胡波
(中鐵二十五局第一工程有限公司,廣東廣州510000)
大跨預應力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控*
胡波
(中鐵二十五局第一工程有限公司,廣東廣州510000)
在預應力混凝土箱梁橋施工過程中,因諸多因素導致施工時實際工況與設(shè)計不符引起誤差。施工中如何從各種受誤差影響而失真的參數(shù)中找出相對真實之值,對施工狀態(tài)進行實時識別、調(diào)整、預測對設(shè)計目標的實現(xiàn)是至關(guān)重要的。本文結(jié)合工程實例,介紹了大跨度預應力混凝土連續(xù)梁掛籃懸臂澆筑時梁體的線形監(jiān)控及應力監(jiān)控。利用數(shù)值模擬的方法,對全橋各個施工階段進行了有限元仿真分析,介紹了施工監(jiān)控的具體方式方法。
施工監(jiān)控;大跨預應力;有限元模擬;線形監(jiān)控
預應力混凝土連續(xù)箱梁橋跨度大,橋型簡捷,投資少,在橋梁建設(shè)中具有廣泛的發(fā)展前景。但在施工過程中的諸多因素如:混凝土彈性模量,混凝土收縮、徐變,橋梁施工臨時荷載,掛籃定位時的溫度影響,掛籃的變形特征等都會影響橋梁結(jié)構(gòu)線型及內(nèi)力方面與設(shè)計出現(xiàn)偏差。當上述因素與設(shè)計不符,而且不能及時識別引起控制目標偏離的真正原因時,必然導致在以后階段的懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施,引起誤差積累。因此,在此類橋梁的施工中引入監(jiān)控的概念,施工監(jiān)控一方面保證各施工階段的安全、可靠以及懸臂施工過程中懸臂端的穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)線型、變位和狀態(tài)是否符合設(shè)計要求;另一方面結(jié)合測試分析和模擬計算,對施工過程結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化進行有效的預測和控制,優(yōu)化施工工序,提高施工工藝水平,確保橋梁施工質(zhì)量和安全。本文以衡陽市新建湘江大橋為背景,利用數(shù)值模擬的方法,對全橋各個施工階段進行了有限元仿真分析,介紹了施工監(jiān)控的具體方式方法。
首先,理論計算確定控制目標,包括成橋時的理想控制目標值、每個施工步驟中的分步控制目標值、成橋及施工過程中各目標值的精度標準。之后就是施工現(xiàn)場跟蹤實際操作保證目標的實現(xiàn),包括獲得結(jié)構(gòu)行為的實測值、對實際結(jié)構(gòu)進行調(diào)整、調(diào)整施工階段控制目標值。
施工監(jiān)控根據(jù)橋梁成橋后線型的要求,監(jiān)控的主要內(nèi)容有:各梁段的變形及高程實施控制;箱梁控制截面應力監(jiān)測等。
對于懸臂施工的大跨度橋梁結(jié)構(gòu),所采用的施工順序與成橋后的主梁線型與結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著密切的聯(lián)系,對墩頂變形及主梁合龍順序密切相關(guān)。在施工階段隨著橋梁結(jié)構(gòu)的荷載狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度不斷變化,結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形也隨之不斷變化。因此,需要對大跨度橋梁的每一施工階段進行詳盡的分析和實測驗證,并采用一定的監(jiān)控方法對結(jié)構(gòu)變形、應力加以控制,指導施工實踐,以確保設(shè)計的施工過程或經(jīng)過調(diào)整后的施工過程得以準確地實現(xiàn)。
衡陽市新建湘江大橋是衡陽市衡州大道建設(shè)工程中的重點之一,位于原衡陽市湘桂線跨湘江老橋旁。該橋為五跨連續(xù)預應力箱梁(63.5+122+122+122+63.5)m,采用懸臂現(xiàn)澆施工,梁體為單箱雙室,變高度、變截面,梁高沿縱向按拋物線變化,中支點梁高6.8m,邊支點及跨中梁高2.8m,邊跨現(xiàn)澆段2.5m。截面采用單箱雙室直腹板形式,頂板厚35cm,腹板厚度為75 cm-140 cm,底板上頂面縱向也按拋物線變化,底板厚35cm-90cm。橋面采用整體橋面形式。梁體采用C55混凝土。因?qū)嶋H工期原因,本橋采用了以下合攏順序:先合攏邊跨,張拉邊跨頂板和底板預應力束;然后合攏右邊中跨,中跨,最后合攏左邊中跨。
本文采用橋梁博士v3.3建立全橋模型,共170個橋面單元,16個掛籃單元,71個施工階段??紤]混凝土收縮徐變的時間依存性參數(shù)等;按照實際的施工順序,模擬結(jié)構(gòu)的形成、荷載的施加、邊界條件的變化及結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變等對結(jié)構(gòu)變形的影響。計算結(jié)果輸出每一個施工階段中結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。計算模型如圖1。
圖1 全橋計算模型圖
在本橋的懸臂施工過程中,梁段立模標高的合理確定是關(guān)系到主梁的線形是否平順、是否符合設(shè)計的一個重要問題。如果在確定立模標高時考慮的因素比較符合實際,而且加以正確的控制,則最終成橋線形一般是較為良好的;相反,如果考慮的因素和實際情況不符合,控制不力,則最終成橋線形會與設(shè)計線形有較大的偏差??梢哉f,連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)梁橋的線性控制主要是立模標高的確定。
眾所周知,立模標高并不等于設(shè)計中橋梁建成后的標高,總要設(shè)一定的預拋高,以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形。其計算公式如下:
式中:Hlmi—i位置的立模標高(主梁上某確定位置);Hsji—i位置的設(shè)計標高;—由梁段自重在i位置產(chǎn)生的撓度總和;—由張拉各預應力在i位置產(chǎn)生的撓度總和;f3i—混凝土收縮、徐變在i位置引起的撓度;f4i—施工臨時荷載在i位置引起的撓度;f5i—二期恒載在i位置引起的撓度;fgl—支架變形值。
其中支架變形值是根據(jù)支架加載試驗,綜合各項測試結(jié)果而得。而五項在前進計算分析的結(jié)果中可以得到。
初始的幾個節(jié)段立模標高按理論值確定,當理論值與實測值基本一致后按理論值及測量結(jié)果調(diào)整立模定位標高。
根據(jù)公式可計算出立模標高,詳細列出1至2號墩中間單元各標高入下表。
表1 線形監(jiān)控立模標高理論計算表
根據(jù)連續(xù)梁懸臂施工具有階段性和循環(huán)性的施工特點,實施線形控制的具體工作內(nèi)容如下:
1)在每一梁段施工前,根據(jù)仿真模擬計算結(jié)果和上一個梁段的施工測量結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析判斷,給出本梁段施工時的理論立模標高。實際立模時還需要考慮掛籃的彈性變形值和溫度的影響。
2)在每個梁段施工完畢后,下一梁段施工前測量所有梁段的標高并與理論值比較。必要時對結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)進行新的估計。在線形控制中,要測試主梁的標高。每一梁段的標高測量分為3個工況進行,即混凝土澆筑前、混凝土澆筑后及預應力張拉后。主梁標高的測點布置在沿橋梁縱向為每個梁段的前端。沿橋梁橫向的測點設(shè)在腹板靠近外側(cè)的上方。
為了及時掌握大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過程中關(guān)鍵部位應力的變化規(guī)律,在每一跨主梁關(guān)鍵部位布置應力測點,通過施工階段的實時測試獲得結(jié)構(gòu)真實的應力狀態(tài),對其進行誤差分析并判斷是否符合設(shè)計要求,如果實測值與理論值的差值超限,則必須查找原因和調(diào)控,使之在允許的范圍內(nèi)變動。
1)縱向選取每一跨箱梁的支點截面、跨中和L/4截面,如圖2。5跨連續(xù)梁共計24個斷面。
2)橫向每個截面布置9個測點如圖3;所有應變計均沿縱向布置,即測縱向應變。
圖2 5跨連續(xù)梁應變測點截面布置圖
圖3 梁體控制截面應變測點布置
施工監(jiān)控環(huán)節(jié)在大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋的建設(shè)中是必須的,是一項技術(shù)系統(tǒng)工程,施工監(jiān)控的項目組織應和項目的施工組織計劃協(xié)同制定,在充分分析設(shè)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,科學合理地制定監(jiān)控方案,采集關(guān)鍵的必要數(shù)據(jù),采用預測控制的方法有效指導施工。
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[4]中華人民共和國行業(yè)標準.JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].
2012-06-06
胡波(1978-),男,湖北公安人,工程師。