預應力砼連續(xù)箱梁橋施工過程線形監(jiān)控研究

劉首峰

(義烏市精誠交通工程檢測有限公司， 浙江 義烏 320000)

橋梁線形監(jiān)控一直是研究重點和熱點，如汪順平等利用有限元軟件MIDAS/Civi 2012對懸臂掛籃施工方法和大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工方法下大跨度變截面連續(xù)箱梁的受力特征進行對比分析，得出大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工過程中橋梁墩頂負彎矩較小，且能縮短工期；李國平將大跨徑連續(xù)梁橋施工期結構變形和成橋線形為控制對象，根據(jù)懸臂施工特點控制約束條件、目標函數(shù)、狀態(tài)與變量及實施方法等，取得了較好的效果；冼尚鈞對鋼箱連續(xù)梁橋線形進行控制分析，得到了制造及架設過程中線形變化規(guī)律及調(diào)整措施。該文針對某預應力砼連續(xù)箱梁橋，運用改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡模擬分析施工中線形變化規(guī)律。

1 工程概況

某跨江大橋全長196 m，為跨徑(50+80+50) m預應力連續(xù)剛構橋。橋梁上部結構采用單箱單室截面，頂板厚度為28 cm，寬度為1 850 cm，橫坡為1.5%；底板寬度為1 050 cm，底板上沿順橋向呈二次拋物線變化，截面高度變化范圍為230～500 cm，邊墩支座及跨中截面梁高230 cm，中墩支座梁高500 cm。箱梁頂面沿中心設置人字形橫坡，坡度為1.5%。主梁采用三向預應力體系設置，主梁砼強度等級為C50，按全預應力構件設置。主梁采用掛籃懸臂對稱施工，首先搭設現(xiàn)澆支架澆筑0#塊，然后安裝掛籃懸臂施工澆筑1#～11#塊標準段，邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架澆筑，合龍段先邊跨后中跨合龍，最終進行結構體系轉換，施工完成主梁結構。主橋結構施工控制流程見圖1。

2 主梁模型建立及立模標高確定

為保障主梁準確合龍，降低鋪裝難度，使成橋線形滿足要求，施工過程中采用有限元軟件MIDAS/Civil 2010對橋梁結構進行全過程模擬計算。采用梁單元建立全橋模型，共分為67個節(jié)點、72個單元(見圖2)。

圖1 主梁節(jié)段施工流程

圖2 全橋計算模型

橋梁的線形監(jiān)控主要通過調(diào)整立模標高來實現(xiàn)。首先確定懸臂澆筑各階段的立模標高，箱梁各節(jié)段實際立模標高按下式計算：

Hi立模=Hi設計+Hi理論預拱度+Hi預拱度調(diào)整+

Hi掛籃變形

(1)

式中：Hi立模為第i節(jié)點的實際立模標準高度；Hi設計為第i節(jié)點的設計高程；Hi理論預拱度為第i節(jié)點的理論預拱度；Hi預拱度調(diào)整為參數(shù)誤差產(chǎn)生的理論預拱度的改變值；Hi掛籃變形為掛籃彈性壓縮變形，由掛籃加載施壓后計算得到。

該橋設計中將箱梁底面下沿高程與箱梁上頂面中心高程一起納入理論預拱度中，施工過程中立模標高公式修正為：

Hi立模標高=Hi箱梁頂面中心高程-Hi設計預拱度+

Hi實際預拱度+Hi掛籃變形

(2)

根據(jù)不同箱形截面設計高度，依據(jù)箱梁頂面中心高程可直接計算箱梁地面中心高程，對掛籃進行加載施壓后，通過觀察掛籃的受力與變形狀況，分析由掛籃彈性壓縮導致的變形。只要對實際預拱度值進行設定，即可得到每道工序段的實際立模標準高度。實際施工中，因存在很多不能預知的因素，橋梁結構的實際線形不易達到理想狀態(tài)，當施工現(xiàn)場實測撓度與理論撓度存在差異時，應對設計參數(shù)進行調(diào)整，使其與實際施工狀態(tài)的理論撓度相符，通過施工前的預測與施工后的調(diào)整使橋梁線形滿足要求。該橋施工監(jiān)控過程主要包括平面線形監(jiān)控與箱梁高程線形監(jiān)控，其中平面線形較易控制，故重點對箱梁高程線形進行監(jiān)控，使其與目標線形相符。

3 線形狀態(tài)預測分析

3.1 線形測點分布

在每個施工節(jié)段布置3個對稱的高程測點，采用水準儀對各截面標準高度進行測量，對各測點的箱梁曲線與撓度變化過程進行實時觀測，并與預測值進行比較，為結構狀態(tài)修正提供依據(jù)，確保箱梁懸臂端合龍精度與橋面線形滿足要求(見圖3)。

圖3 線形測點的橫斷面分布(單位：cm)

3.2 線形預測

該橋施工過程中只針對重要設計參數(shù)砼容重進行誤差修正。2#墩大道施工段與小巷側施工段的砼節(jié)段自重不同，重點對8#施工段預應力鋼筋張拉后的狀況進行論述。標高取以0#塊中心為基準點的相對高程。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡對線形進行預測，輸入、輸出參數(shù)見表1。

對2#墩大道8#塊預應力筋張拉后線形狀態(tài)進行預測。表1中實際標高與理論標高為2#墩大道8#塊張拉后各施工段的截面標準高度，以表1中實測標高與理論標高分別作為輸入、輸出參數(shù)，通過整理，得式(3)、式(4)。

表1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸入、輸出參數(shù)

(3)

t=[0.139 0.173 0.278 0.227 0.254

0.276 0.282 0.310]

(4)

利用式(5)對表1中數(shù)據(jù)進行歸一化處理，結果見表2。

(5)

式中：x′為該組元素歸一化后輸入(輸出)值：a、b為常量，其值依據(jù)現(xiàn)實狀況確定，該橋取a=0.2、b=0.6；x為該組元素歸一化前輸入(輸出)值；xmax為同一類輸入(輸出)值中最高值；xmin為同一類輸入(輸出)值中最低值。

表2 歸一化后的輸入、輸出參數(shù)

將表2中數(shù)據(jù)轉變成下列矩陣：

得到仿真預測數(shù)據(jù)為：

A=[0.181 0.373 0.431 0.435 0.650

0.727 0.682 0.784]

再將該矩陣反歸一化，得：

A=[0.091 0.235 0.191 0.231 0.234

0.289 0.307 0.286]

3.3 線形預測結論

運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡對該橋線形進行預測，并與實測值對比，結果見表3～5。

根據(jù)表3～5，該橋合龍精度為：1#墩大道邊跨10.89 mm，中跨18 mm，小港側邊跨16.29 mm，邊跨、中跨合龍精度均未超過20 mm，滿足控制要求。各截面高程值見表6～9。

表3 1#墩標高預測值與理論計算值、實測值的比較

表4 2#墩標高預測值與理論計算值、實測值的比較

表5 1#墩大道標高預測值與理論計算值、實測值的比較

表6 1#墩大道高程值

表7 1#墩小港側高程值

由表6～9可知：經(jīng)過施工線形監(jiān)控，各墩梁合龍后實測標高與設計標高差異不大，理論計算值與實際變形值的誤差較小，只有極少數(shù)測點實測高程與設計高程出現(xiàn)較大偏差。主要原因是標高測點在施工中被壓彎與破壞或測量中存在一些不可避免的因素，如大風等使主梁產(chǎn)生振動、儀器不準等。

表8 2#墩大道高程值

表9 2#墩小港側高程值

4 結論

(1) 該橋變形值小于20 mm，滿足控制要求。

(2) 合龍精度符合設計要求。

(3) 橋梁合龍后，左右對稱性較好。

(4) 主橋線形平順、流暢，與預期目標一致。