大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析

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第7卷第1期铁道科学与工程学报VO1．7NO．12010年2月JOURNALOFRAILWAYSCIENCEANDENGINEERINGFeb．2010大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析杨奇。冷伍明。聂如松。魏巍(中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)摘要：以大跨径预应力钢筋混凝土连续刚构桥为研究背景，应用桥梁结构设计与施工计算软件桥梁博士(Dr．Bridge)建立计算模型，分析计算各R_r-阶段结构行为。以最小二乘法为基础进行参数识别的误差分析和状态预测法进行标高、应力控制。通过各施工阶段高程、应力实测值与理论计算值的对比分析，验证了计算模型和分析方法的正确性。关键词：预应力连续刚构桥；施工控制；桥梁博士；状态预测法中图分类号：TU279．7；U445．466文献标志码：A文章编号：1672—7029(2010)01—0011—05ConstructioncontrolresearchandanalysisofthelargespanprestressedconcretecontinuousrigidframebridgeYANG—Qi，LENGWu—ming，NIERu—song，WEI—Wei(SchoolofCivilandArchitecturalEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410075，China)Abstract：Principleandmethodofve~icalandstresscontro1wereputforward．Constructioncontrolofcertainlargespanprestressedconcretecontinuousrigidframebridgewastakenforexample，Dr．Bridge，abridgestruc—turalanalysisprogramusedforconstructionanddesign，wasappliedtobuildcomputationmodelandcalculatebe—haviorofstructure．Parameteridentificationoferroranalysiswasbasedontheleastsquaremethod；methodof．stateforecastingwasusedtocontrolelevationandstress．Afterclosureofbridgestructure，viacomparisonofac—tualmeasurementdataandtheoreticalarithmeticdata，correctnessofanalysismethodandcomputationmodulewasverified．Keywords：prestressedconcretecontinuousrigidframebridge；constructioncontrol；leastsquaremethod；Dr．Bridge；methodofstateforecasting现场试验与观测结果表明-4]：大型桥梁结构标高监测与控制是在桥梁施工过程中动态地在施工过程中，由于受到施工临时荷载、预加力、控制各梁段的标高，标高误差满足设计和施工规范混凝土收缩、徐变和温度作用等诸多因素影响，结要求，使桥面平顺，梁底曲线流畅。在实际施工中，构的内力状态和变形以及分布很难通过设计计算为了使各梁段在恒载、活载、预应力及混凝土收缩、事先做出准确估计，总有可能发生一些预计不到的徐变等引起的综合挠度下最终满足设计标高，一般情况。在连续刚构桥的悬臂浇筑施工中，标高和应采用预设拱度的方法解决J。应力监测与控制力的监测和控制是确保桥梁顺利合拢的基本保证，是施工过程中的安全预报系统，是对桥梁实际受力也是确保桥梁线形符合设计要求的决定性工作；此状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依外，根据应力与变形的关系，标高的监控对应力监据。在各施工工况下进行了应变计观测。将观控能起到辅导作用，同时，对于收集相关科研资料测值与理论值相比较，反馈调整混凝土的收缩徐变也十分必要的。等系数，及时掌握主梁的内部应力情况，确保施工收稿日期：2009—08～22基金项目：国家自然科学基金资助项目(50678175)作者简介：杨奇(1982一)，男，湖南邵阳人，博士研究生，从事桥梁桩基方面的研究 12铁道科学与工程学报2010年2月安全。本文作者以东江北大桥施工监控为研究背原因受外界影响很大，实际状态很难与事先估计的景，对标高和应力的监测与控制进行研究分析。理想状态相符合，使实际值与理论分析值存在一定的差异，因此，必须根据施工实际。随时调整理论1工程背景计算模型，使之与施工实际情况相符，在按修正后的模型确定结构挠度和应力，从而到达控制目的。东江北大桥主桥为(60+2×100+60)m的4跨连续刚构，桥宽33．5m，分左右2幅。主桥上部3监控实施及测试结构为分离式单箱单室箱梁。左幅顶板宽为l6．35m，底宽为8．5m，两侧悬臂长度各3．925m，3．1标高及应力测点布置梁高5．0～2．0m；右幅顶板宽为16．35m，底宽为梁顶高程测点布置在箱梁的顶面上，与施工单8．5m，两侧悬臂长度各3．925m，梁高5．0—2．0位共用一套测点，以相互校核。每节梁段前端设置m。采用纵向、竖向及横向三向预应力体系。主桥测试断面，每断面设5个测点(顶板3个，底板2立面如图1所示。T构共有13块悬浇梁段，l4号个)。布置位置如图3所示，测点采用12的钢筋埋块为合拢段，15—17号块为边跨现浇段，T构的施设制作，底部焊接钢筋笼上，顶部钢筋头预留1～3工梁段如图2所示。施工工序为下部结构施工，cm并打磨成圆锥型，采用红油漆标记。21号墩、22号墩、23号墩对应的T构同时悬臂浇BI3B12筑施工，两边跨合拢，再两中跨合拢。这使最终的合拢经历较长的施工过程和体系转换过程。口C块13#口C1块12#牛}】，BC2块2#口BC块lI1并块0#块1A#DIl口cC块AD22a口昔块1A2n#12C《‘1块3D^#I13C图3挠度观测点布置示意图Fig．3Positionofdeflectionobservationpoint应变测试仪器选用振弦式应变计，其观测值较稳定，并且耐久性较好，适合应力场的长期观测。在典型控制截面(根部截面、跨截面、跨中截面)埋设应变计。控制截面位置如图1所示，控制图1主桥立面图Fig．1Elevationdiagramofmainbridge截面中应变观测点位置如图4所示。—1’[，、=]———I_●_图2施工粱段图35一—39o—I一39o一35Fig．2Beamsegmentofconstruction图4应变观测点布置示意图Fig．4Positionofstrainobservationpoint2高程和应力的主要影响因素3．2观测的方法和精度基准点埋设在两河岸，挠度观测的工作基点埋大跨度连续刚构桥主梁挠度和内力变化十分设在各墩的0号块中心位置，挠度观测点埋设在各复杂，其变化可以归为3种类型：一是随外荷载变梁块端部。悬臂施工的挠度观测是采用精密水准化，主要伴随施工工序而产生，混凝土浇筑，预应力仪对预埋挠度观测点进行观测，观测不同工况下标张拉，挂篮行走，这类型挠度和应力的变化快，其变高变化就代表了该梁段在这一施工工况中挠度变化速度与工序进展速度相关，与时间关系不大；二形。由于各墩所承受的悬臂荷载不断增大和收缩是由于混凝土自身的收缩徐变特性，使得主梁挠度徐变的影响，各墩都存在沉降变形，所以，0号块上和应力随时间缓慢变化；三是随环境温度的水准点较不稳定。为了准确地反映箱梁的挠度变变化_l。在实际施工中，由于产生上述3种类型形，采用全站仪结合精密水准仪，定期对0号块上 第1期杨奇，等：大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析l3的工作基点进行稳定性复测和联测，并在挠度观测4．1标高控制结果数据处中加以考虑，予以修正。4．1．1合拢精度为了能监测到箱梁较小的挠度变形，并使得外以桥梁右幅为例，由中跨两悬臂端的合拢前底业的工作适中，易于达到设计的观测精度，本桥在板观测数据表1可知：合拢的最大误差为15mm，挠度观测采用国家二等水准测量的精度等级要求满足《公路桥涵施工技术规范》¨所规定的同跨对进行施测。称点控制高程差小于20mm的要求。3．3测试阶段表1合拢前底板标高表Table1Soleplateelevationbeforeclosureofbridge标高和应力测试数据采集及其处理随施工进程同步进行，测试阶段选择在各关键施工阶段完成21号广州向14号截面底板标高／ml8．037后随即进行。测试阶段主要包括：主梁节段混凝土22号东莞向14号截面底板标高／m18．022浇筑完成后；主梁节段预应力束张拉后；挂篮前移差值／mm15．0oo后；立模标高的观测；各跨合拢前后；底板预应力束23号东莞向l4号截面底板标高／ml7．593张拉后；施加二期恒载前后。22号广州向14号截面底板标高／m17．585差值／mm8．0()o4监控结果分析4．1．2成桥后底板、顶板标高采用国内桥梁结构设计与施工计算软件桥梁合拢成桥后(未加二期恒载)，对底板、桥面每博士(Dr．Bridge)建立计算模型，全桥模型共计个梁段横断面布置的测点观测确定底板、桥面线131个单元，上部结构94个单元，下部结构为37形。底板理论计算标高与实测标高对比如图7所个单元。按设计要求确定桥梁施工工序，每施工梁示，顶板理论计算标高与实测标高对比如图8所段分挂篮前移、混凝土浇注和预应力张拉3个工示，底板标高、顶板标高绝对误差如图9所示，其况，整个结构形成过程共分为54个施工阶段，1个中：绝对误差是实测标高与理想标高之差。运营阶段。这样，整个施工过程中出现的荷载、边l9界条件、计算图式的改变都能在计算模型中得到准l817确的体现。全桥计算模型如图5和图6所示。毒l6蜷15l413l8l026l47l9l244l2截面号图7底板理论计算标高与实测标高对比图Fig．7Comparisonofelevationbetweentheoreticalarithmeticandactualmeasurementinsoleplate图5主桥立体模型图llg．5Computedspatialmodelofmainbridge20．52nO19．5耀；l臣l9图6主桥单元几何图．0Fig．6Geometricgraphofmainbridgeelement18．5应用Dr．Bridge计算各阶段的理论高程和应l8．0力，对已成结构实际状态与仿真计算理想状态之间l8l026147l9l24412截面号误差进行分析，用最小二乘法对计算模型的参数进行调整，使得仿真模型逐步与结构的实际状态相吻图8顶板理论计算标高与实测标高对比图Fig．8Comparisonofelevationbetweentheoretical合，由此对结构后期标高的预测进行修正，确保主arithmeticandactualmeasurementindeckplate桥的成桥线形和内力状态符合设计要求。 14铁道科学与工程学报2010年2月目u，删靛羽I．善⋯一_．R辑f晰捌I截面号图11根部截面(一)E缘应力理论直和实测值对比图图9底板标高、项板标高绝对误差图Fig．11ComparisonofstressbetweentheoreticalFig．9Absoluteerrorofdeckplateelevationarithmeticandactualmeasurementindeckplateanddeckplateelevationofrootsection(H—H)从底板、顶板理论计算标高与实测标高对比可知：(1)底板标高误差基本控制在规范的允许误差小于10mm，顶板误差基本控制在规范的允许误差小于20mm(个别点除外)；理想线形与实测线形吻合较好，主梁线形顺畅。由此可以说明本工程所依据的理论计算模型能够较好地反映结构的实际情况，应用所提出的参数识别方法能够得到良好图124截面(，一，)下缘应力理论值和实测值对比图的施工控制效果。Fig．12Comparisonofstressbetweentheoreticalarithmeticandactualmeasurementinsoleplate(2)导致理论计算标高和实测标高偏差的原ofL／4spansection(，一，)因有以下几点：对于理论计算所采用的混凝土容重，弹性模量与实际值有差别；仿真计算中徐变系数和预应力摩阻损失系数均采用规范规定值，而没进行实测，对标高有影响；施工中的立模误差、测量误差等也会导致标高存在偏差。4．2应力控制结果以右幅根部截面(H一日)、1／4跨截面(一，)上下缘在各施工工况下的应力为例进行分析说明。理论计算值与实测值(扣除非受力因素影响)的对图13L／4截面(，一，)上缘应力理论值和实测值对比图比结果如图10～13所示。Fig．13ComparisonofstressbetweentheoreticalarithmeticandactualmeasurementindeckplateofL／4spansection(，一，)从图1O～l3可知：各施工阶段控制截面上缘、芝下缘混凝土实测应力变化规律与理论计算结果是翅一致的，且实测值与理论值较吻合，测试结果能准确反映施工过程中梁体工作状态。理论分析结果和实测数据之间存在的偏差主要是混凝土收缩徐变，桥面施工机械自重及结构温度变化等各种复杂图10根部截面(日一H)下缘应力理论值和实测值对比图因素而导致。总体来说，主梁受力状况良好，结构Fig．10Comparisonofstressbetweentheoreticalarithmeticandactualmeasurementinsoleplateofrootsection(H—H)安全可靠。 第1期杨奇，等：大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析15—36．[6]沈成武．大跨径预应力混凝土连续梁桥施工预拱度5结论控制研究[D]．武汉：武汉理工大学土木工程与建筑学院，2003．(1)总结了监控过程中影响高程和应力的主SHENCheng—WU．Researchontheconstructioncamber要因素，分析了高程、应力理论值和实测值存在偏ofprestressedconcretecontinuousbeamoflongspan差的主要原因。bridge[D]．Wuhan：WuhanUniversityofTechnology，(2)合拢成桥状态下主梁线形顺畅，结构受力SchoolofCivilandArchitecturalEngineering，2003．符合设计要求，主梁结构安全可靠。[7]伍亮，余志武．悬臂浇注斜交连续箱梁桥的线形监(3)合拢成桥后，通过高程、应力实测值和理控[J]．铁道科学与工程学报，2006，3(5)：31—35．WULiang．YUZhi—WU．The|inearismonitoringunder论值对比研究，验证计算模型和提出的参数识别方skewcontinuousboxgirderbridgescastwithbalanced法的正确性和合理性，可为同类型桥梁的施工监控cantilevermethod[J]．JournalofRailwayScienceand提供参考。Engineering，2006，3(5)：31—35．[8]武芳文，方辉，赵雷．大跨度连续刚构桥施工阶参考文献：段应力监测分析[J]．铁道建筑，2005(5)：6—8．WUFang—wen，FANGHui，ZHAOLei．Stresscontrol葛耀君．分段施工桥梁分析与控制[M]．北京：人民analysisofthelargespanprestressedconcretecontinu—交通出版社，2003．OUSrigidframebridge[J]．RailwayEngineering，2005GEYao—jun．Analysisandcontrolofbridgeconstrue—(5)：6—8．tedinstages[M]．Beijing：ChinaCommunications[9]江滂，荆秀芬，石雪飞．桥梁施工监控测试中混凝Press，2003．土实测徐变应变的计算方法[J]．桥梁建设，2005[2]雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计[M]．北京：人民交通(Z1)：145—147．出版，1999．JIANGYong，JINGXiu—fen，SHIXue—fei．Calcula—LEIJun—qing．Cantileverconstructionanddesignoftionmethodforconcretecreepstrainmeasuredinfieldbridge．[M]．Beijing：ChinaCommunicationsPress，inbridgeconstructionmonitoring[J]．BridgeConstrue·1999．tion，2005(Z1)：145—147．[3]向木生．连续刚构桥施工监控分析[J]．武汉理工大[10]郑信光，韩振勇，项海帆，桥梁节段施工过程的徐变学学报，2002，24(6)：44—47．分析[J]．同济大学学报，1991，19(3)：355—362．XIANGMu—sheng．ConstructioncontrolanalysisforZHENGXin—guang，HANZhen—yong，XIANGHaicontinuousrigidflamebridge[J]．JournalofWuhan—fan．Thecreepeffectanalysisofsegmentallycon—UniversityofTechnology，2002，24(6)：44—47．structedbridgeduringtheirerection[J]．Journalof[4]汪剑，方志．大跨预应力混凝土连续梁桥施工控Ton~iUniversity，1991，19(3)：355—362．制研究[J]．湖南大学学报，2003，30(3)：130—133．[11]王光金．高墩大跨连续刚构桥的温度效应研究WANGJian，FANGZhi．Researchonconstructioncon—[J]．江苏建筑，2007(3)：37—39．troloflongspanprestressedconcretebridge[J]．Jour-WANGGuang—jin．StudyontemperatureeffectofnalofHunanUniversity，2003，30(3)：130—133．highpierlargespancontinuousrigidstructurebridge[5]周建民．预应力混凝土梁上拱度的预测及控制[J]．[J]．JiangsuArchitecture，2007(3)：37—39．上海铁道大学学报，1997，18(4)：32—36．[12]JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S]．ZHOUJian—min．PredictionandcontrolofthecamberJTJ041-2000，Technicalcodeforconstructionofofprestressedconcretebeam[J]．JournalofShanghaihighwaybridgesandculverts[S]．TiedaoUniversity：NaturalScience，1997，18(4)：32