大跨徑預應力連續(xù)梁橋施工控制關鍵技術研究
2017-07-17
0 引言
大跨徑預應力連續(xù)梁橋施工工序非常復雜，要保證施工效果，過程控制至關重要。但是，在實際施工中，由于施工單位對施工控制的重要性主觀意識缺乏，對施工控制的具體內(nèi)容了解不夠，導致施工控制不力，使得工后的橋梁結構達不到預期要求，有的工程工后效果甚至與設計要求大相徑庭，也有的工程在施工過程中，因結構失穩(wěn)而倒塌。
為了幫助施工單位提高認識，進一步明確施工控制的具體要求和實施方法，本文結合大跨徑連續(xù)梁結構特點，明確了施工控制基本原理、主要內(nèi)容和施工控制方法，并結合工程實例具體分析如何實施施工控制。
1 大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的基本原理
當我們以懸臂法形成橋梁時，成橋狀態(tài)的施工順序同其結構內(nèi)力間有著較為密切的聯(lián)系，為了能夠?qū)嶋H施工過程中內(nèi)力演變過程進行良好的分析與研究，我們以圖1中的三跨連續(xù)梁施工為例對其結構內(nèi)力的計算原理進行一定的研究。
1.1 梁端懸臂施工內(nèi)力
從墩頂部位開始的施工，在施工過程中的受力狀態(tài)與T型鋼架類似。因此，梁段施工過程中，最長懸臂成為了其最不利的受力狀態(tài)，其結構彎矩圖如圖2所示。
1.2 邊跨合攏段內(nèi)力
邊跨合攏是在支架上施工，施工結束拆除支架的過程。在實際施工中，需要以一次落架的方式將其在橋墩上固定，而將其另一端搭在橋梁固端梁上，按結構力學進行表示，不平衡彎矩圖如圖3。
將其同上述懸臂施工彎矩圖進行疊加之后，可以獲得合攏之后的累計彎矩。
2 大跨徑連續(xù)梁施工控制內(nèi)容
2.1 結構變形控制
橋梁結構在施工中受各類因素的影響會發(fā)生變形，嚴重時會導致主橋結構與設計結構之間出現(xiàn)嚴重的誤差，進而造成橋梁不易合攏，即便成型，其成型狀態(tài)必然偏離控制目標，最終導致橋梁無法交付使用。鑒于此，在橋體施工中，必須對橋梁結構進行變形控制。
2.2 結構應力的控制
橋梁結構在施工中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設計相符，是施工控制的主要內(nèi)容。若發(fā)現(xiàn)實際應力狀態(tài)與計算盈利狀態(tài)的差別超限，就要深入分析原因，并采取控制措施，將其控制在允許范圍以內(nèi)，以防結構破壞。
大跨徑連續(xù)梁結構應力的控制，主要涉及結構構件自重下的應力、結構在施工荷載下的應力以及結構預加應力等。
2.3 結構穩(wěn)定性控制
在橋梁施工中，因橋梁結構不穩(wěn)造成結構破壞的事故屢見不鮮，其中一個典型案例就是加拿大魁北克橋，該橋在攔車錨錠�慵薌唇�完工時，由于懸臂端下懸桿的腹板屈曲而發(fā)生突然崩塌墜落。
因此，橋梁施工不僅要控制變形和盈利，更要嚴格控制施工各階段結構構件的局部和整體穩(wěn)定。
3 連續(xù)梁橋施工控制方法
3.1 合理設計結構參數(shù)
結構參數(shù)包括：結構構件的截面尺寸、結構材料彈性模量、材料自重、施工荷載、預加應力等。
3.2 預測控制法
預測控制是在全面考慮影響橋梁結構狀態(tài)的各種因素和施工所要達到的目標后，對結構的每個施工節(jié)段形成前后的狀態(tài)進行預測，使施工沿著預定方向進行。
對連續(xù)梁而言，其主梁剛度較大，已施工完畢的主梁結構、標高無法調(diào)整，只能在后續(xù)節(jié)段逐步進行調(diào)控。預測法是連續(xù)梁施工控制的主要方法，也是本文所采用的方法。
4 連續(xù)梁橋施工控制影響因素和誤差調(diào)整方法
4.1 影響因素
4.1.1 結構參數(shù)
無論我們所使用哪一種控制方式，結構參數(shù)都是其中非常關鍵的一項因素，可以說是我們對施工進行模擬研究、分析的基礎，其準確性將直接對分析結果產(chǎn)生影響。而對于橋梁結構參數(shù)來說，我們也很難保證實際結構參數(shù)能夠同設計參數(shù)完全符合，兩者之間往往會存在著一定的誤差。在具體施工過程中，如何對這部分偏差進行分析與計算，使其能夠更好地同橋梁結構參數(shù)相吻合，是我們必須引起重視的一個問題。
具體來說，結構參數(shù)主要有結構構件截面尺寸、結構材料彈性模量、材料容量、熱膨脹系數(shù)、施工荷載以及預加應力等。
4.1.2 施工工藝
施工質(zhì)量同施工控制之間有著非常密切的聯(lián)系，也將直接對控制目標的實現(xiàn)產(chǎn)生影響。在實際施工中，我們所選擇的施工工藝將對施工效果與質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，選擇施工工藝時，需要對構件的安全、制作等方面可產(chǎn)生在的誤差進行全面的掌握與分析，以保證施工的各個環(huán)節(jié)能得到有效的控制。 4.1.3 施工監(jiān)測
施工監(jiān)測也是我們對橋梁實現(xiàn)控制的一項重要方式。具體監(jiān)測內(nèi)容主要有變形監(jiān)測及應力監(jiān)測等。但是，施工監(jiān)測會隨著數(shù)據(jù)的采集、儀器的安裝以及施工環(huán)境等不同而產(chǎn)生著一定的誤差。
可以說，在我們開展結構監(jiān)測的過程中，誤差是始終存在的，而為了能夠使工程具有更高的質(zhì)量以及更好的準確度，就需要我們對監(jiān)測的可靠性進行控制，并從測量設備、方式及控制分析等方面入手，提高施工監(jiān)測的準確度，最大限度降低誤差。
4.2 橋梁施工誤差調(diào)整方式
4.2.1 參數(shù)法
參數(shù)法是在實際施工過程中，根據(jù)橋梁撓度以及內(nèi)力等信息，采用最小二乘法對參數(shù)進行識別與修改，如預加應力、徐變系數(shù)及經(jīng)濟節(jié)段重量等。通過對結構的實時分析，確保對原有設計值進行調(diào)整與校核的基礎上對施工控制值及標高進行修正。但是，由于該方式過于依賴對參數(shù)的分析、調(diào)整，不能在施工過程中進行動態(tài)控制，該方式在實際應用有一定的限制。
4.2.2 最佳成橋狀態(tài)法
該方法對最佳施工階段、最佳成橋狀態(tài)進行了定義，即通過施工狀態(tài)變量同目標約束條件的良好聯(lián)系使約束條件能夠同狀態(tài)變量間形成一種解析的函數(shù)關系，并能夠通過對該狀態(tài)變量的適當調(diào)整將每一個施工環(huán)節(jié)都形成最佳的施工階段，并以此實現(xiàn)最佳成橋狀態(tài)。但是，由于最佳成橋狀態(tài)法不具備反饋預測功能，屬于一種較為被動的控制方式。
4.2.3 無應力法
該方法將成橋過程中所具有的無應力曲率以及無應力長度作為橋梁安裝施工的一種重要控制因素，以獲得較高的成橋質(zhì)量。實際施工過程中，由于施工誤差、制作誤差及參數(shù)誤差等情況的存在，會導致參數(shù)還原后的線形及結構內(nèi)容同設計方案存在一定的差異，而且這種差異會隨著誤差的增加而加大，使最終成橋狀態(tài)與設計間存在一定的偏離。由于該方法不需要對誤差進行控制及修正，使其并不能對實際施工狀態(tài)進行預測。
5 例談大跨徑連續(xù)梁橋的施工控制系統(tǒng)
5.1 工程概況
云南省大理州某跨河橋梁，主橋為45m+80m+45m三跨預應力混凝土連續(xù)梁橋，僑聯(lián)由兩幅完全分離的平行橋梁組合而成，采用雙向4車道設計。主梁為單箱單室結構，箱梁頂?shù)椎膶挾确謩e是13.74m、7.74m，頂寬墩中心處平均梁高4.4m，跨中及梁端支座處梁高2.0m。該跨河大橋采用掛籃懸臂現(xiàn)澆工法施作而成，4個主墩配有4個T構，“T構”左右兩側(cè)各設9個懸澆節(jié)段。主墩臨時固結采用鋼管混凝土支撐，在懸澆過程中承受箱梁的不平衡彎矩。合攏時，按照“先邊跨后中跨”的順序依次完成合攏，最后將臨時支撐拆除完成主橋轉(zhuǎn)體施工。
根據(jù)施工方案把本工程劃分為幾個階段，明確每一階段所包含的施工步驟，分階段開展施工活動。比如，懸澆施工段可以劃分為掛籃前移、混凝土澆筑、預應力張拉三個步驟，再結合現(xiàn)場條件，對照施工圖布置各個階段模型的單元數(shù)、荷載以及邊界條件。施工時，應該重點關注幾個荷載條件：箱梁結構自重、預應力效應、混凝土的收縮徐變、掛籃重量及合攏階段的平衡配重、成橋階段結構體系轉(zhuǎn)換、體系轉(zhuǎn)換后的預應力及混凝土收縮徐變引起的二次內(nèi)力、二期恒載等。
5.2 施工控制流程及施工控制體系
5.2.1 施工控制體系
?、賹崟r測量。
在整個施工階段，實時測量是采集現(xiàn)場信息、客觀反映橋梁實際工況的主要途徑。測量所得的數(shù)據(jù)、資料對于科學地開展橋梁施工具有至關重要的作用。實際測量必須保證測量數(shù)據(jù)的可靠性及精度。具體內(nèi)容有混凝土應變監(jiān)測、箱梁溫度分布以及線形控制測量等。
②仿真模擬。
在橋梁施工過程中，需要根據(jù)測試參數(shù)、構筑物尺寸、空間位置進行仿真模擬，并結合實際測量所得數(shù)據(jù)進行擬合分析，以確保計算結果與實際工況保持一致。具體來講，需要實地勘測施工現(xiàn)場，并如實記錄材料物理力學性能參數(shù)、施工荷載條件以及施工截面幾何參數(shù)，這樣才能為橋梁施工提供參考依據(jù)。
?、塾嬎惴治?。
大跨徑連續(xù)箱梁橋的施工控制是一個預告、施工、測量、識別、修正、預告的循環(huán)過程。在施工控制中，最為關鍵的是要保證結構的安全性，保證結構的受力及尺寸都處于合理誤差范圍之內(nèi)。在施工現(xiàn)場，結構狀態(tài)同測量誤差、數(shù)據(jù)參數(shù)及結構分析模型之間也有著密切的聯(lián)系，通過工程控制過程中的計算分析，將橋梁施工按動態(tài)系統(tǒng)進行分析，能夠幫助我們更好地掌握其真實的狀態(tài)。
5.2.2 施工控制流程
5.3 參數(shù)敏感性分析
對于可能對橋梁施工產(chǎn)生影響的全部參數(shù)來說，在同一工程的施工中不一定會同時出現(xiàn)。而且，不同參數(shù)對于橋梁狀態(tài)影響程度也不同。在這種情況下，就需要我們通過對設計參數(shù)的分析來確定參數(shù)的實際值。一般來說，我們可以采取如下方法：
第一，以現(xiàn)場測量的方式確定參數(shù)。這些參數(shù)主要包括材料截面特性參數(shù)、幾何形態(tài)參數(shù)和材料特性參數(shù)，工作人員可以通過實驗測量及現(xiàn)場測量方式進行確定。
第二，結構計算分析。即通過對結構的計算，對相關設計參數(shù)進行確定，并分析參數(shù)對工程質(zhì)量的影響程度。對參數(shù)進行敏感性分析時，應按照下述步驟進行：首先，需要將參數(shù)變化幅度控制在10%；其次，對目標進行選定，并合理調(diào)整設計參數(shù)值，構建敏感性方程。
最后，應結合影響程度設定主要、次要參數(shù)，并在施工控制過程中對參數(shù)進行修正。
5.4 斷面應力測點布置
對截面進行測試時，需要對施工不同階段所具有的受力特點進行充分的分析。根據(jù)本工程特點，我們在懸臂根部、L4/和合攏段等部位分別布置了測點。施工時，墩頂截面的正壓力過高，在施工中可能出現(xiàn)箱梁懸臂施工墩頂臨時固結或應力集中的問題，為規(guī)避這個問題，可以將實際墩頂監(jiān)測截面移到近墩的0#塊與1#塊交會的20cm截面處。應力控制截面如圖5所示。
實際應力需要通過應變測試工作的開展來反映。由于混凝土受溫度、徐變等因素的影響，測量獲得的應變是由混凝土收縮、溫度漲縮及應力作用共同引起的。應變測量時機的選擇，應盡可能選擇日照溫差較小的時間完成，以最大程度降低來自溫度的干擾。而對混凝土所存在的徐變及收縮效應，則可以根據(jù)實際測量獲得的數(shù)據(jù)及理論計算對其進行適當修正。
5.5 施工控制效果
?、兕A應力管道定位網(wǎng)鋼筋間距嚴格控制在60m以內(nèi)，曲線也未超過30cm的允許范圍。
?、跐仓r，混凝土下落的自由傾落高度未超出2m的控制范圍。嚴格執(zhí)行了“先澆底板、再澆中間腹板、最后澆筑頂板”的施工控制要求，養(yǎng)護期10天，符合混凝土成型要求。
?、垲A應力張拉時，嚴格按施工控制要求，使用具有1.5倍張拉力的防震型千斤頂，其校正系數(shù)小于1.05。并且是在梁體強度及相應彈性模量達到了混凝土設計強度的100%后，經(jīng)過7天的養(yǎng)護才進行縱向預應力張拉，張拉效果符合預期要求。
6 結論
要想更好地開展橋梁施工控制工作，一個完整、科學的施工監(jiān)測系統(tǒng)是必不可少的，只有這樣才能夠幫助我們更好地對施工參數(shù)、技術等進行控制。本文中，我們對大跨徑預應力連續(xù)梁橋施工控制關鍵技術進行了一定的研究，并在實際施工中進行應用，使工程質(zhì)量得到了有效控制。
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