大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)的研究

包欣玥

摘 要：大跨度橋梁施工能夠使橋的內(nèi)力與線形盡可能地符合設(shè)計(jì)要求。在具體的施工過程中，對(duì)大跨度橋梁施工精度控制的影響因素有很多，溫度就是一個(gè)重要因素。本文將從橋梁結(jié)構(gòu)的基本理論出發(fā)，對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)進(jìn)行分析和探究，希望對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：大跨度預(yù)應(yīng)力；混凝土；橋梁施工

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與建筑水平的不斷提高，路橋建設(shè)得到了飛速發(fā)展。但交通荷載與流量的逐漸提高、自然因素對(duì)橋梁造成的不可預(yù)知破壞，都在很大程度上降低了橋梁的安全性。因此，要想使大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的安全性增加，使用科學(xué)、合理地技術(shù)來進(jìn)行施工控制是十分必要的。

一、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)一般用有限元素法對(duì)每個(gè)階段施工情況下對(duì)應(yīng)截面的位移和應(yīng)力加以計(jì)算和分析，用來當(dāng)做施工控制及監(jiān)測(cè)的根據(jù)。當(dāng)前混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法主要有無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法、倒裝分析法和正裝分析法等。正裝分析法可以很好地模擬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際歷程，獲取混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在不同施工階段的受力與位移狀態(tài)，還可以很好地考慮橋梁結(jié)構(gòu)非線性問題與混凝土徐變、收縮等一系列問題。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)事先進(jìn)行正裝計(jì)算。施工預(yù)拱度需要根據(jù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)實(shí)際的加載順序逆過程對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)行為加以確定和計(jì)算。必須根據(jù)倒裝計(jì)算得到的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)每個(gè)階段中間狀態(tài)進(jìn)行施工指導(dǎo)，才可以使混凝土橋梁成橋的狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)行有限元分析的過程中，應(yīng)以其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)為依據(jù)建模。通常來講，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)依據(jù)平面梁單元來分析。在分析計(jì)算軟件的選取方面，需要考慮工程在應(yīng)用時(shí)的便利性，選取在建筑行業(yè)有一定信譽(yù)的正版有限元計(jì)算分析軟件來計(jì)算和分析，從而實(shí)現(xiàn)較好的施工前后處理[1]。結(jié)構(gòu)載荷主要包含人員與設(shè)備的重量、掛籃鋼筋及自重、混凝土自重等，而且需要對(duì)二期恒載重力、風(fēng)荷載、溫度荷載、預(yù)應(yīng)力索張拉力及結(jié)構(gòu)形成過車的相關(guān)荷載進(jìn)行考慮。這些因素可以引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力與變形。通常來說，倒裝計(jì)算結(jié)果是預(yù)拱度控制的根據(jù)，正裝計(jì)算結(jié)果是應(yīng)力監(jiān)測(cè)的根據(jù)。

二、橋梁主梁的線形測(cè)量

（一）設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)與墩頂測(cè)量

通過大橋兩邊的大地來控制網(wǎng)點(diǎn)，采取后方交匯法，使用全站儀來對(duì)墩頂測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，把墩頂標(biāo)高值來當(dāng)做橋梁主梁水準(zhǔn)基點(diǎn)。各個(gè)墩頂都需要設(shè)立一個(gè)軸線基準(zhǔn)點(diǎn)與一個(gè)水平基準(zhǔn)點(diǎn)，使用紅色標(biāo)識(shí)標(biāo)注出來，并且每隔30天都需要聯(lián)測(cè)一次。

（二）測(cè)量主梁頂面高程、軸線及主梁撓度

在各個(gè)節(jié)段的懸臂端梁頂需設(shè)置一個(gè)軸線點(diǎn)與二到四個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)。使用鋼板或是短鋼筋對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)埋，使用紅色油漆標(biāo)注相應(yīng)編號(hào)。使用水準(zhǔn)儀來測(cè)量標(biāo)高，依據(jù)每個(gè)階段施工的順序，各節(jié)段根據(jù)掛籃前移后、張拉后、澆筑混凝土后這三種工況獨(dú)立測(cè)量橋梁的主梁撓度并相互校核。使用鋼尺及全站儀來測(cè)量軸線，運(yùn)用視準(zhǔn)法和測(cè)小角法測(cè)量前端偏位。在視準(zhǔn)的過程中，應(yīng)把軸線后視點(diǎn)牽引到過渡墩附近，通過遠(yuǎn)點(diǎn)來對(duì)近距離點(diǎn)進(jìn)行控制。測(cè)量主梁頂面的混凝土高程時(shí)，相同截面需要測(cè)二到四個(gè)點(diǎn)，依據(jù)橫坡情況求得平均值，從而獲取主梁頂面高程值[2]。不同工況下根據(jù)給定立模標(biāo)高的高程值與觀測(cè)獲得的主梁反拱變化值也能能獲得主梁頂面高程值，兩者加以對(duì)比后能夠?qū)κ┕べ|(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

（三）測(cè)量主梁立模的標(biāo)高

通常來講，頂板底模板需要選取6個(gè)特征位置，底板底模板需要選取3個(gè)特征位置相對(duì)合理。立模標(biāo)高測(cè)量時(shí)應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀，測(cè)量過程中需要避免在溫差大的時(shí)段進(jìn)行測(cè)量、施工單位測(cè)量完成后，監(jiān)督單位需要再次測(cè)量施工每個(gè)節(jié)段立模的標(biāo)高，并進(jìn)行不定期地抽測(cè)工作。

（四）測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形狀

測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形狀應(yīng)包含主梁施工節(jié)段長度、主梁截面高度、上下底板厚底、腹板厚度及主梁上下表面寬度等，同時(shí)監(jiān)督單位應(yīng)定期進(jìn)行抽查和測(cè)量。

三、線性控制的技術(shù)原理

（一）預(yù)拱度控制技術(shù)

通過對(duì)有限元進(jìn)行倒向分析，以實(shí)測(cè)信息為依據(jù)，預(yù)測(cè)和調(diào)整預(yù)拱度的計(jì)算，可以確定更好的預(yù)拱度。誤差調(diào)整法包含最小二乘法、灰色系統(tǒng)、卡爾曼濾波法等，這些調(diào)整方法都對(duì)混凝土橋梁的施工控制起到一定的幫助作用。隨著遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等各類智能方法在國外的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，國內(nèi)也逐漸對(duì)這些智能方法開展了推廣工作。在主梁預(yù)拱度預(yù)測(cè)時(shí)運(yùn)用智能方法，不但能彌補(bǔ)灰色理論輸入?yún)?shù)較為單一的弊端，還能對(duì)卡爾曼濾波法只考慮輸出和輸入線性關(guān)系的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，建立相應(yīng)的輸出與輸入間非線性、多參數(shù)的一種映射關(guān)系。

（二）預(yù)拱度控制指令

作為主梁線性控制最主要的參數(shù)，預(yù)拱度對(duì)邊跨與主跨的合攏起到?jīng)Q定性作用，是合理分布應(yīng)力的關(guān)鍵一環(huán)。預(yù)拱度控制指令通常是監(jiān)督單位設(shè)計(jì)方案，設(shè)代組審核和計(jì)算，由橋梁監(jiān)督工程師簽字之后才可以進(jìn)行施工。施工預(yù)拱度控制指令不但應(yīng)確保一定的科學(xué)性和合理性，還應(yīng)確保一定的及時(shí)性和連續(xù)性。

四、主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及應(yīng)變測(cè)量

（一）選取控制界面

對(duì)于連續(xù)鋼構(gòu)梁橋、T型梁橋和連續(xù)梁橋來說，主梁每個(gè)截面的應(yīng)力會(huì)根據(jù)不同工況而不斷變化。在懸澆時(shí)，應(yīng)根據(jù)靜定結(jié)構(gòu)對(duì)截面進(jìn)行控制，懸澆后轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系，這時(shí)需要根據(jù)超靜定結(jié)構(gòu)來對(duì)截面進(jìn)行控制，由于受二期恒載所影響，對(duì)截面的控制應(yīng)選取合攏段、0#塊根部等部位。通過在界面里安放相應(yīng)傳感元件，可以實(shí)現(xiàn)施工控制與應(yīng)力測(cè)試的目的。在各個(gè)截面里，應(yīng)根據(jù)不同形狀的截面決定傳感元件安放的位置與數(shù)量。

（二）選取布點(diǎn)時(shí)間

在主梁鋼筋設(shè)置完成后、混凝土澆筑前，需要將傳感元件預(yù)埋在控制斷面中，并對(duì)其進(jìn)行一定的防護(hù)工作。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁來說，需要控制和測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)的縱向應(yīng)力。在布點(diǎn)過程中，傳感元件需要沿著橋梁的樁號(hào)或里程進(jìn)行設(shè)置，將主梁縱向鋼筋上下緣用鐵絲進(jìn)行捆扎。

（三）測(cè)試傳感元件的原理及方法

對(duì)傳感元件進(jìn)行測(cè)試的方法有很多，以鋼弦應(yīng)變計(jì)的測(cè)試效果最佳。鋼弦傳感器頻率和應(yīng)變之間的關(guān)系一般是作為折線圖與標(biāo)定表的形式給出，通過二次曲線與三次曲線實(shí)現(xiàn)最小二乘的擬合，從而獲取更好的數(shù)學(xué)表達(dá)式[3]。鋼弦傳感器埋到混凝土里后，軸向受力產(chǎn)生形變，自振頻率出現(xiàn)相應(yīng)變化，在電磁脈沖的作用下有小幅振動(dòng)現(xiàn)象，混凝土變形與鋼弦兩支點(diǎn)之間的弦長相互協(xié)調(diào)。主梁懸澆在施工時(shí)，對(duì)應(yīng)變讀數(shù)的頻度需要根據(jù)掛籃前移、預(yù)應(yīng)力索張拉前后、溫度變化及混凝土澆筑前后等工序進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤測(cè)量。另外，由于應(yīng)變測(cè)試中包含一定的非混凝土應(yīng)變因素，混凝土應(yīng)力在計(jì)算過程中需要進(jìn)行相應(yīng)消除或修正工作，這些應(yīng)變因素表現(xiàn)為溫度、徐變、漂移、初值設(shè)定等諸多方面，在應(yīng)變測(cè)試時(shí)需要注意。

五、結(jié)語

總而言之，當(dāng)前大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工還有許多問題沒有具體的解決方法。在此之前，應(yīng)進(jìn)行必要的經(jīng)驗(yàn)積累。隨著工程發(fā)展需求的擴(kuò)大，這項(xiàng)測(cè)試工作得到了積極開展，在這一背景下，應(yīng)不斷進(jìn)行探索試驗(yàn)、總結(jié)分析、努力實(shí)踐，從而使混凝土橋梁施工控制技術(shù)及應(yīng)力測(cè)試的工作得以進(jìn)一步完善。

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