朱丹麗

(湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)任公司)

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大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中的線形監(jiān)控與應(yīng)力監(jiān)控分析

朱丹麗

(湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)任公司)

摘要：對某大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋進行了變形測試斷面與測點布置、箱梁懸臂施工高程控制等施工線形監(jiān)控分析，并進行應(yīng)力監(jiān)控分析，從施工監(jiān)控結(jié)果分析可以表明，該橋施工監(jiān)控的方案具有可實施性，且效果較佳。

關(guān)鍵詞：大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋；線形監(jiān)控；應(yīng)力監(jiān)控

1工程概況

L橋主橋結(jié)構(gòu)為(58+104+58)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，，主墩 12#～13#橋墩基礎(chǔ)為鉆孔樁承臺基礎(chǔ)，12#、13#橋墩墩高分別為 61m、65m，橋址處風(fēng)速較大，這是為了降低風(fēng)振及風(fēng)力對高墩所造成的影響，同時也考慮到美觀因素，主墩墩身采用四角為圓形的矩形空心墩;在橋墩底部均設(shè)置 5m高的實體段。

2大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工線形監(jiān)控分析

2.1　變形測試斷面及測點布置

在施工監(jiān)控中，測量類測點可兼顧滿足箱梁軸線以及箱梁撓度觀測的要求。將九個施工控制的基準(zhǔn)點布置在每個墩上0#塊箱梁的頂面，每個點的位置和每個點的距離相差不得超過±10mm。在各個懸澆箱梁節(jié)段地板布置兩個測點，頂板則設(shè)置三個測點，對稱布置是以箱梁中線為準(zhǔn)，測點需要距離節(jié)段前端面20cm處；在完成設(shè)置標(biāo)高測點之后，需要建立這個斷面梁底高程的準(zhǔn)確關(guān)系，以梁底高程作為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

測點標(biāo)志采用16mm直徑螺紋鋼筋來制作。底板與頂板的測點鋼筋長度需按照板厚來進行實際放樣，要求鋼筋能夠保持豎直，鋼筋在箱梁截面混凝土上露出2cm(誤差應(yīng)小于5mm)，將鋼筋頭多余部分割掉，最后將鋼筋的頭部進行加工磨圓且在頭部涂上紅漆。

2.2　箱梁懸臂施工平面及高程控制

(1)建立所要監(jiān)控的橋的有限元模型，并考慮施工條件下各種因素，計算在實際工況中，每個施工段的控制高程，并將高程及時提供給施工單位，保證大橋施工線形控制。

(2)那些用于施工線形標(biāo)高控制的有限元模型中的相關(guān)參數(shù)要根據(jù)施工進度的每個施工段的實際際齡期來考慮混凝土徐變以及收縮，考慮到實橋梁混凝土取樣得到的彈性模量等信息的反饋來對相關(guān)參數(shù)進行確認(rèn)，從而保證在計算狀態(tài)中能夠最大可能符合實際。因而在施工實際狀態(tài)下，監(jiān)控工作人員需要收集有效的相關(guān)參數(shù)，也需要施工單位能夠及時提供相應(yīng)相關(guān)狀況。

(3)計算每個懸灌施工段在完成時候時的實際標(biāo)高，在某施工段懸灌前的12h前提供這個施工段名義的立模標(biāo)高。這個標(biāo)高作為這個施工段前段頂面中線上的標(biāo)高，不包含橋面鋪裝層厚度。施工立模標(biāo)高=名義立模標(biāo)高+施工修正值

(4)計算每個施工段在張拉完成后的施工標(biāo)高。在懸灌工況下，按照施工單位的標(biāo)高實測結(jié)果，對前面一個施工段的標(biāo)高控制結(jié)果進行相應(yīng)計算?？词欠裥枰ㄟ^相應(yīng)糾偏措施(施工橋梁線形控制測量：在每個施工段懸灌過程中，施工單位需要在施工體系頂面進行超過3次的控制測量，其測量需要在完成掛籃移動到位后與此施工段澆筑完成后以及在預(yù)應(yīng)力張拉完成后)。

(5)合攏控制：在合攏之前，對橋梁變形狀態(tài)的控制計算需要按照設(shè)計中合攏所規(guī)定的方案來進行。按照其計算結(jié)果，為全橋合攏施工提供相應(yīng)控制標(biāo)高，和在合攏的每個過程中的各工況下橋梁變形的狀態(tài)，這其中包括了邊跨合攏控制。

(6)提供在合攏之后橋面二期恒載施工標(biāo)高控制計算結(jié)果。

(7)在成橋后的三年時，達到施工目標(biāo)高程的計算分析。

3大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工應(yīng)力監(jiān)控分析

3.1　應(yīng)力傳感器的選擇

通過對相異應(yīng)力的測試儀器分析比較后，應(yīng)力觀測測試儀器選擇使用鋼弦式應(yīng)力計和配套的頻率接收儀。鋼弦式應(yīng)力計采用振弦理論設(shè)計，該應(yīng)力計在靈敏度、精度、穩(wěn)定性方面比較強，最主要的是適合長時間進行使用觀測，其主要性能指標(biāo)如下：振弦頻率測量范圍：600～3 000Hz；FS：≤0.2；最大壓應(yīng)力：100MPa；最大拉應(yīng)力：200MPa；零漂Hz/3 個月：3~5；溫度漂移Hz/10 ℃：3~4；使用環(huán)境溫度：-10～50 ℃。

3.2　箱梁斷面應(yīng)力測點布置

(1)懸臂根部截面正應(yīng)力監(jiān)測。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)在懸臂施工階段中，對主梁最為不利的是懸臂根部截面，選擇對該截面進行應(yīng)力監(jiān)測。懸臂根部現(xiàn)場埋設(shè)監(jiān)測的應(yīng)力、應(yīng)變元件，總共七個觀測截面埋設(shè)內(nèi)埋式鋼弦應(yīng)變計50個。

(2)體系轉(zhuǎn)換前后橋梁應(yīng)力狀態(tài)實際變化監(jiān)測。

在完成合攏之后，最為不利的截面(除了懸臂根部截面外)還有跨中合攏截面，這時的主梁根部以及跨中截面都是監(jiān)測控制截面。因而，在合攏前后，結(jié)構(gòu)將會從施工雙懸臂體系轉(zhuǎn)化為連續(xù)剛構(gòu)體系，這其中的應(yīng)力轉(zhuǎn)臺變化比較復(fù)雜。同時，由于內(nèi)應(yīng)力的調(diào)整以及混凝土徐變、收縮的完成，整橋的線形與應(yīng)力都有相應(yīng)的變化。施工監(jiān)控來對該變化的掌握是對成橋線形及應(yīng)力分析所必不可少的。分析掌握每個體系轉(zhuǎn)換過程中前后所觀測到的已埋設(shè)的每個斷面鋼弦應(yīng)變計，能夠?qū)?nèi)應(yīng)力調(diào)整情況更為清楚。尤其還中跨跨中設(shè)置應(yīng)變觀測斷面同時在適合的時間觀測來提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.3　箱梁斷面應(yīng)力測量方法

混凝土應(yīng)力是通過測量混凝土的應(yīng)變，并以此進一步計算得到的。把懸臂根部、中跨截面作為主梁縱向應(yīng)力監(jiān)測斷面。根據(jù)力學(xué)原理，我們知道箱梁截面上下緣的應(yīng)力最大，因此將箱梁截面上、下緣處的應(yīng)力值作為觀測的重點。由于實際施工中受結(jié)構(gòu)自重，掛籃剛度，施工荷載等復(fù)雜因素的影響，可能還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際狀況，對某些截面進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4施工監(jiān)控結(jié)果分析

4.1　線形監(jiān)控結(jié)果分析

L橋的線形監(jiān)測，對于跨中合攏的精確性，成橋后線形美觀、平順，行車舒適等來說，都發(fā)揮著非常重要的作用，因而，在各個施工階段后都需要進行標(biāo)高以及線形控制的測量。根據(jù)現(xiàn)場實測標(biāo)高值和理論值的進行分析比較，進行誤差調(diào)整，準(zhǔn)確提供下一塊段的立模標(biāo)高，進而對橋梁線形進行準(zhǔn)確控制。表1 列出了L橋部分13#墩在施工至最大懸臂狀態(tài)時，梁段在其預(yù)應(yīng)力張拉后，箱梁頂點中心處的實測標(biāo)高值與設(shè)計標(biāo)高值的對比情況。

表1　L橋部分節(jié)段標(biāo)高控制表

分析以上的理論值以及實測值的對比情況，可以了解到：在標(biāo)高方面，橋面實測值和理論設(shè)計值吻合度大部分比較高，但局部依舊有所偏差，這其中的因素不僅僅是變形誤差分析，還有測量誤差因素。還有就是因為橋面施工作業(yè)的影響，會造成在橋面線形測點的布設(shè)以及測量時會造成相應(yīng)的困難，并且在施工的過程之中其自身就存在一定的誤差。此外，中跨合攏沒有完成澆注，在合攏段的兩側(cè)梁截面依舊有著比較高的預(yù)拱度。在完成澆注后，經(jīng)過新澆注的混凝土的自重加載與整橋的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等過程，這時差值會有所縮小?？偠灾?，這個測量結(jié)果是令人滿意的的，這也表明本文所說的施工控制方法在指導(dǎo)施工控制方面有著相應(yīng)的效果。

4.2　應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果分析

對于L橋的應(yīng)力測試主要是測取橋梁上部結(jié)構(gòu)的最危險截面和關(guān)鍵截面，進而了解每一施工工況的應(yīng)力值。通過與MIDASCIVIL的理論計算值相比較，對比分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化規(guī)律，并進一步判斷結(jié)構(gòu)的安全性。由于根部截面的應(yīng)力在橋梁上部結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力最大的，因此選取根部為測量點，如表2所示，為 13#墩懸臂根部截面部分工況下的應(yīng)力值。

比較關(guān)鍵測點的應(yīng)力理論值與實測值可以得出以下結(jié)論：

(1)L橋主橋的每個施工階段中，懸臂根部截面底板的理論值與應(yīng)力值在結(jié)果上，兩者的變化的規(guī)律相同，同兩著的值大致都相吻合。從而掌握L橋主橋在每個施工階段過程中關(guān)鍵斷面的應(yīng)力值，將對這些應(yīng)力進行一定的控制，保證其在允許范圍內(nèi)，從而保證施工的安全性。說明文本使用的計算程序具有正確性，同時對于該橋的計算模型符合實際情況，其計算的結(jié)果也比較可靠。這還說明振弦式應(yīng)變計能夠長期觀測混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，測量的精度與靈敏度等指標(biāo)還能夠滿足測試的要求，有效對梁體的實際工作情況進行反應(yīng)。

表2　13#墩根部截面應(yīng)力測量結(jié)果(單位：MPa)

(2) 應(yīng)力實測值和理論值存在著一定偏差，分析其因素主要是混凝土徐變收縮、橋面施工機械自身重量、結(jié)構(gòu)溫度變化等因素所導(dǎo)致的；其次，當(dāng)前的試驗只能夠?qū)?yīng)變進行觀測，需要將實測應(yīng)變扣去非力學(xué)應(yīng)變后，再進行實測彈性模量計算才能夠得到應(yīng)力，因為混凝土彈性模量是以試件來進行測定的，這與實際梁體的彈性模量存在相應(yīng)的偏差，因此試驗觀測所得到的值也為近似值。再者，應(yīng)變計的安裝受局部應(yīng)力的影響，譬如某個測點正好靠近預(yù)應(yīng)力束。

通過以上分析，對L橋主要在應(yīng)力控制方面，其結(jié)果較為理想，這也證實應(yīng)力控制方案具有可行性。在混凝土應(yīng)力監(jiān)測中，對應(yīng)力測試產(chǎn)生影響的因素較多，因而計算值無法與實際值完全相同，所以在測試中，需要按實際情況中的影響因素進行相應(yīng)識別修正。

5結(jié)束語

現(xiàn)場采集線形監(jiān)控結(jié)果分析與控制結(jié)論能夠看出，該橋施工控制方案具有可行性，且效果較佳。

參考文獻：

[1]馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]楊相.空心薄壁高墩穩(wěn)定性分析[J].北方交通,2007,(8):52-54.

作者簡介：朱丹麗(1973-)，女，湖南婁底人，工程師。

收稿日期：2014-12-25

中圖分類號：U445

文獻標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0099-02