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1、精选优质文档-倾情为你奉上刚构-连续组合体系一座大跨度高墩弯梁桥的施工监控吴雄飞1 向学建2（1.广东清连公路发展有限公司 清远 2.交通部公路科学研究院 北京 )摘要： 结合一座大跨度预应力混凝土刚构-连续组合体系桥梁,基于有限元分析方法和现代监测手段，对主墩和箱梁的线形与应力等进行了施工监控，确保大桥在施工过程中的安全性和成桥后的线形及应力状态符合设计要求。关键词： 刚构-连续组合体系；施工监控；线形；应力0 概述 近年来，随着我国交通和城市建设的发展，弯梁桥在高速公路和城市立交桥的应用愈来愈多，跨径愈来愈大，墩子越来越高，曲率半径愈来愈小，桥型也愈来愈轻巧、经济。代表性的大跨度高墩弯桥如
2、表1所示。表1 代表性的大跨度高墩弯桥序号桥名跨径/m平曲线半径/m备注1奴格沙大桥210+150R=2002祥临高速K194+460大桥55+100+55R=258.53云南阿墨江大桥70+2130+70磨黑侧R=260 元江侧R=302.579最大墩高103m4元墨高速K306185大桥7714077部分R=260，反向曲线5福建马宅顶大桥30+250+30部分R=350超高7%6大保高速K442+665大桥77+140+77部分R=3887板其二号弯梁桥44+72+44部分R=450最大墩高53m8九砂希大桥52.5+293+52.5部分R=4869陕西长武亭口黑河大桥60+6100+6
3、0R=582.963矩形空心薄壁单墩57m10刘家沟大桥64+115+64R=60011贵州上瑞线沙银沟大桥68+120+68R=620墩高80m12广东清连高速路杜步3号桥60+4100+60部分R=635最大墩高81m13湾沟大桥64+115+64部分R=70014北二高碧潭桥主跨160部分R=75015石崆山大桥65+115+155+3115+65部分R=76216绍兴斗门江大桥50+80+50R=80017福建船龄岽大桥85+155+85R=830最大墩高58.4m18厦门海沧大桥西航道辅桥78+140+78R=900及缓和曲线19广东清连高速路杜步2号桥60+7100+60部分R=1
4、100最大墩高92m20贵州朱昌河大桥106200106部分R=1100最大墩高151m21陶家沟特大桥70+120+120+70部分R=120022太平沟大桥750部分R=1381顶推施工23山西阳城2#桥75+135+75部分R=320024广东清连高速路杜步1号桥75+6125+75部分R=3750最大墩高110m25广东虎门辅航道桥150+270+150R=7000在建时跨径居同类桥梁世界第一 刚构-连续组合体系大跨度连续弯梁桥属超静定结构，对于这种结构，它的成桥线形、结构内力和施工过程密切相关，不同的施工方法和施工工序会导致不同的成桥线形和结构内力。在设计过程中，设计参数(如:曲率半
5、径、混凝土弹性模量、混凝土的收缩、徐变、预应力损失、施工荷载、温度)往往是根据规范或设计经验设定的，这样一些参数的取值难以和实际情况完全吻合。对中、小跨度的桥梁，这些偏差上的影响还不大，但对大跨度连续弯梁桥(多采用悬臂施工)，由于这些偏差的影响，在施工过程中随着悬臂长度的增大主梁的线形有可能会明显偏离设计值从而造成合龙困难，在合龙后，由于对混凝土收缩、徐变等因素计算的不准确，也会导致主梁线形偏离设计值，同时还可能导致次内力而改变结构的内力状态。当上述因素与设计不符，在施工中又不能及时识别时，必然导致目标的偏离，造成扭曲线形或强行合龙的后果，因此为确保此类桥梁安全施工和实际线形与目标线形吻合良好
6、,进行施工监控很有必要。施工监控目的有两个： 采取科学有效的措施对箱梁挠度实施监控，预测分析、实时调整，以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计线形； 通过在箱梁、主墩关键部位埋设应力传感器进行大桥应力监控，确保大桥的安全施工。1工程概况广东清连高速路杜步3号桥(图4，图5)是B5标合同段上一座大型预应力混凝土刚构-连梁组合桥，跨径组成为60+4100+60（m），全长87446m，上部采用三向预应力混凝土变截面箱梁，下部采用空心薄壁桥墩、钻孔灌注桩基础，悬臂浇筑施工。平面位于R=1100m、Ls=134654m及Ls=140m、R=635m的反向S型缓和曲线及圆曲线内，桥梁跨径按桥梁中心线布置，桥
7、墩、台按径向布设，引桥采用调整预制梁长的方法适应线形变化。该桥集弯桥、坡桥、高墩、大跨径于一身，是典型的山区刚构-连续组合体系桥，因此无论从桥梁设计、施工还是监控都比一般刚构桥要难。2 施工监控方法及主要内容杜步3号桥施工监控应用现代控制理论中的自适应控制方法，即对施工过程的标高和内力的实测值与预测值进行比较，对桥梁结构的主要参数进行识别，找出产生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到监控的目的。这种方法的重点在于对影响结构变形和内力的主要设计参数的识别上，而一般只要及时对产生偏差的主要参数进行修正，施工中,严格按照确定的施工步骤进行施工,同时,严密监测桥梁结构的线形和应力状况,一旦出现超出设计
8、值或限值的情况,立即重新进行施工步骤调整,最终使线形和内力状态符合设计要求。监控的主要内容： 线形监控 线形包括主墩和箱梁，主墩线形主要指主墩的垂直度；箱梁线形，由于杜步3号桥是弯桥，上部结构各梁段重心不在一条直线上，使主墩承受偏心压缩、各梁段自重所形成的扭矩、弯桥的转角较大的增加了预应力的摩阻力使主墩和主梁发生横向倾斜，为保证主墩、主梁建成后的空间位置满足设计要求，施工中的主墩、主梁横向和竖向都应监控，所以平面和高程线形同样重要。线形监控的目的是通过数据处理、预测分析和实时调整，以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计； 应力监控 应力同样包括墩身和箱梁，应力监控的目的是保证大桥各部分应力状况符合
9、设计要求，从而保证大桥安全施工，并为今后运营阶段的长期监控做准备； 温度监控监测 温度监控包括两部分内容：箱梁温度挠度关系曲线的实际观测和箱梁温度场观测。前者为确定立模标高提供温度修正依据；后者为合龙提供可靠温度； 三个试验监控： 混凝土材性试验， 管道摩阻系数试验， 挂篮静力荷载试验。3 施工监控的实施3.1 主墩线形监控杜步3号桥有5个桥墩，其中1号墩高34.0m，2号墩高73.0m，3号墩高78.0m，4号墩高81.0m，5号墩高52.0m。每个墩面设置两个观测点。主墩清远侧正墩面用A表示,按顺时针方向其它各墩面分别用B、C、D表示。A1、A2表示一个墩面上的两个基准点, A1-1、A2
10、-1表示一个墩面上的两个测点，依次类推。首次测量高度为15m，之后每隔5m观测一次。主墩线形监控方法是使用国产苏州一光制造的DZJ2激光垂准仪现场实测主墩的垂直度，并作好原始记录，备查。从垂直度监测结果来看： 高墩墩身线形垂直度最大偏差19mm，不大于20mm； 随着施工墩身高度的增加，施工工艺的完善和施工水平的提高，墩身线形趋向好转。3.2 箱梁线形监控3.2.1理论线形计算设计线形由大桥设计单位提供，目标线形（图1）则是在设计线形的基础上，计入活载和长期徐变的作用。一般活载效应按设计规范，长期徐变作用则根据计算和国内已建成的同等跨径桥梁设置经验确定。本桥长期徐变效应和活载部分预留预拱度总和
11、最后确定为中跨跨中10cm，边跨2cm。预拱度线形的计算要在大桥施工图中施工阶段基础上进一步细化，利用有限元模拟分析，单元的划分依据图纸，共划分了144个桥面单元，36个主墩单元，节点总数为181个。预应力束全桥共计151个类型。把箱梁一个节段施工过程划分为三个阶段进行，即挂篮移动、浇注混凝土和张拉预应力。杜步3号桥上部结构共有12个节段箱梁，其预拱度曲线计算分50个阶段进行。图1 杜步3号桥线形监控软件3.2.2 箱梁线形监控方法箱梁线形监控包括平面和高程线形监控。平面线形监控主要是监控每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合。高程监控是重点，高程监控的最终目的是使箱梁实
12、际施工线形尽可能地吻合目标线形。高程测量的基准点设在各主墩墩顶0号块，悬臂箱梁上的测点布置在顶板（图2）。测点纵向位置：距现浇段前端10cm，横向位置：截面由箱中间向两边3.5m。测点桩由20钢筋制作。测量时采用精密水准仪（DS1）和因瓦钢精密水准尺。图2 箱梁高程测点布置示意箱梁悬臂施工的挠度观测分为三个阶段（如图3 ）：挂篮移动后；张拉预应力前；张拉预应力后。阶段、的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度效应；阶段、的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应；阶段、的测量数据之差反映挂篮移动产生的挠度效应。通过三个阶段单项实测值与理论数值的比较可以看到问题出现在哪里，哪个阶段吻合，
13、哪个阶段偏差大一些。若有问题根据问题的大小，查找原因。图3 箱梁悬臂浇筑三阶段测量的位置和内容3.2.3 温度对线形监控的影响温度对箱梁挠度的影响不可忽视，这已成为共识。有资料表明，在长悬臂施工阶段，由于温度变化产生的悬臂挠度往往超过40mm，40mm的影响量对挠度观测结果会产生很大干扰，因此施工监控中必须重视温度对箱梁挠度的影响。表2 杜步3号桥箱梁温度挠度随气温变化观测结果测试时间温度测量标高测量墩左箱梁/墩右箱梁/大气温度/墩左标高/m28293031GDGDGDGD6:0021.821.921.7281.735281.749281.789281.763281.842281.816281
14、.896281.8708:0023.123.225.1281.732281.747281.785281.761281.839281.813281.894281.86510:0024.925.128.2281.729281.745281.781281.759281.836281.810281.892281.86012:0027.627.830.8281.726281.743281.777281.757281.832281.807281.89281.85814:0031.531.735.3281.723281.741281.775281.753281.828281.804281.888281.85
15、616:0034.134.337.0281.720281.739281.773281.749281.827281.803281.884281.85418:0034.534.735.7281.721281.737281.773281.750281.829281.803281.882281.853最大挠度/mm1512161415131417墩右标高/m49505152GDGDGDGD6:0021.821.921.7282.921282.68282.979282.733283.038282.785283.093282.8398:0023.123.225.1282.92282.676282.9772
16、82.729283.036282.783283.091282.83610:0024.925.128.2282.916282.672282.975282.727283.032282.78283.089282.83312:0027.627.830.8282.912282.668282.973282.725283.028282.777283.087282.8314:0031.531.735.3282.908282.664282.971282.723283.024282.774283.085282.82716:0034.134.337.0282.904282.661282.969282.721283.
17、02282.771283.081282.82418:0034.534.735.7282.905282.662282.967282.72283.022282.772283.081282.825最大挠度/mm1719121318141215备注1.测量时间：2008年10月5日；2.本计算未考虑收缩徐变的影响。从表2实测数据，可以得到以下结论：温度变化，箱梁挠度不是马上跟着变化，具有滞后的现象，即当温度升高了，箱梁不是立即跟着下挠；左右两侧在观测时间内的最大挠度有一定差别，这有可能与薄壁墩由于温差的变化产生的弯曲变形有关；从表4-10实测数据来看，温度每升高1，悬臂的挠度约1mm；由于温度的升高，
18、箱梁有普遍下挠的规律，因而对施工阶段挠度观测结果产生很大的误差。为此，施工控制观测应在气温基本相同的情况下进行。根据上述温度观测数据并应用上述温度挠度变形测量成果，对立模标高的确定进行修正，取得较好的效果。3.2.4 合龙高差 2008年10月3号最后一个悬浇段的标高提供完，18号开始合龙（图4）。表3 合龙阶段主要结果合龙段合龙时间合龙温度/设计合龙高差/cm实际合龙高差/cm合龙精度/cm12008.10.18214.46.01.622088.10.31202.54.52.032008.10.23212.53.10.642008.10.23212.11.01.152008.10.31203
19、.11.12.062008.10.21214.75.60.9图4 杜步3号桥箱梁合龙后英姿3.3 主桥应力监控应力监控的目的是保证大桥安全施工，通过对箱梁顶、底板以及主墩应力的监测来了解结构的实际应力状态，那么箱梁和薄壁墩的应力测点应本着“少而精”的原则布置在结构最不利位置上。箱梁和薄壁墩应力测点布置见图5。全桥共有15个断面，其中上部10个断面，下部5个断面，断面的应力传感器布置见图6，总共100个测点。主墩的1-15-1测试断面是墩底离承台2.0m，箱梁顶板上的测点、箱梁底板上的测点均顺桥向水平布置，腹板上的测点纵向按45度方向布置；墩底、墩顶断面测点均按竖向布置。图5 应力监控断面布置/
20、m图6应力监控断面测点布置/m应力计随混凝土浇注埋于结构内，对要使用的应力传感器进行标定，筛选出质量可靠、性能稳定的。对埋入的应力传感器应注意以下几点：应力计应与主筋同一位置深度、同一走向，且尽量放置于主筋下方以防震捣时损坏；应力计埋设时选择好合适的初频；应力计在与主筋焊接时要注意洒水冷却，防止高温传导损坏应力计；温度传感器应与应力计置于同一位置深度，真实反映应力计埋设位置的混凝土即时温度；应力计引出导线都应编号并制作专门的硬套管与保护盒。通过施工阶段的应力监控，可以得到如下结论：底板、腹板位置的主拉应力、顶板实测数值与理论值相比，基本吻合，变化规律正确；后期偏大，规律性基本一致。这在其他它桥
21、上也有类似情况，分析原因：空间分析与平面分析的差异；局部应力影响，比如测点正好靠近某根预应力束；扭矩的影响，弯桥外边缘弯曲应力大于内边缘，受力不均匀；薄壁墩的应力实测数值与理论数值相比，吻合较好，略有波动，随着全桥合龙及通车运营，结构应力将趋于平稳；无论箱梁还是薄壁墩，在悬臂箱梁块段增加的情况下，实测应力变化与理论应力变化相比相差不大，说明在悬臂浇筑施工阶段箱梁、薄壁墩应力正常，主桥在施工过程中始终处于安全状态，说明结构是安全的。4 结论杜步3号桥主桥施工监控从2007年4月起2008年12月止，历时一年8个月。主桥合龙后线形流畅，预拱度设置合理，各项监控内容均达到了预期的效果，监控结果也均满
22、足设计文件及相关规范的规定。施工监控是一项系统工程，单靠施工监控单位一家努力是做不好工作的，应该一桥五方（建设、设计、监理、施工、监控）协调作战，把好每一个关口，这样才能监控好。从这个意义上讲，杜步3号桥施工监控成果是一桥五方共同努力的结果。参考文献：1 中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范S.北京:人民交通出版社,2004.2 邵容光等编著.混凝土弯梁桥.北京，人民交通出版社，1996.5.3 姚玲森.曲线梁.北京，人民交通出版社，1989.8.4 姚玲森.桥梁工程.北京，人民交通出版社，1987.6.5 马保林,李子青.高墩大跨连续刚构桥M.北京:人民交通出版社,2001.6 向学建，杨昀等. 广东清(远)连(州)一级公路升级改造(高速)工程杜步3号桥施工监控监测总报告,2009.7 徐君兰.大跨度连续刚构桥施工控制M.北京:人民交通出版社,2000.8 向木生.连续刚构桥梁施工控制分析J.武汉理工大学学报,2002(6). 作者简介： 基本信息：向学建 男，1970年12月出生，湖南省汉寿县人。学历：硕士研究生。工作单位：交通部公路科学研究院。技术职称：高级工程师。主要研究领域：（1）桥梁工程CAD二次开发；高墩大跨弯桥的设计与施工技术研究；（3）大跨径桥梁施工监控监测。联系电话： 010-电子信箱:xj.xiang专心-专注-专业