(jì)算分析參數(shù)、計(jì)算假定與實(shí)際情況存在一定差異，以及施工、測(cè)量誤差等原因，實(shí)際施工的結(jié)構(gòu)總與設(shè)計(jì)目標(biāo)有一定的差異。通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)，找出實(shí)際施工與理論計(jì)算情況存在的具體偏差，進(jìn)行定量分析，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和糾偏。

在橋梁施工過程中，對(duì)橋梁主跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，可對(duì)施工中橋梁的線形及位移作出預(yù)測(cè)，提供相應(yīng)立模標(biāo)高、預(yù)拱度等施工控制參數(shù)，以及調(diào)整后的施工方案和優(yōu)化橋梁施工的建議，科學(xué)的指導(dǎo)施工，確保施工安全和質(zhì)量，確保橋梁應(yīng)力和線形符合設(shè)計(jì)要求。

6、結(jié)語

橋梁施工控制作為一門新興的學(xué)科，主要指導(dǎo)橋梁施工，做好過程控制，確保目標(biāo)橋梁線形、內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求，其涉及結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)、測(cè)控儀器、通訊等多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。本人覺得以下幾方面仍需從事監(jiān)控的科研工作者繼續(xù)努力:橋梁控制要不光只在施工階段，還要在橋梁使用階段長期進(jìn)行健康檢測(cè)。因此研發(fā)出性能穩(wěn)定、使用壽命長(如可達(dá)50年)的應(yīng)力溫度傳感器，可以做到施工時(shí)埋設(shè)傳感器，兼顧橋梁的使用階段進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。多學(xué)科配合，開發(fā)出成熟穩(wěn)定的智能控制研究系統(tǒng)， 有配套的分析軟件，能實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將結(jié)果能以圖像動(dòng)態(tài)的直觀顯示，使得橋梁健康監(jiān)測(cè)智能化、系統(tǒng)化、信息化。在實(shí)際的監(jiān)控中，多積累橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，形成系統(tǒng)的理論和方法，供橋梁設(shè)計(jì)施工參考采用。

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