悬臂施工影响因素分析及监控措施

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【摘 要】:大跨度预应力连续梁桥施工方法为悬臂施工,了解施工监控的方法和影响成桥线形及结构内力等主要因素。通过施工监测和采取一定的控制措施,大桥悬臂施工顺利合龙,达到规范及设计要求。

预应力混凝土;连续梁桥;悬臂施工;施工监测;控制技术

随着公路建设的飞速发展,各种大跨度预应力混凝土连续梁桥得到广泛应用,其施工方法多为对称悬臂施工。由于施工过程中受到许多不确定性因素,包括材料的性能、施工荷载、预应力损失、混凝土收缩徐变、温度等的影响,造成桥梁结构实际状态与理想状态之间存在差异,因此在桥梁施工过程中有必要对桥梁的实际反应(高程、线形、应力等)实施严格的全过程施工控制,保证桥梁质量、确保施工过程安全,确保结构内力和线形等符合规范及设计要求。

1 施工控制影响因素分析

悬臂浇筑施工过程中,对桥梁内力和线形造成较大影响的因素主要有下列几个方面:

1.1截面特征参数。桥梁施工可能存在截面尺寸误差,这种误差将直接导致截面特征参数的误差,控制过程中通过结构变形和内力的实时监测数据对截面特征参数进行动态修正并作误差分析。

1.2材料特性参数。材料特性参数主要指材料的弹性模量E,对于混凝土材料来说,弹模在施工过程中会有一定的波动,在桥梁施工计算中要按照实测值进行分析。

1.3温度及混凝土收缩徐变。温度变化对桥梁结构的内力和变形有较大影响,但桥梁结构中的温度场的影响比较复杂,一贯作法是通过定时观测(如每天早晨日出前进行观测)来尽量减小温度影响。混凝土收缩徐变与桥梁结构的形成历程有着密切的关系,在混凝土桥梁结构中,混凝土收缩、徐变对结构的内力与变形都有明显的影响。

2 监控方法和程序

在实际监控中,首先将由设计单位计算确定的各施工阶段的主要测试部位的施工控制目标值输入监控管理系统,然后对施工阶段完成后的现场监测数据进行判别,并对两组数据进行分析,提出施工控制决策所需的信息。同时依据监测的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定出每个悬浇节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测成果对误差进行分析、预测和对下一节段立模标高进行调整,以此来保证合龙段两悬臂标高的相对偏差不大于规定值,同时成桥后桥面线形、结构内力状态符合设计要求。箱梁施工过程监测与控制系统流程。

各节段立模标高按以下公式计算

H=H0+fi+f挂篮+1/2fp

式中:H-待浇梁段主梁前端立模标高;H0-设计标高;fi-本施工阶段及以后各施工阶段对该点挠度影响值,该值包括恒载、移动荷载、徐变、体系转化、预加应力等影响;f挂篮-本节段的挂篮变形值,由加载试验提供;fp-使用阶段活载作用下产生的最大竖向挠度。

3 监控实例

以某高速公路建设项目中一桥梁为例,该桥为49.7m+3×86m+51.7m变截面预应力混凝土连续梁,桥梁总宽度为27.6m,分两幅桥建设,中间预留1m后浇湿接头,主桥单幅箱梁为单箱单室截面。主跨支点处梁高4.0m,跨中梁高2.0m,梁底按二次抛物线y=4f(L-x)x/L2变化。箱底宽7.25m,箱顶宽13.25m,箱梁翼缘宽度桥外侧为3.5m,内侧为2.5m,箱梁采用三向预应力混凝土结构。

3.1箱梁应力监控。对于连续梁,主梁在悬浇施工中各截面的应力随工况的不同,同一截面上下缘的应力不断变化。主梁在悬浇过程中可按静定结构考虑控制截面,悬浇完成后结构体系转换,此时应按超静定结构考虑控制截面,在这些截面内布置传感元件,进行应力测试和施工控制。在悬臂施工阶段,主梁最关键截面为0号块悬臂根部处的截面;在合龙后,除0号块悬臂根部处的截面外,跨中合龙段也是关键截面之一。

传感器采用国内常用的钢弦式应变计,该种传感器具有测试精度高,稳定性好等特点。在钢筋绑扎完毕、混凝土浇筑之前,用铁丝绑扎在主梁的纵向钢筋的上。为了减少混凝土徐变和温度应变的影响,在施工测量上采取加密测量次数、变量分段累计的方法。即在主要荷载变化前后及时测量,因其时间间隔较短,其间的混凝土徐变就比较小,选择日出前梁体温度较均匀时测量,此时不均匀温度场温度应力变量小。计算总应力时,先算出每一工况荷载变化前后的阶段应力(混凝土灌筑前后),然后累计计算出总应力[3]。图4为某截面悬臂施工过程中应力实测值与计算值曲线,从图中可以看出两条曲线的变化趋势基本一致,其差值较小,说明施工过程比较正常,符合设计状态。通过对箱梁控制截面混凝土应变的实时监测,计算和分析后可知施工各阶段箱梁控制截面混凝土应力均在设计限值要求范围内,混凝土浇筑、预应力钢束张拉、结构体系转换等荷载作用下的箱梁混凝土应力的无突变现象,施工过程在安全和可控状态下进行。

3.2线形监控。测量和基准点的设立利用大桥两侧的大地控制网点,使用后方交汇法,用全站仪测出墩顶测点的三维坐标,将墩顶标高值作为主梁高程的水准基点。每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点,做好明显的红色标识,每隔10d进行一次联测,同时观测墩的沉降。梁挠度、轴线和主梁顶面高程的测量在每一节段悬臂端梁顶设立3个标高观测点和1个轴线点。根据各节段施工次序,每一节段按三种工况(即浇筑混凝土后、张拉后和拆除支架后)对主梁挠度进行平行独立测量,相互校核。结构几何形状的测量主要包括:主梁上下表面的宽度、腹板厚度、上盖板和下底板的厚度、主梁截面高度以及主梁施工节段的长度等。通过对各节段立模标高的调整,该公路桥最终合龙时,合龙段两侧高差均在20mm以内。成桥线形,高程等均符合设计要求。

总结:

(1)施工过程监控对于悬臂浇筑施工安全性具有重要的意义,是保证桥梁建造质量的重要手段;

(2)通过施工监控,施工工艺参数更具合理性,各节段立模标高的确定更加合理,保证了桥梁结构内力和线形符合设计要求;

(3)施工监控可以掌握实际结构的真实应力状态,为桥梁的运营和养护提供基础资料。

参考文献

[1]大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技术

[2]预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的施工控制