橋梁應(yīng)力監(jiān)測與控制

姜 鵬

(中鐵大橋局設(shè)計分公司，湖北 武漢 430050)

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橋梁應(yīng)力監(jiān)測與控制

姜 鵬

(中鐵大橋局設(shè)計分公司，湖北 武漢 430050)

分析了望東長江公路大橋江內(nèi)引橋采用移動模架施工的技術(shù)，對橋梁施工全過程的應(yīng)力監(jiān)測與控制方法進(jìn)行了研究，并通過對應(yīng)力測試誤差處理以及對模型約束條件的修正，更真實的反映了橋梁實際受力狀況，對其他一些用移動模架施工的監(jiān)控項目有一定的參考意義。

移動模架，應(yīng)力監(jiān)測與控制，模型約束條件

0 引言

應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果不僅可以評價橋梁的施工質(zhì)量，而且可以對施工中結(jié)構(gòu)的安全起到預(yù)警作用，還可以用于成橋后的跟蹤監(jiān)測，進(jìn)一步完善橋梁設(shè)計理論。施工中實際應(yīng)力受到諸多方面的因素影響，理論應(yīng)力同樣也受到許多方面的因素影響，如何消除這些不確定的影響因素，更加真實的反映橋梁實際受力與理論應(yīng)力的關(guān)系，成為當(dāng)下施工控制所關(guān)注的重大問題。

1 工程概述

江內(nèi)引橋上部構(gòu)造跨徑布置為(4×55+4×55+5×55)m，全長715m。采用單箱單室直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土等高度連續(xù)箱梁，橋面全寬33.0m，單幅箱梁高3.2m，頂板寬16.0m，底板寬8.0m，腹板厚度沿橋跨變化，由跨中處50cm漸變至支點處100cm；頂板厚30cm，底板厚度沿橋跨變化，跨中處為30cm，支點處為60cm。下部采用根式沉井基礎(chǔ)，墩頂采用花瓶形式，墩身設(shè)置景觀凹槽，橋墩墩身橫橋向尺寸為4.5m，墩頂按兩段圓弧漸變?yōu)?.0m，橋跨布置及主梁截面見圖1和圖2。

2 江內(nèi)引橋主要施工程序

江內(nèi)引橋采用下行式55m移動模架施工。施工順序為：移動模架主梁拼裝、起吊→牛腿安裝→主梁就位→鼻梁安裝→橫梁及底模安裝→底模預(yù)拱度調(diào)節(jié)→側(cè)模、翼緣模板安裝及預(yù)拱調(diào)節(jié)→移動模架預(yù)壓→箱梁施工→移動模架前移至下一跨。

3 施工應(yīng)力監(jiān)測與修正

3.1 測點布置

應(yīng)力測試斷面的選擇除了要考慮橋梁受力的最不利截面，還要考慮結(jié)構(gòu)的對稱性及橋梁自身的施工特點，基于此，對于四跨一聯(lián)箱梁共布置7個應(yīng)力測試斷面，分別為1/4L截面、跨中截面、3/4L截面和中支點截面，具體布置如圖3所示。

3.2 應(yīng)力測試工況

本橋各跨應(yīng)力測試選擇在混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉后、移動模架走行到位等三個工況。

3.3 應(yīng)力修正方法

影響混凝土應(yīng)變測試的因素很復(fù)雜，主梁應(yīng)變測量值除包括了荷載作用引起的彈性應(yīng)力應(yīng)變外，主要還包括收縮、徐變、溫度等影響而產(chǎn)生的應(yīng)變。在箱梁橫斷面與彎曲應(yīng)力平面的交界處，存在一條各點正應(yīng)力都為零的線，這條線稱之為中性軸，故在此位置處只存在收縮徐變與溫度產(chǎn)生的應(yīng)變，在此位置上埋入補(bǔ)償應(yīng)變計，其他位置埋入應(yīng)力應(yīng)變計，見圖3。由于收縮徐變主要受混凝土齡期的影響，而在環(huán)境基本穩(wěn)定的狀態(tài)下，主梁豎向溫度梯度產(chǎn)生的縱向位移值非常小，可忽略不計。因而在考慮主梁縱向應(yīng)力應(yīng)變時只需要將所測的補(bǔ)償應(yīng)變值扣除，即得到主梁縱向由荷載產(chǎn)生的應(yīng)變值，再分別取各頂?shù)装鍛?yīng)變計所測應(yīng)變的平均值作為主梁頂?shù)装宓膽?yīng)變值，通過σ彈=E·ε計算其實際應(yīng)力，其中，E為混凝土彈性模量；ε為荷載作用下混凝土的彈性應(yīng)變。

由上述方法測得的應(yīng)力值應(yīng)同時考慮測量儀器本身的精度以及混凝土的彈性模量等因素的影響，因此，在量測前必須做好測量儀器的標(biāo)定以及混凝土彈性模量的測量。只有這樣才能確保測試結(jié)果盡可能地接近于結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)。

4 施工監(jiān)控仿真分析

本橋計算采用MIDAS/Civil軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行正裝分析。結(jié)構(gòu)的理論應(yīng)力主要受到截面參數(shù)的選取、工況的劃分、外荷載作用以及材料特性的影響，而這些影響因素基本可通過實驗以及對施工過程精細(xì)化實施的模擬來消除，對于模型邊界條件的假定，可沿主梁節(jié)點下方一定距離相應(yīng)的建立一個節(jié)點，新建節(jié)點與主梁的連接采用彈性連接，新建節(jié)點處采用固接，彈性連接的大小可根據(jù)模架預(yù)壓的彈性數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行線形擬合而求得。

在移動模架拼裝就位后，為檢驗其承載能力及整體穩(wěn)定性，保證施工安全，首先應(yīng)做模架的預(yù)壓試驗，以此消除模架的非彈性變形，并觀測其彈性變形，將變形數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)一步擬合，移動模架的理論數(shù)據(jù)可通過有限元分析而得到，預(yù)壓下?lián)现笛貥蜷L方向的對比結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)分析結(jié)果可知，模架的實際剛度較理論值偏大，偏大的比例近似等于兩曲線相對點的差值的算術(shù)平均值與最大理論變形值的比值，即剛度應(yīng)在理論剛度的基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)的增大，增加的數(shù)值為6.6%，在分析模型中建立其邊界條件，使軟件建模更符合實際施工狀態(tài)，得到更能反映實際施工的一系列數(shù)據(jù)，并通過與后續(xù)跨理論變形的比較，不斷的修正優(yōu)化。經(jīng)優(yōu)化前與優(yōu)化后對比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力偏差基本在0.3MPa左右，經(jīng)優(yōu)化后的理論應(yīng)力更能符合橋梁實際工作狀態(tài)。

本橋計算主要采用MIDAS/Civil有限元分析軟件，建立首聯(lián)4×55m箱梁模型，本聯(lián)共設(shè)209個節(jié)點、113個梁單元，成橋有限元模型如圖5所示。

5 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

在整個施工過程中，鋼束張拉后的應(yīng)力值是本跨所有施工工況下應(yīng)力的最大值。表1中列出了4×55m箱梁在第3跨預(yù)應(yīng)力張拉后的實測應(yīng)力值與理論計算值之間的對比結(jié)果(表中實測值為該截面頂?shù)装鍛?yīng)力測量的平均值)。

表1 4×55 m主梁應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

6 結(jié)語

由以上結(jié)果的對比分析可知，各測試斷面的實測應(yīng)力與理論應(yīng)力較為接近，橋梁的施工質(zhì)量滿足成橋設(shè)計要求，反映了橋梁的理論計算與實際受力狀態(tài)較為吻合，模型邊界的模擬和實測應(yīng)力的修正可指導(dǎo)后續(xù)兩聯(lián)的施工。通過對該橋的應(yīng)力監(jiān)測與控制，對于同類橋梁施工監(jiān)控給出以下建議：

1)在布置應(yīng)力截面時應(yīng)考慮選取適當(dāng)位置布置補(bǔ)償應(yīng)變計，盡可能選取中性軸位置埋設(shè)。2)在應(yīng)力測試時盡可能選擇環(huán)境溫度較穩(wěn)定時段進(jìn)行，以便消除溫度梯度對應(yīng)力的影響。3)在建立有限元分析模型時，應(yīng)綜合考慮施工實際狀況，包括材料特性、階段劃分、施工順序等問題，特別注意模型邊界的模擬應(yīng)盡可能符合施工實際狀態(tài)。4)施工中應(yīng)密切關(guān)注橋面臨時荷載的堆載及位置，并應(yīng)嚴(yán)格控制橋梁截面尺寸與重量不出現(xiàn)大的偏差。5)預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計要求執(zhí)行，張拉位置在混凝土澆筑前應(yīng)檢查鋼筋整體配置情況，避免出現(xiàn)張拉位置開裂與應(yīng)力集中現(xiàn)象。

[1]李慶華.材料力學(xué).成都：西南交通大學(xué)出版社，1994.

Bridgestressmonitoringandcontrol

JiangPeng

(China Railway Bridge Bureau Design Branch Company, Wuhan 430050, China)

ThethesisanalyzesmovableformworkconstructiontechnologyadoptedinWangdongChangjiahighwaybridge,andstudiesbridgeconstructionstressmonitoringandcontrolmethods.Throughprocessingstresstestingerrorsandcorrectingmodelconstrainingconditions,itreallyreflectsactualbridgestressconditions,whichhascertainguidingmeaningforothermovableformworkconstructionmonitoringproject.

movableformwork,stressmonitoringandcontrol,modelconstrainingconditions

1009-6825(2015)01-0182-02

2014-10-25

姜 鵬(1986- )，男，助理工程師

U

A