大跨徑預應力連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控的方法與實現(xiàn)

譚小生，張 璇

(江西省交通工程集團公司)

1 工程概況

X 大跨徑連續(xù)剛構橋是兩座梁橋除樁位不同外，結構尺寸均相同，以下以左幅連續(xù)剛構橋為主要介紹。上部結構為53 m+90 m+53 m，截面形式為三跨預應力混凝土變截面單箱單室箱型。橋墩主橋頂部箱梁內(nèi)設有兩道橫隔板，其他段落均未設有橫隔板。箱梁采用底板保持水平、不同腹板高度予以調(diào)整2%橫坡。主梁除了墩頂塊件外，其余單“T”箱梁都為掛籃懸臂澆筑施工，分為10 對梁段，進行對稱懸臂澆筑。主橋箱梁是三向預應力體系，即縱、橫、豎三向預應力體系。下部結構為薄壁空心墩，橋臺則采用了重力式橋臺與柱式橋臺。

2 大跨度預應力連續(xù)剛構橋的特點與穩(wěn)定性分析

2.1 大跨度預應力連續(xù)剛構橋的特點

(1)墩梁剛性連接有利于懸臂饒筑施工，且結構無需安裝支座;

(2)由于混凝土收縮、徐變以及溫度變化與橋壤受力的會引起一定的變形，這種變形對上部結構的受力會產(chǎn)生一定的影響;橋壤柔度比同樣跨度連續(xù)梁要大，橋壤底部的彎矩內(nèi)力較小，在墩梁剛性連接處彎矩仍是結構主要內(nèi)力;

(3)主梁通常采用的是變截面箱型梁，橋墩通常采用的是箱型與矩形的柱式壤或雙薄壁徵;橋梁兩端設置的伸縮裝置需滿足結構縱向位移的要求，并且，為滿足結構的水平穩(wěn)定性，應在橋臺處設置控制結構水平位移的擋塊。

2.2 大跨度預應力連續(xù)剛構橋的穩(wěn)定性分析

(1)高壤自體穩(wěn)定性分析

大跨度預應力連續(xù)剛構橋順橋向壤的抗推剛度小，能夠有效降低上部結構內(nèi)力，減少混凝土收縮、徐變地震、溫度所造成的影響，但高度必須達到要求，一般墩的設計高度不應小于1/10，那么對于高墩的穩(wěn)定性分析就必不可少。對橋壤進行自體穩(wěn)定性分析時應施加的荷載有自重、風荷載(包括橫向、縱向兩種)，實際情況根據(jù)不同的計算要求可對荷載進行組合。

(2)最大懸臂施工狀態(tài)穩(wěn)定性分析

在大跨度預應力連續(xù)剛構橋懸臂的最末塊段施時，在風載與恒載誤差以及掛籃荷載作用下是極其不安全的，因此，對最大懸臂狀態(tài)的穩(wěn)定性分析具有必要性。這時的荷載包括了恒載、施工不平衡荷載、風載(包括縱向與橫向風荷載)、掛籃、跨段重量的施工誤差(混凝土饒筑允許誤差)，將以上荷載在掛籃正常工作、掛籃意外跌落兩種情況下進行組合，可對連續(xù)剛構橋進行穩(wěn)定性計算。

(3)成橋運營階段穩(wěn)定性分析

這個階段的作用荷載包括這幾種:上部恒載與活載組合后產(chǎn)生的墩頂豎直力、壤身自重、汽車荷載產(chǎn)生的壤頂制動力以及風荷載。實際計算中我們在有限元軟件中施加的荷載包括自重、二期恒載、使壤頂產(chǎn)生最大彎矩(軸力)的車道荷載、縱向風荷載，同樣対荷載進行組合，施加于橋梁穩(wěn)定計算模型中，可在成橋運營階段對全橋進行穩(wěn)定性分析。

3 大跨度預應力連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)控方法

3.1 主梁控制截面應力監(jiān)測

對梁橋施工監(jiān)控而言，梁橋施工監(jiān)控的一項重要內(nèi)容便是對主梁控制斷面的應變的監(jiān)測，主梁控制斷面的應變能夠?qū)⒅髁旱氖芰η闆r進行直接的反映，它是結構安全性能評價中的一個重要指標。根據(jù)X 橋的特點，對其采用自動應變測量技術，也就是將橋上預埋的應變計引線延長到橋墩處的自動數(shù)據(jù)采集箱，從而使得監(jiān)控室內(nèi)的計算機能夠接受到測試信號，以便能夠?qū)崿F(xiàn)24 小時連續(xù)跟蹤監(jiān)測、測量。

3.2 掛籃結構安全性驗算

(1)荷載

荷載主要為這幾種:振動器自重及振動力、施工機具等施工荷載、掛籃自重、施工人群荷載、最大節(jié)段混凝土重量等。

(2)計算工況

混凝土澆筑狀態(tài):當節(jié)段混凝土在澆筑完畢時，還未能考慮到混凝土初凝對于結構的影響，相當于這個階段的全部混凝土重量都作用在掛籃上，同時混凝土澆筑與振動的輕微沖擊影響，掛籃自重以及施工荷載等。在這些組合荷載的條件下，分別對吊桿、后錨、底籃、主桁等結構的強度與剛度進行計算，以便驗證掛籃的整體抗傾覆穩(wěn)定性。

行走狀態(tài):行走狀態(tài)主要在施工荷載、掛籃自重等荷載的組合情況下，對軌道的錨固與吊桿等結構進行驗算。

3.3 主梁撓度實時監(jiān)測

(1)觀測方法如下:①通過對相對高程的觀測來實現(xiàn)主梁撓度;②將標高中的基準點設置到墩頂0 號塊;③橋上可進行標高觀測(將測站設置在主梁上);④在早晨太陽出來前進行觀測。

梁體混凝土的溫度較氣溫將會產(chǎn)生滯后效應，而日光的照射并不能讓主梁立刻產(chǎn)生撓曲，同時在早晨時段，陽光的照射并不強烈，觀測的時間能夠視情況延長、推遲，但是必須在日出后半小時內(nèi)完成觀測。為能夠使得箱梁較小的撓度變形也能夠檢測得到，同時在外業(yè)觀測的工作量方面，需要使工作量適當，以便能夠滿足設計的觀測精度要求，監(jiān)測的水準測量精度是按工程測量三等或者國家二等的要求與方法來進行的，測量精度能夠達到測出＞±1 mm 變形的撓度值。能能夠達到精度要求，起終點設在0#塊上的水準點上，同時水準測量所采用的形式為閉合水準路線的形式。

在懸臂施工過程中，主梁一直處于擺動狀態(tài)，如果出現(xiàn)兩側的不平衡荷載，諸如混凝土超方、臨時荷載堆放不均勻或日照影響等，都會使主梁產(chǎn)生傾斜，尤其是在跨度大的情況下，這種傾斜情況也就愈發(fā)嚴重。因此，在主梁的懸臂施工過程中，特別是掛籃定位過程中，必須實時的了解這種變化。在懸臂施工過程中安裝主梁實時撓度變化測量裝置，和應變測試一樣，可以實時監(jiān)測撓度的變化，并進行掛籃定位修正。

(2)測點布置

對主梁撓度變化的測試是修正掛籃的定位，所在在懸臂施工過程中，初期并不需要對其進行安裝，而是到了施工到一定長度是才進行安裝。在1#和2#墩上分別安裝3 個測點。

(3)測試工況

由于采用自動測量，測量數(shù)據(jù)較多，一般主要重視下述三個工況:掛籃移動到位后;澆筑混凝土后;預應力張拉后。

3.4 基礎沉降觀測 由于橋墩存在沉降變形和收縮徐變的情

3.5 溫度場測試

(1)測量方法

在混凝土內(nèi)部預先埋設熱敏電阻能夠測出混凝土箱梁的溫度分布情況，對于外界氣溫變化，包括了箱梁內(nèi)外的溫度，可利用普通水印溫度計來進行直接測量。熱敏電阻中的電阻值可隨周圍溫度的變動而變動，其電阻值可用萬用電表來檢測，這邊便可得到測量點上的混凝土溫度，同時其精度能夠精確到0.1 ℃以上。

(2)測量時間

在主梁施工期間選取具有代表的天氣進行24 h 連續(xù)觀測，在每個季節(jié)中選取分別選取一個陰雨天、一個多云天及一個晴天。在澆筑完0#塊的混凝土后，需對其進行24 h 的連續(xù)觀測;在正常施工期間，選取一個典型的天氣連續(xù)觀測3～5 d。

3.6 鋼鉸線管道摩阻損失的測定

鋼絞線在張拉時，管道對造成一定的影響，其管道摩阻將會使得應力產(chǎn)生一定的損失。本次測試項目的目的在于定量測定這種摩阻損失，以便能夠確定實際的預應力。在預應力張拉時，需對張拉的兩個值進行控制:張拉力、伸長量。也就是在應力控制方法張拉時，需要用伸長值來對其進行校核。從而將實際和理論伸長值的差控制在6%的范圍之內(nèi)。

(1)測試儀器:采用靜態(tài)應變數(shù)據(jù)采集儀與電阻應變片進行測量。

(2)測點布置:在實際施工的過程中，可選取一組鋼索，在其張拉過程中進行測試。分別在鋼索兩端與L/2、L/4 截面上布置測量點。在預定的測點位置處對波紋管開孔，并在此后在鋼鉸線上布置應變片，各個測點可根據(jù)其操作空間的大小情況來對其布置1～2 個應變片。

4 大跨度預應力連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)控的實現(xiàn)

為了保證在每個施工塊段中能夠預測出下一塊段的合理立模標高，則應觀測目前塊段中每個施工工序的主梁撓度的變化狀況，以得到實測的狀態(tài)。采用修正預測控制法與控制參數(shù)誤差分析的方法對原定的理想狀態(tài)(即計算得到的撓度狀態(tài))與實測狀態(tài)進行分析對比，除去隨機誤差同時對系統(tǒng)誤差進行判別。如果存在很明顯的系統(tǒng)誤差，則需要先修正結構計算相關數(shù)據(jù)，同時在參數(shù)誤差識別進行調(diào)整后，進行正裝與倒拆分析。正裝分析也就是用來分析計算在施工中每個階段的位移與內(nèi)力，同時將內(nèi)力累加計算起來從而能夠得出在成橋時的受力狀況。混凝土收縮徐變的完成時間一般到達到三年左右，所在正裝分析在時間方面，需要從施工初態(tài)開始進行分階段計算指導成橋后的三年左右。在施工過程中，為了能夠確定每個階段中橋面標高狀態(tài)過程曲線與預留拱度，應根據(jù)橋面的設計曲線在成橋后3年左右的時段對其進行倒拆分析，倒拆分析也就是與正裝分析相反的過程。完成以上步驟后，修正原定理想狀態(tài)從而可得到新的理想狀態(tài)，這也預測了下一個階段的撓度控制值和立模標高。

5 結束語

結合了X 大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的工程特點，對其建立了現(xiàn)場現(xiàn)場的監(jiān)控系統(tǒng)，開展了現(xiàn)場混凝土結構應力(應變)、撓度和溫度監(jiān)測。從應力結果可以看出，各個截面內(nèi)壓應力均達到相關規(guī)范要求，沒有高于混凝土材料的強度設計值，在橋梁懸臂施工過程中，各個截面都處于安全應力的狀態(tài)。

［1］朱慈勉.結構力學［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［2］閆曉鵬.材料力學［M］.北京:清華大學出版社，2013.

［3］徐秉業(yè).彈性力學［M］.北京:清華大學出版社，2007.