波形鋼腹板橋梁施工監(jiān)控技術(shù)研究

徐義

波形鋼腹板作為一種新型的組合結(jié)構(gòu),采用波形鋼腹板代替了混凝土腹板,在力學(xué)特性上有諸多方面與傳統(tǒng)的混凝土梁橋不同,充分利用混凝土和鋼材的材料特性,提高了材料使用效率以及橋梁結(jié)構(gòu)外形美觀。在結(jié)構(gòu)計(jì)算方法上也會(huì)與普通混凝土梁橋有所區(qū)別,文章通過橋梁具體實(shí)例,對橋梁的安裝施工與施工過程監(jiān)控的情況進(jìn)行了分析,采用有限元軟件midas Civil計(jì)算模型對施工過程中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的控制,以確保橋梁施工過程中的安全性和橋梁的內(nèi)力、線形符合設(shè)計(jì)要求。在現(xiàn)在較多的大跨度連續(xù)梁橋施工當(dāng)中,我們經(jīng)常采用掛籃進(jìn)行主梁懸臂施工,在施工時(shí)會(huì)受到很多外界因素影響,例如：溫度、結(jié)構(gòu)剛度、混凝土超方及橋面臨時(shí)荷載等影響,使實(shí)際施工很難做到與設(shè)計(jì)一致,如果在橋梁施工過程中不對偏差進(jìn)行有效的解決,就可能會(huì)使橋梁長度在不斷增加時(shí),主梁的偏離值不斷累積,使成橋狀態(tài)很難與設(shè)計(jì)一致,甚至影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全,所以為了確保全橋建成后的內(nèi)力狀態(tài)、線形狀態(tài)達(dá)到預(yù)定的監(jiān)控目標(biāo)要求,在施工時(shí)融入監(jiān)測、控制技術(shù)至關(guān)重要。

一、對于橋梁施工監(jiān)控

對于橋梁的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),需要根據(jù)不同的內(nèi)力狀態(tài)來考慮設(shè)計(jì)的周全性。同時(shí)要考慮科學(xué)施工,通過科學(xué)的施工狀態(tài),對整體施工設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃,使施工方案合理且可行,預(yù)先設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到應(yīng)力狀態(tài)以及幾何線條等都是橋梁施工中非常重要的問題。在施工中,需要考慮到施工可能會(huì)出現(xiàn)的問題,并實(shí)施精確計(jì)算,減少施工誤差,以及使整體施工結(jié)構(gòu)完整。如果在施工中出現(xiàn)不可控因素,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整,防止因施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力外觀等問題情況影響橋梁整體使用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁近年來在國內(nèi)出現(xiàn)較多,相對于常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,這種橋型在減輕自重的同時(shí)充分發(fā)揮了鋼材和混凝土各自的性能,但也導(dǎo)致了施工難度的增加。

對于監(jiān)控而言,主要的變化一個(gè)是預(yù)應(yīng)力體系的變化,波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁一般都是體內(nèi)束+體外束,一個(gè)是箱梁混凝土腹板用波形鋼腹板代替,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體縱向剛度和抗扭剛度變小,施工過程中結(jié)構(gòu)變形變大,增加了監(jiān)控的難度。所以,針對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁而言,在正常控制的同時(shí),還應(yīng)重視結(jié)構(gòu)理論計(jì)算、體外束的監(jiān)測、箱梁的變形以及溫度的影響。對于橋梁不同的監(jiān)控而言,也需要考慮到監(jiān)控中會(huì)出現(xiàn)的問題,例如：溫度問題,如果溫度太高,可能會(huì)使橋梁整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,幾何變形等,也要針對腹鋼板的應(yīng)力情況,考慮橋梁材料的使。不同橋梁材料的使用,也可能會(huì)使整體橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,難以控制。也應(yīng)該在正?？刂?同時(shí)重視結(jié)構(gòu)以及理論的計(jì)算,正常監(jiān)測橋梁整體外部的施工情況。及時(shí)向上級匯報(bào)施工情況,了解橋梁狀況。

二、施工監(jiān)控仿真計(jì)算及分析

1.波形鋼腹板連續(xù)梁橋施工流程

波形鋼腹板連續(xù)梁橋0號、1號、2號節(jié)段和邊跨現(xiàn)澆段在支架上現(xiàn)澆,邊、中跨合龍段采用吊籃現(xiàn)澆,其他塊段采用掛籃懸臂對稱平衡澆筑。懸臂澆筑過程為:移動(dòng)掛籃、起吊鋼腹板、安裝鋼腹板臨時(shí)定位支架、鋼腹板縱向連接、定位立模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力束、脫模。對于每一個(gè)懸臂，都可能會(huì)對澆筑的邊界產(chǎn)生影響。在施工的過程中，要拆除所有的邊框，防止因?yàn)檫吙蛴绊懚拐w合龍段受到影響。同時(shí)在拆除的時(shí)候，要對整體進(jìn)行轉(zhuǎn)換。并承接完成余下的工作。在承接余下的項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)該及時(shí)制定項(xiàng)目規(guī)劃以及合理的項(xiàng)目方案，主動(dòng)應(yīng)對項(xiàng)目可能發(fā)生的問題及時(shí)解決并和相關(guān)部門進(jìn)行溝通。

2.仿真監(jiān)控原理

對于橋梁施工,主要包括主動(dòng)控制以及被動(dòng)控制,而所謂的控制而言,就應(yīng)該在施工之前預(yù)先考慮到各種風(fēng)險(xiǎn)因素,在可控范圍內(nèi),對于橋梁施工進(jìn)行規(guī)劃。并根據(jù)發(fā)現(xiàn)或出現(xiàn)的問題,針對有指定性的預(yù)防措施,這是一種被動(dòng)的控制,將發(fā)生問題的方法。另一種主動(dòng)控制是主動(dòng)分析產(chǎn)生的問題,并及時(shí)糾正錯(cuò)誤,以免使整個(gè)偏差,導(dǎo)致對原來工程施工的計(jì)劃影響。對于仿真監(jiān)控的橋梁施工而言，經(jīng)常會(huì)在發(fā)生施工時(shí)出現(xiàn)一些問題，因此，我們就要及時(shí)對其進(jìn)行監(jiān)控，防止其因?yàn)樘啾粍?dòng)輸出導(dǎo)致橋梁整體結(jié)構(gòu)的不平整以及橋梁結(jié)構(gòu)的損害。對于被動(dòng)檢測出來誤差,要及時(shí)修正,大概修正過程為施工檢測問題,判斷問題,修正問題以及預(yù)告可能會(huì)發(fā)生的問題。在每天工作結(jié)束后應(yīng)及時(shí)測量數(shù)據(jù),針對當(dāng)天數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整分析判斷,在這基礎(chǔ)上將出現(xiàn)的誤差盡量消除,并給予下一項(xiàng)施工工程控制指令,在良好循環(huán)的前提下進(jìn)行施工。

3.仿真計(jì)算與分析

在對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁進(jìn)行整體計(jì)算時(shí),一般截面假定如下:

（1）在鋼腹板共同作用下,使整體截面相連接,不會(huì)發(fā)生兩個(gè)截面之間斷裂的情況。

（2）應(yīng)及時(shí)考慮各個(gè)截面的受力情況,根據(jù)受力情況安排布置應(yīng)力沿腹板高度均勻分布。

（3）截面的應(yīng)變分布符合平截面假定。

這些截面假定與常規(guī)結(jié)構(gòu)的截面假定有一定的區(qū)別,會(huì)造成計(jì)算模型的不同,結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容也會(huì)有所不同。

以65m+98m+65m波形鋼腹板連續(xù)梁橋?yàn)楣こ虒?shí)例,用midas civil計(jì)算軟件建立橋梁模型,將全橋劃分為50個(gè)單元和51個(gè)節(jié)點(diǎn),共將模型分為41個(gè)施工階段。懸臂施工階段截面最大壓應(yīng)力為10.80MPa,小于18.76MPa,最大拉應(yīng)力為0.31MPa,小于1.68mpa,該橋梁理論計(jì)算結(jié)果滿足要求。

三、施工監(jiān)控方案

1.體外束監(jiān)測

相對于常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁而言,波形鋼腹板由于腹板無法安裝預(yù)應(yīng)力鋼束,勢必會(huì)用體外束來代替原混凝土橋梁內(nèi)部的腹板束。傳統(tǒng)的應(yīng)力監(jiān)控測試在施工以及使用階段，往往會(huì)使其整體建筑趨于彈性，工作狀態(tài)，因此，就要及時(shí)考慮極限受力時(shí)的應(yīng)力值，防止因應(yīng)力過高或過低，而對整體建筑產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。對于鋼材而言，在到達(dá)極限值之前，也應(yīng)用公式計(jì)算好其極限受力值體外束的有效應(yīng)力值的大小與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)息息相關(guān),而且對于波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁這種縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度較小的結(jié)構(gòu)而言,影響更為明顯。不同扭轉(zhuǎn)剛度對波形腹鋼板的應(yīng)力情況也會(huì)產(chǎn)生影響,此時(shí)就要考慮針對不同鋼板的受力性,探討其扭轉(zhuǎn)度的大小。避免因?yàn)榕まD(zhuǎn)度過大或扭轉(zhuǎn)度過小而造成整體工程的拖沓。施工過程中,頂板束施加過多時(shí)或由于其他因素,可能引起底板的拉應(yīng)力出現(xiàn)。通過對體外束的監(jiān)測,可以獲知體外束施加的有效性及針對性,保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力在允許范圍內(nèi)。

2.主梁應(yīng)力監(jiān)測

在橋梁主梁施工過程中,尤其是混凝土澆筑過程中,由于主梁的長度不斷增加,是會(huì)使得懸臂根部壓應(yīng)力不斷上升,因此,對于橋梁關(guān)鍵截面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,掌握橋梁受力情況,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全的分析十分重要。一般情況下,應(yīng)力監(jiān)測需要埋入式傳感器。埋入式應(yīng)力傳感器可以達(dá)到以下目的：

（1）即使測量施工中的重要數(shù)據(jù),截面受力情況,混凝土使用情況,張力測試情況等都需要測量；（2）及時(shí)分析施工數(shù)據(jù),對于監(jiān)測出的數(shù)據(jù)及時(shí)處理；（3）為以后施工便利提供幫助。

3.主梁溫度監(jiān)測

在施工的過程中,要及時(shí)考慮施工場所溫度的問題,一般情況下,溫度過高,會(huì)對施工的材料造成影響,同時(shí)要了解不同材料的受熱程度,了解材料的熔點(diǎn)。例如：一般在40攝氏度的時(shí)候就會(huì)使水泥的形態(tài)固定受到影響,使鋼腹板的使用也受影響,因此對于橋梁的溫度檢測主要目的如下：（1）測試主梁結(jié)構(gòu)溫度,防止混凝土在養(yǎng)護(hù)期間因溫度變化而產(chǎn)生裂縫。（2）通過對結(jié)構(gòu)及環(huán)境的溫度監(jiān)測,可以修正在應(yīng)變以及標(biāo)高測試時(shí)的溫度影響誤差。

4.幾何變形監(jiān)測

幾何變形監(jiān)測能夠準(zhǔn)確提供每一個(gè)箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高以及軸線控制。在施工的過程中,對于懸臂施工,可能需要考慮到混凝土的容量,彈性模量以及應(yīng)力等的轉(zhuǎn)換。因此，就要及時(shí)計(jì)算所受力的偏差與實(shí)際受力的數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)后進(jìn)行調(diào)整,從而達(dá)到對橋梁幾何變形的監(jiān)測。因此，對于橋梁的幾何變形監(jiān)測非常重要,這種橋需要幾何變形監(jiān)測的重要階段如下:

（1）波紋鋼腹板安裝定位后的撓度。（2）澆筑混凝土梁截面后的撓度。（3）各梁段混凝土澆筑時(shí)前一節(jié)段撓度。

四、結(jié)語

影響橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的因素很多,各因素對應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生的影響也是復(fù)雜的,因此，有必要對其影響進(jìn)行匯總對影響因素和操作經(jīng)驗(yàn)公式要做更深入的研究。對于腹鋼板的應(yīng)用也應(yīng)主動(dòng)去探究其在應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，探究其可能發(fā)生的問題，主動(dòng)考慮應(yīng)力解決方案。在平常的施工中也許問題的解決以及施工不會(huì)很完善，但是只要在共同的討論下，相信施工方案的實(shí)施就會(huì)愈加順暢。

雖然橋梁整體監(jiān)測系統(tǒng)在我國還不算完善,但是通過不斷的研究以及努力,會(huì)使橋梁監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展,使橋梁施工以及鋼腹板的應(yīng)用更加完善。同時(shí)根據(jù)對橋梁整體結(jié)構(gòu)得了解,可以避免橋梁在施工的過程中的安全問題,有效地解決橋梁施工過程中的可能遇到的其他問題。相信在我們發(fā)展監(jiān)控技術(shù)的同時(shí)可以使橋梁建設(shè)發(fā)展更加迅速。