大跨径连续刚构桥施工控制技术.pdf

1/10 大跨径连续刚构桥施工控制技术 作者：王海勇 文章来源：本站原创 点击数：更新时间：2010-8-19 11:28:56 王海勇（胜利油田胜利工程建设（集团）有限责任公司，山东 东营 257011）摘要：随着我国交通事业的发展，各地纷纷修建大跨径桥梁，桥梁跨径越大，其施工难度也越大。对大跨桥梁实施施工过程控制是确保施工质量和安全的重要环节，因此有必要对大跨径桥梁施工控制技术进行更进一步的研究，文章论述了施工控制的任务和工作内容、工作流程，并以某桥为例进行施工控制分析。关键词：连续钢构桥；施工控制；应力控制；计算模型；预应力损失 中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）15-0153-03 随着我国交通事业的发展，需要修建更多大跨径桥梁，预应力混凝土连续刚构桥以其施工简便、造价经济、受力合理、行车舒适等独特优势在近年来得到了迅速发展，但在大跨径连续刚构桥施工过程中，已建成节段的线形在后期施工中是不可调节的。因此为保证大桥顺利合拢，同时保证成桥线形内力符合实际要求，必须在桥梁施工过程中进行施工控制。一、施工控制的任务和工作内容 桥梁施工控制的任务就是对桥梁施工过程进行监测控制，确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态（包括成桥线形与成桥结构内力）符合设计要求。桥梁施工控制围绕上述任务而展开，主要内容包括以下几个方面：（一）几何（变形）控制 不论采用什么施工方法，桥梁结构在施工过程中总要产生变形（挠曲），并且结构的变形将受诸多因素的影响，极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置（立面标高，平面位置）状态偏离预期状态，使桥梁难以顺利合拢，或成桥线形形状与设计要求不符，所以必须对桥梁实施控制，使其结构在施工中的实际状态与预期状态之间的误差在容许范围之内、成桥线形状态符合设计要求。（二）应力控制 桥梁结构在施工过程中以及成桥状态的受力情况是否与设计相符合是施工控制要明确的重要问题。通常通过结构应力的监测来了解实际应力状态，若发现实际应力状态与理论（计算）应力状态的差别超限就要进行原因查找和调控，使之在允许范围内变化。结构应力控制的好坏不像变形控制那样易于发现，若应力控制不力将会给结构造成危害，严重者将发生结构破坏，所以，必须对结构应力实施严格监控。对应力控制的项目和精度还没有明确的规定，需根据实际情况确定，（三）稳定控制 桥梁结构的稳定性关系到桥梁结构的安全，它与桥梁的强度有着同等的甚至更重要的意义。世界上曾经有过不少的桥梁在施工过程由于失稳而导致全桥破坏的例子，因此桥梁施工过程中不仅要严格控制应力和变形，而且要严格地控制施工各阶段结构构件的局部和整体稳定。（四）安全控制 桥梁施工过程中的安全控制是桥梁施工控制的重要内容，只有保证了施工过程中的安全，才谈得上其他控制与桥梁的建设，其实，桥梁施工的安全控制是上述变形控制、应力控制、稳定控制的综合体现，上述各项得到了控制，安全也就得到了控制（由于桥梁施工质量问题引起的安全问题除外）。由于结构形式不同，直接影响施工安全的因素也不一样，在施工控制中需根据实际情况确定其安全控制的重点。二、施工控制的工作流程 随着桥梁跨度的不断增大，建设规模也相应增大，施工中所受到的影响也越来越多，要使桥梁施工安全、顺利地向前推进，并保证成桥状态符合设计要求，就必须将其作为一个大的施工系统工程予以严格控制。由于桥梁施工控制的实施牵涉到方方面面，所以，必须事先建立完善、有效的控制系统才3/10 能达到预期的控制目标。全桥施工控制系统的运行过程如下：1按照规范及以往的工程经验确定各种计算参数，通过施工过程模拟计算程序的计算，以设计线形为目标。2按照上述的预报值进行 1#块的施工并测量主梁各点的标高、应力、温度等。3将实测值与模拟计算程序的计算值进行比较，根据两者的误差通过模拟计算程序计算，预报下一阶段的施工标高值。4按照上述的预报值进行下一阶段的施工，并测量主梁各点的标高、应力、温度等变量。5重复上述循环，直至施工结束。三、某桥施工控制分析（一）工程简介 桥梁位于直线段，沿桥梁中心线设置双向横坡2%。该桥采用（49+82+49）m 三孔连续刚构组合桥，桥梁全长 180m，位于旱地。上部结构为分离式单箱单室箱梁，梁高 4.52m，其变化方程为H=2.0+7.2343610-31.6，顶板宽 15.8m，底板宽 8m，两侧各悬臂 3.9m，采用纵向、竖向及横向三向预应力体系。主梁采用 C50 混凝土，按照悬臂现浇法施工；主墩及过渡墩均采用分离式空心薄壁墩，主墩墩身采用 C40 混凝土，过渡墩墩身采用 C30 混凝土；承台及桩基采用 C25 混凝土。为了增加桥梁主墩的防船舶撞击能力，主墩承台采用整体式承台。墩身采用单薄壁、分离式空心墩，由于北江水位变化比较大，在承台以上设 9m 空心段。承台横桥向两侧设弧形端。两个主墩基础采用 12根 D200 钻孔灌注桩。过渡墩采用分离式薄壁空心墩，每侧配 4 根 D150 钻孔灌注桩。桩基础均按嵌岩桩设计，主墩墩身、过渡墩墩身均采用 C40 混凝土；承台及桩基采用C25 混凝土。合拢段在吊架上现浇，边跨现浇段在支架上浇筑。先合拢边跨，然后合拢中跨。合拢中跨前须采用千斤顶于每个腹板形心处向外顶推 150t，顶推时应对称逐级加载，每次加 50t，顶推同时应加强对桥墩和主梁的观测，尤其是主墩截面。“T”构分段如图 1 所示：图1 “T”构分段图（单位：m）（二）施工控制计算 1计算参数。全桥混凝土及预应力钢束力学性能及计算参数选取见表1 以及表2：表 1 混凝土力学性能指标 力学指标名称 C50 C40 C30 弹性模量E（MPa）3.45104 3.25104 3104 轴心抗压标准强度（MPa）32.4 26.8 20.1 抗拉标准强度2.62.42.01 5/10（MPa）5 0 抗压设计强度（MPa）22.4 18.4 13.8 抗拉设计强度（MPa）1.83 1.65 1.39 容重（kN/m3）26 26 26 热膨胀系数（1/）110-5 110-5 110-5 表 2 预应力钢绞线力学性能及计算参数 力学指标及计算参数名称 力学指标及计算参数值 弹性模量E（MPa）1.95105 抗拉标准强度（MPa）1860 张拉控制应力（MPa）1395 钢筋松弛系数 0.3 孔道摩擦系数 0.15 孔道偏差系数 0.0015 锚具变形（m）0.006 2 阶段划分。根据全桥的施工情况，将整个施工过程划分为 23 个施工阶段，每个施工阶段根据施工程序进行子步骤划分。第 2123 施工阶段是为计算成桥后长期徐变建立的施工阶段。3有限元模型。（1）计算图式。计算中，由于边墩对桥梁结构的影响较小，建模时直接处理为支座；（2）结构离散。全桥共划分为 140 个单元，其中 1126单元为主梁单元，其余单元为桥墩单元，悬臂浇注段每一悬浇段划分为两个单元。采用Midas/Civil 中的“等截面/变截面三维梁单元”进行模拟；（3）预应力钢束模拟。采用Midas/Civil 中的钢束预应力荷载模拟，钢束的模拟图如图 2 所示：图 2 预应力钢束平弯示意图（三）实桥线形控制结果 1标高施工控制。大跨径连续刚构桥施工控制的主要任务之一就是桥梁的线形控制。桥梁在建设过程中以及建成后，桥梁结构会发生沉降、收缩徐变等。7/10 为使成桥线形与设计线形相符合，在施工过程中主要采取预拱度这一有效措施，在本桥施工控制中，预抛高计算如下：Hy=f1i+f2i+f3i+f4i+f5i Hy预抛高值；f1i各梁段自重在 i 节点产生的挠度总和；f2i张拉预应力在 i 节点产生的挠度总和；f3i挂篮自重产生的挠度；f4i混凝土收缩徐变在 i 节点产生的挠度；f5i1/2 静活载在 i 节点产生的挠度。部分施工阶段梁底标高控制见表 3：表 3 施工阶段标高控制表 截面号 设计标高（m）预抛高（m）调整值（m）立模标高（m）1 25.135 0.001 25.136 2 25.156-0.001 25.155 3 25.177-0.004 25.173 4 25.209-0.017 25.192 5 25.222 0.015 25.237 6 25.607 0.065 0.011 25.683 7 25.355 0.056 0.008 25.599 8 25.382 0.049 25.431 9 25.171 0.053 25.244 10 24.910 0.036 24.946 综上可以看出数值没有明显的突变或离散，非常接近设计线形，表明本施工控制结果非常成功。2合拢情况。合拢前，在“T”构两端加与合拢段等重的配重，然后对合拢段两端连续观测，直到合拢段两端高差稳定以后，然后再焊接劲型骨架，最后施工合拢段。在施工过程中，先进行边跨合拢，再合拢中跨。合拢是在一天中温度最低时（凌晨 2：00，实测温度为17），合拢情况见表4：表 4 本桥合拢情况表（cm）上底下9/10 游翼缘 板 游翼缘 1号2 号墩边跨合拢段 设计高差 0.4 0.4 0.4 实测高差 1.2 0.8 0.6 3号4 号墩边跨合拢段 设计高差 0.2 0.2 0.2 实测高差 0.6 1.0 0.7 2号3 号墩中跨合拢段 设计高差 0.2 0.2 0.2 实测高差 0.5 0.4 0.7 （四）实测应力与计算应力 如同桥梁结构线形控制一样，在施工控制中，桥梁结构的应力控制也是十分重要的。应力观测是通过埋设应变计，定时测量其频率，再换算成应变，最后换算成应力。本桥各施工阶段应力计算值符合设计规范，能反映出结构施工过程中的内力状态，计算机建模准确可靠，单元划分合理，能反映重要部位的内力状态。实测值与计算值吻合的十分理想，说明施工控制的监测系统切实可行，成功的采集了基础数据和技术信息，参数识别和调整科学合理。成功完成了本桥施工过程中的内力控制。从表3、表4 的内容可知，本桥施工过程中的内力控制和线形控制都非常理想，本施工控制方案可为以后同类桥型的施工控制借鉴。参考文献 1顾安邦，张永水 桥梁施工监测与控制M 北京：机械工业出版社，2005 2白光耀大跨度连续刚构桥的施工监控与结构仿真分析D广西大学，2006 3叶方谦，余利华大跨度预应力混凝土桥施工应力监测J交通科技，2004，（4）作者简介：王海勇（1975-），男，山东广饶人，胜利油田胜利工程建设（集团）有限责任公司工程师，研究方向：交通土建工程。