大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控

楊 旭

(1.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034；2.中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

0 前 言

隨著新技術(shù)、新材料以及新設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了越來(lái)越多的橋梁結(jié)構(gòu)。其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋應(yīng)用范圍最為廣泛，因?yàn)檫@種橋梁結(jié)構(gòu)具有外形美觀、結(jié)構(gòu)性能良好、維護(hù)過(guò)程簡(jiǎn)單、抗震能力好以及行車舒適的特點(diǎn)[1]。在開展預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?qū)嶋H施工的過(guò)程中，對(duì)稱懸臂澆筑法是最為常見的施工方法，但是該施工方法在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，使得橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及位移會(huì)發(fā)生較為復(fù)雜的變化。為了保證連續(xù)鋼構(gòu)橋的成橋質(zhì)量和提高施工過(guò)程中的安全性，對(duì)施工監(jiān)控進(jìn)行研究和分析是十分有必要的。

1 工程概況

本文涉及工程位于湖北省境內(nèi)漢江陳家集河段，和武荊高速漢江大橋之間的距離約為13 km。橋梁東西岸均設(shè)置有鄉(xiāng)村水泥公路。該橋梁主橋上部結(jié)構(gòu)為四跨一聯(lián)分離式雙幅預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。主橋上部構(gòu)造所采用的應(yīng)力形式為三向預(yù)應(yīng)力。為了提高成橋質(zhì)量，在開展實(shí)際施工的過(guò)程中應(yīng)用了較為嚴(yán)格的線形監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行施工監(jiān)控。

2 大跨徑連續(xù)橋橋施工監(jiān)控方法

2.1 預(yù)測(cè)控制法

預(yù)測(cè)控制法適用于各種結(jié)構(gòu)形式的橋梁施工監(jiān)控。應(yīng)用該方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求對(duì)可能會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的條件或者因素進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)下一節(jié)段主梁會(huì)發(fā)生的應(yīng)力變化及位移情況，然后針對(duì)性地采取相應(yīng)的方法來(lái)控制實(shí)際施工過(guò)程。對(duì)于任何工程來(lái)說(shuō)，理論值和實(shí)測(cè)值之間都會(huì)存在一定的誤差，如果在預(yù)測(cè)未施工節(jié)段的預(yù)應(yīng)力以及高程大小時(shí)將這些誤差所造成的影響考慮進(jìn)去，那么可以降低誤差對(duì)實(shí)際施工所造成的影響[2]。每完成一個(gè)施工階段的施工后對(duì)下一階段的施工狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將設(shè)計(jì)橋型當(dāng)做橋梁設(shè)計(jì)和施工的最終目標(biāo)，得出最為合理的預(yù)拱度，這也是是預(yù)測(cè)控制法最為關(guān)鍵的內(nèi)容。

2.2 自適應(yīng)控制法

在橋梁項(xiàng)目實(shí)際施工的過(guò)程中，如果橋梁的應(yīng)力和位移擾度的理論值和實(shí)測(cè)值之間存在一定的誤差，需要根據(jù)橋梁當(dāng)前的實(shí)際施工情況重新確定建模的參數(shù)。完成參數(shù)的調(diào)整和確定后，通過(guò)軟件計(jì)算出各個(gè)施工階段的應(yīng)力值及線形值，然后對(duì)理論值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，再通過(guò)不斷的調(diào)整將實(shí)際狀態(tài)和理論狀態(tài)之間的誤差控制在合理范圍內(nèi)。參數(shù)識(shí)別是自適應(yīng)控制法應(yīng)用的關(guān)鍵內(nèi)容，如果實(shí)測(cè)值和理論值之間出現(xiàn)誤差，那么需要對(duì)誤差進(jìn)行具體的分析并應(yīng)用參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則反算出模型參數(shù)的誤差。通常來(lái)說(shuō)，應(yīng)用范圍最為廣泛的參數(shù)估算準(zhǔn)則有最小二乘準(zhǔn)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法及色理論預(yù)測(cè)法等，其中最小二乘法計(jì)算較為簡(jiǎn)便，精度可達(dá)到具體的要求。

3 施工監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容

3.1 標(biāo)高控制

在開展鐘祥漢江公路二橋主梁的掛籃現(xiàn)澆施工的過(guò)程中，只有保證梁段標(biāo)高更加合理才能確保主梁的線形更加平順。在實(shí)際控制標(biāo)高的過(guò)程中結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算僅僅是理論數(shù)據(jù)，標(biāo)高的控制會(huì)受到諸多不確定因素的影響，所以需要將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行對(duì)比分析，然后根據(jù)具體的差異修整理論值，再確定下一階段的立模標(biāo)高[3]。想要提高橋梁線形控制水平，合理的調(diào)整立模標(biāo)高是十分有必要的，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素有很多，必須針對(duì)不同的因素采取合理的方法對(duì)立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整和修整。本文涉及工程采用下列公式計(jì)算立模標(biāo)高：

H設(shè)+∑f1+∑f2+f3+f4+f5=H施

(1)

式中，∑f1為橋梁自身及后續(xù)梁段自重對(duì)立模梁段所產(chǎn)生的撓度總和；∑f2為橋梁自身及后續(xù)梁段張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)立模梁段產(chǎn)生的撓度總和；H設(shè)為箱梁設(shè)計(jì)標(biāo)高；f3為掛籃自重及其自身變形產(chǎn)生的撓度；H施為梁段施工立模標(biāo)高；f4為二期恒載對(duì)立模標(biāo)高產(chǎn)生的撓度；f5為箱梁對(duì)立模梁段產(chǎn)生的撓度。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)該大橋13#墩9#段中跨線形控制標(biāo)高進(jìn)行了24 h的監(jiān)測(cè)，得出其變化量曲線，如圖1所示，標(biāo)志點(diǎn)實(shí)測(cè)與理論標(biāo)高變化量如表1所示。

圖1 標(biāo)志點(diǎn)實(shí)測(cè)與理論標(biāo)高變化量曲線圖

表1 標(biāo)志點(diǎn)實(shí)測(cè)與理論標(biāo)高變化量對(duì)比表

3.2 應(yīng)力監(jiān)控

因?yàn)楸疚纳婕绊?xiàng)目工期較長(zhǎng)，所以應(yīng)力檢測(cè)工作注定是一個(gè)持續(xù)的測(cè)量過(guò)程，為了提高應(yīng)力監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度，選擇一個(gè)應(yīng)用起來(lái)更加方便可靠的傳感器件是非常有必要的，就當(dāng)前來(lái)看，埋入式智能混凝土振弦式應(yīng)變計(jì)是最為常用的傳感器件[4]。該傳感器穩(wěn)定性較好且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，另外采集數(shù)據(jù)的過(guò)程更加簡(jiǎn)單方便。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，橋梁上部結(jié)構(gòu)需布置應(yīng)力測(cè)試截面共計(jì)19個(gè)，主墩高墩需要布置測(cè)試截面共計(jì)8個(gè)。在開展混凝土澆筑施工之前就需要將埋入式傳感器捆綁在結(jié)構(gòu)主筋上，如圖2所示。

圖2 埋入式智能混凝土振弦式應(yīng)變計(jì)安裝示意圖

3.3 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)

預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的控制是整個(gè)工程的關(guān)鍵工作。為了提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，必須控制好橫向預(yù)應(yīng)力、豎向預(yù)應(yīng)力以及縱向預(yù)應(yīng)力的施工水平。預(yù)應(yīng)力筋的張拉效果也會(huì)對(duì)最終的成橋狀態(tài)和橋梁線形產(chǎn)生影響，在開展實(shí)際施工的過(guò)程中必須對(duì)實(shí)際施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1)在對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)加力時(shí)不僅要實(shí)現(xiàn)張拉的雙控作用，還需考慮管道摩阻的具體影響。

2)通過(guò)分析大跨徑橋梁所出現(xiàn)的病害發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生斜向裂縫的主要原因是主拉應(yīng)力不足，通過(guò)分析橋梁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)可得出，如果適當(dāng)施加豎向預(yù)應(yīng)力可以提高主拉應(yīng)力的抵抗效果，所以在開展實(shí)際施工的過(guò)程中必須加強(qiáng)豎向預(yù)應(yīng)力的控制力度。

3.4 溫度監(jiān)測(cè)

因?yàn)榱憾諘?huì)發(fā)生固結(jié)使得橋梁的上下部結(jié)構(gòu)會(huì)受到溫度的影響，所以在不同溫度環(huán)境下對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的擾度變化和應(yīng)力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

1)應(yīng)用熱敏電阻溫度傳感器測(cè)試混凝土溫度，并且將其放置在底板、腹板以及箱梁頂板中。

2)在開展混凝土澆筑施工前需將溫度傳感器預(yù)埋在箱梁混凝土內(nèi)，不間斷監(jiān)測(cè)3天，如果是晴天需每間隔1 h監(jiān)測(cè)一次測(cè)點(diǎn)溫度，如果遇到陰雨需每間隔2 h觀測(cè)一次。然后繪制測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線，通過(guò)分析該曲線可得出結(jié)構(gòu)的擾度變化和應(yīng)力變化。其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 施工過(guò)程分析及實(shí)際運(yùn)行情況

1)施工全過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程中各個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)參數(shù)和理論參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，更好地預(yù)測(cè)和反饋?lái)?xiàng)目實(shí)際的施工過(guò)程。本文涉及項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)施工階段計(jì)算的過(guò)程是按照具體的施工順序以及橋梁段的劃分情況進(jìn)行計(jì)算的。

2)施工監(jiān)控的實(shí)際運(yùn)行情況。在開展本文涉及項(xiàng)目施工的過(guò)程中左右幅同步施工。在計(jì)算和修整的過(guò)程中應(yīng)用到了立模標(biāo)高計(jì)算與實(shí)際測(cè)量修正控制方法，該橋梁項(xiàng)目立模標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高需高1 cm左右。完成梁段張拉施工后需對(duì)實(shí)際測(cè)量值和理論值進(jìn)行對(duì)比分析，盡量控制下?lián)喜怀^(guò)2 cm，為后續(xù)的施工夯實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在開展橋梁施工建設(shè)的過(guò)程中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，已經(jīng)完成建設(shè)的部分具有不可調(diào)性，因此，為了提高整個(gè)項(xiàng)目的施工質(zhì)量必須采取有效的施工監(jiān)測(cè)方法。施工實(shí)踐證明，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術(shù)具有較好的監(jiān)控效果，值得被廣泛推廣和應(yīng)用。

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