大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋施工監(jiān)控及溫度效應(yīng)分析

韓童

蘭州乾元交通規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司 甘肅 蘭州 730000

一、概述

連續(xù)鋼構(gòu)橋的主梁是重要結(jié)構(gòu)，連續(xù)鋼構(gòu)橋在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和梯形結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合起來的一種新型連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)，將主梁連設(shè)計(jì)成新型體系，具有連續(xù)梁的優(yōu)點(diǎn)，其中減少了跨中的正彎曲，初始量比較高，相對(duì)尺寸減小，外形美觀，省去了大型制作，在施工過程中無需臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，可能提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在橋梁施工過程中，監(jiān)控是對(duì)橋梁重要構(gòu)件展開的監(jiān)測和控制，第三方監(jiān)控對(duì)象主要覆蓋于整個(gè)橋體，跨度連續(xù)橋梁等其他結(jié)構(gòu)橋梁，橋梁的整個(gè)施工過程中覆蓋十個(gè)乃至更多的施工狀況，隨著工程進(jìn)展的不斷發(fā)生，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)施壓也在不斷進(jìn)行變化，施工過程中的監(jiān)控，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測來保證理論分析結(jié)果有對(duì)比數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握橋梁的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，以保證橋梁的安全性。運(yùn)用監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，暫停施工組織各方召開新的解決方案，橋梁監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)備，施工質(zhì)量，效率等若干地方仍需要提升，在研究方向雖然做了基礎(chǔ)優(yōu)化，但是施工過程中還有很多難點(diǎn)問題需要突破。

二、項(xiàng)目概括

粵暉大橋全橋孔跨布置為6x25m+[69+2x115+69]m+6x25m，橋梁全長668m。主橋?yàn)?9+2x115+69m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土鋼構(gòu)-連續(xù)組合箱梁。主橋箱梁主跨為115m，邊跨為69m，跨中及邊跨端部梁高2.7m，根部梁高6.8m，箱底曲線采用2次拋物線，箱梁為單箱雙室斷面，頂寬21m，底寬12m，兩側(cè)懸臂長4.5m，箱梁頂板厚30cm，在根部及端部逐漸變化至90cm和100cm，

三、施工監(jiān)控的原則和方法

3.1 監(jiān)控原則

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼構(gòu)連續(xù)組合梁橋?qū)?huì)使用懸臂進(jìn)行施工，橋梁施工過程需要經(jīng)過多次體系轉(zhuǎn)化，施工階段繁多、花費(fèi)時(shí)間長，如果計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)取值（混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永久預(yù)應(yīng)力等）與施工中實(shí)際遇到問題情況都存在很大差異以及環(huán)境溫等周圍因素的影響，就會(huì)造成各個(gè)施工階段存在多重內(nèi)應(yīng)力問題，造成設(shè)計(jì)值偏離的現(xiàn)象，甚至超出過多規(guī)定的內(nèi)應(yīng)力和位移，若無法通過合適方式進(jìn)行控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并作出調(diào)整，就會(huì)造成橋梁的應(yīng)力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)施工當(dāng)中，必須得到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整措施，根據(jù)施工中得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行新相關(guān)參數(shù)值的修正和改動(dòng)，保證計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況互相吻合，利用計(jì)算模型進(jìn)行后期指導(dǎo)施工，當(dāng)結(jié)構(gòu)測量到的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果誤差過大，通過得到的誤差參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)算法保證后期調(diào)節(jié)計(jì)算模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，使模型的輸出結(jié)果與現(xiàn)實(shí)施工過程需求數(shù)據(jù)達(dá)到一致，得到了修正的計(jì)算模型參數(shù)后，重新計(jì)算施工過程中各個(gè)階段理想狀態(tài)。以保證后續(xù)進(jìn)行合攏橋面時(shí)線形的良好，后期施工過程中不會(huì)出現(xiàn)過大的應(yīng)力。最終保證后期成型的橋梁符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于每個(gè)階段的懸臂澆筑施工都需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力計(jì)算，尤其是混凝土鋼構(gòu)-連續(xù)組合箱梁，進(jìn)行施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工階段計(jì)算以保證制造安全，量出出每個(gè)懸澆階段的立模標(biāo)高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測和對(duì)下一階段立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，保證成橋后的橋面線形、保證合攏段懸臂標(biāo)高的相對(duì)偏差在規(guī)定值以內(nèi)以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)該橋連續(xù)梁部分都需進(jìn)行施工監(jiān)控，來保證施工過程中每個(gè)階段建造結(jié)構(gòu)的安全性，確保橋梁成橋橋面線形及受力狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范。

全橋計(jì)算模型

3.2 檢測方法

在施工監(jiān)控過程中主要控制內(nèi)容為：主梁線形、受力。施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變形(撓曲)，在橋梁變形也受到很多周圍因素影響，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中得到的實(shí)際位置(立面標(biāo)高，平面位置)狀態(tài)無法到達(dá)預(yù)期狀態(tài)，導(dǎo)致橋梁無法順利合攏或成橋線形與設(shè)計(jì)要求相差過大，因此，后期主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高一定要確定合理，確保主梁的線形是否平順、符合設(shè)計(jì)等各種問題。本項(xiàng)目通過在零號(hào)塊頂端埋設(shè)2~3個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，以便基準(zhǔn)點(diǎn)間的互檢以及某一點(diǎn)受到施工干擾時(shí)可以啟用備用模式，此處的橋面標(biāo)高，不會(huì)收到主梁施工及周圍溫度影響，能夠保證撓度變形監(jiān)測基準(zhǔn)趨于穩(wěn)定。在每一個(gè)梁段懸臂端距末端5~12cm附近布設(shè)2~6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，若有沖突需要依照施工具體情況進(jìn)行相對(duì)應(yīng)調(diào)整，其中一個(gè)點(diǎn)布設(shè)在主梁中心線上，另外四個(gè)點(diǎn)分別對(duì)稱布設(shè)在邊腹板及懸臂上。其中設(shè)兩個(gè)對(duì)稱測點(diǎn)，可通過兩個(gè)點(diǎn)的撓度比較，觀測到該節(jié)段箱梁有無出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)；同一節(jié)段箱梁上有兩個(gè)觀測點(diǎn)也可以比較監(jiān)測結(jié)果，相互驗(yàn)證，可以保證各節(jié)段箱梁撓度觀測有正確的結(jié)果。

基準(zhǔn)點(diǎn)及測點(diǎn)布置大樣圖

安裝應(yīng)力監(jiān)測是依靠應(yīng)力監(jiān)控測量數(shù)據(jù)進(jìn)行選定。確保梁截面的應(yīng)力狀況， 依靠梁體重量及其它荷載相對(duì)變化情況進(jìn)行調(diào)整，來保證結(jié)構(gòu)施工可以安全進(jìn)行。本橋我們選用鋼弦式應(yīng)變計(jì)，并在埋設(shè)應(yīng)力測點(diǎn)的相同部位埋設(shè)無應(yīng)力計(jì)，補(bǔ)償混凝土自身的體積應(yīng)變和收縮應(yīng)變以及自由溫度應(yīng)變。在測試工藝上采取相對(duì)措施，保證混凝土與周圍溫差產(chǎn)生的應(yīng)變減小到最低值，或根據(jù)測量時(shí)的齡期、周圍環(huán)境溫度狀態(tài)及時(shí)修正。保證連續(xù)梁懸臂施工時(shí)受力特點(diǎn)和施工控制達(dá)到預(yù)期要求，同時(shí)考慮到施工特點(diǎn)和所要求的進(jìn)度安排，進(jìn)行斷面的應(yīng)力監(jiān)測，選擇12個(gè)主梁應(yīng)力監(jiān)測斷面。然后根據(jù)施工工況進(jìn)行跟蹤觀測，重點(diǎn)應(yīng)力讀測：1/4跨徑階段、1/2跨徑階段、成橋、體系轉(zhuǎn)換、二期恒載。數(shù)據(jù)測量必須同時(shí)對(duì)溫度及相對(duì)應(yīng)力進(jìn)行讀測與記錄。

應(yīng)力測試斷面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D

四、施工監(jiān)控結(jié)構(gòu)分析

連續(xù)橋梁的懸臂階段是靜止不動(dòng)的，如果合攏過程中不施加額外的力，在后期梁內(nèi)的應(yīng)力一般不會(huì)出現(xiàn)偏差，因此在整座橋工過程中，控制橋梁的線形是最主要的任務(wù)，如果在施工階段橋體偏離，除了預(yù)留的預(yù)應(yīng)力大小，沒有其余調(diào)整的余地，剩下的調(diào)整余量也是極其有限的，所以說對(duì)整個(gè)橋的建成是非常不利的，一旦出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠(yuǎn)存在，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的橋梁不穩(wěn)的問題。在懸臂澆筑，橋梁施工過程中，已完成的橋梁是無法進(jìn)行調(diào)整的，只能用未完成的橋梁進(jìn)行新的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行調(diào)整。在施工過程中，對(duì)于預(yù)應(yīng)力的混凝土連續(xù)橋梁施工中的每一個(gè)階段都屬于受力狀態(tài)，如果無法達(dá)到設(shè)計(jì)的理想目標(biāo)和計(jì)算，實(shí)際施工過程中的參數(shù)值和模型中的參數(shù)值是無法完全保持一致的，主要包括混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永久預(yù)應(yīng)力、環(huán)境溫度、臨時(shí)荷載，在施工過程中和實(shí)際情況的計(jì)算數(shù)值會(huì)有一定的誤差，如果要得到必須比較準(zhǔn)確的控制變量，必須在施工過程中及時(shí)反饋數(shù)值來進(jìn)行模型參數(shù)的調(diào)整，以保證模型與實(shí)際相互結(jié)合，自動(dòng)適應(yīng)物理結(jié)構(gòu)力學(xué)。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的力與預(yù)測不相符合時(shí)，必須把誤差值的參數(shù)值重新計(jì)算，更新新模型誤差參數(shù)，保證輸出結(jié)果與實(shí)際測量值相同，得到修正的參數(shù)后，再重新計(jì)算設(shè)計(jì)施工狀態(tài)的具體狀況，對(duì)上述的結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控，保證計(jì)算的模型就與實(shí)質(zhì)一致，這樣可以保證施工狀態(tài)的更好進(jìn)行。懸澆施工如果各種問題控制在初期，上述的控制思路是非常有利的，必須在每一個(gè)階段的新得到的參數(shù)值，并重新規(guī)劃模型更改錯(cuò)誤修正，為保證施工過程中創(chuàng)立良好模型，防止出現(xiàn)誤差施工。

五、小結(jié)

溫度效應(yīng)引起的各種應(yīng)力變化，在整個(gè)橋梁的建設(shè)中具有很大的占比，應(yīng)該引起足夠的重視，所以在上述分析中可以看出，在新橋梁建設(shè)下的局部溫差會(huì)導(dǎo)致結(jié)量的拉應(yīng)力，為了避免梁體混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，前期的初應(yīng)力是十分重要的，在施工過程中必須采取相應(yīng)的措施，采取不同溫度計(jì)算模式，得到的應(yīng)力相差很大，導(dǎo)致溫度也有所差異，在結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，應(yīng)合理的選擇地表溫度梯度模式進(jìn)行溫度值計(jì)算使進(jìn)行溫度效應(yīng)分析的關(guān)鍵，如果溫度梯度選擇不合適，即增大溫度數(shù)值，才能保證橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂。由于太陽輻射跟夜間溫差的大氣溫度變化較大，混凝土熱系數(shù)較小，當(dāng)外界溫度急劇變化的時(shí)候，梁內(nèi)的溫度會(huì)有明顯的滯后現(xiàn)象，從而形成非極性的溫度差，在大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋梁長懸臂使溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的受力和形變影響比較大，因?yàn)榛炷潦且环N粘性材料，內(nèi)溫度變化和外界溫差相比較大的時(shí)候會(huì)存在滯后現(xiàn)象。由于溫度變化會(huì)引起溫度所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化，根據(jù)溫度現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測得的值對(duì)本橋的溫度實(shí)行仿真分析，整體考慮升溫降溫梯度在得到的溫度引起計(jì)算的實(shí)際，相互接近，但是測試的值比計(jì)算出的值較大，所以在計(jì)算模型的時(shí)候，一定要把柔性應(yīng)力考慮進(jìn)去，進(jìn)行全新的仿真模型設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行實(shí)際的局部修改，在施工過程中，不同溫度下建立的模型也是不同的，除了根據(jù)計(jì)算之外，還需要考慮溫度效應(yīng)事后滯后的影響。