王宗華
(合肥東部新城建設投資有限公司,安徽 肥東 231600)
大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁施工監(jiān)控分析
王宗華
(合肥東部新城建設投資有限公司,安徽 肥東 231600)
大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁掛籃懸臂澆筑施工過程中施工控制是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)工程,是實現(xiàn)大橋成橋線形、應力滿足要求的重要手段,結合工程實例,介紹了連續(xù)梁掛籃懸臂澆筑施工時線形及應力監(jiān)控的內容,并利用數(shù)值模擬的方法,對連續(xù)梁各個施工階段進行了有限元仿真分析,并與實測數(shù)據(jù)進行了對比,結果顯示監(jiān)控結果滿足規(guī)范要求。
連續(xù)梁;施工監(jiān)控;有限元仿真分析
預應力混凝土變截面連續(xù)梁橋在施工的不同階段,由于混凝土的收縮徐變、溫度效應、預應力損失等原因,在懸臂澆筑過程中,主梁結構會產生各種變形,因此在施工過程中,必須對橋梁結構的變形、應力進行監(jiān)控[1-4]。
線形監(jiān)控是連續(xù)梁懸臂施工的主要監(jiān)控內容,要對每一個節(jié)段箱梁的豎向撓度、橫向偏移進行嚴格控制,并與理論計算進行對比分析。
應力控制也是連續(xù)梁施工監(jiān)控的重要內容,對連續(xù)梁關鍵截面進行應力監(jiān)測,并且和理論計算結果進行對比分析,從而反映主梁在各個施工階段的受力狀態(tài)[5-10]。
某大橋跨徑布置為48 m+85 m+51 m,主橋全長184 m,共分兩幅,為不對稱的三跨預應力混凝土變截面現(xiàn)澆箱梁,上部結構主梁采用單箱雙室變截面預應力混凝土箱梁,外腹板采用直腹板形式,箱梁頂板寬度為20.24 m,箱梁底板寬度為12.24 m。主梁采用C50混凝土,主墩墩頂根部等高段梁高5.1 m,跨中合龍段梁高2.5 m;頂板厚28 cm,底板厚70~30 cm箱梁梁高和底板厚度均采用二次拋物線變化;箱梁腹板厚度均為50~70 cm,下部采用承臺及群樁基礎。
橋梁立面布置見圖1所示。
圖1 連續(xù)梁立面布置示意圖
根據(jù)該橋施工圖設計文件,并結合施工單位提出的施工方案,采用MIDAS程序軟件進行有限元仿真分析計算,并利用橋梁博士對結果進行校核,提高仿真分析的可信度。
全橋總體結構建立能反映施工荷載的有限元模型,對本橋進行了正裝分析,得到各階段主梁變形狀態(tài)。計算模型中根據(jù)懸臂施工梁段的劃分、支點、跨中、截面變化點等控制截面將全橋箱梁段劃分為84個單元。全橋Midas計算模型如圖2所示。
圖2 全橋Midas計算模型圖
3.1 線形監(jiān)控
3.1.1 監(jiān)控目標
本橋線形監(jiān)控的最終目標是:成橋后的線形與設計線形各點的誤差均控制在2 cm范圍之內。
(1) 掛籃定位標高與預報標高之差控制在5 mm以內。
(2) 預應力束張拉完后,如梁端測點標高與控制小組預報標高之差超過±20 mm,需經控制小組研究分析誤差原因,確定下一步的調整措施。
(3) 如有其他異常情況發(fā)生影響到梁體標高,其調整方案也應經控制小組分析研究,提出控制意見。
3.1.2 線形監(jiān)控結果
(1) 合龍段精度:左右幅合龍精度,如表1、表2所列。
表1 左幅合龍精度表
表2 右幅合龍精度表
由以上數(shù)據(jù)可見,左右幅跨中合龍段合龍時的誤差均在10 mm 以內,滿足合龍誤差的控制要求。
(2) 成橋線形:左右幅成橋后線形誤差,如圖3、圖4所示。
圖3 左幅成橋后線形誤差
圖4 右幅成橋后線形誤差
從各墩的梁體控制截面的標高實測值來看,各梁段實際線形與理論線形吻合度較高,誤差均在2 cm以內,滿足線型監(jiān)控要求。
3.2 應力監(jiān)控
3.2.1 控制截面
根據(jù)該橋結構特點,單幅共設置9個應力測試截面(4個根部截面、4個L/4截面、1個跨中截面),測試截面位置布置如圖5所示:
圖5 應力測試截面位置圖
3.2.2 測點布置
每個測試截面各布置6個測點,頂板三個測點:T1、T3埋設在腹板與頂板交界處,T2埋設于頂板中點處,應變計應布置在頂板頂部主筋下方;底板三個測點:B1、B3埋設于腹板與底板交界處,B2埋設于底板中點處,應變計應布置在底板頂層主筋下方。各截面各布置6個測點均為順橋向布置。主梁應力測點布置見圖6所示。
圖6 主梁應力測點布置
3.2.3 測試內容
梁體應力監(jiān)測針對施工的每個階段進行,在每個施工階段都進行4次應力測量,各階段根據(jù)施工進度進行測試,應力監(jiān)測工況為:
(1) 混凝土澆筑前;
(2) 混凝土澆筑后;
(3) 預應力張拉前;
(4) 預應力張拉后。
在每個階段測試完畢后對測試結果進行分析、比較,若存在異常則分析其原因。
3.2.4 應力監(jiān)控結果
典型控制截面懸臂施工各階段截面應力,如圖7、圖8所示。
該橋各施工階段控制截面的應力實測值與理論值發(fā)展變化規(guī)律保持一致,實測值與理論值的差值較小,表明該橋的施工質量滿足規(guī)范要求,較好地達到了監(jiān)控目的。
圖7 典型根部控制截面懸臂施工各階段根部截面應力
圖8 典型1/4控制截面懸臂施工各階段根部截面應力
(1) 該橋按照預計的目標合龍,所有塊段底板標高與設計線型的誤差均在20 mm以內,合龍段誤差均在10 mm以內,較好地完成了線形控制任務;控制截面的應力實測值與理論值變化規(guī)律保持一致,實測值與理論值的差值較小,結構受力合理。
(2) 大跨徑連續(xù)梁的施工控制應從線形控制、結構應力控制、結構穩(wěn)定性控制等方面入手,其中以線形控制為主。
(3) 施工監(jiān)控應建立一個完整的施工監(jiān)控系統(tǒng),對施工過程中橋梁的實際狀態(tài)進行跟蹤監(jiān)測。
(4) 進行有限元仿真分析時,建議采用多種預測模型進行有機合成,就能有效地利用多種有用信息,更加全面地反映系統(tǒng)的變化規(guī)律,減少隨機性,提高預測精度。
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2016-12-01
王宗華(1964-),男,安徽肥東人,合肥東部新城建設投資有限公司工程師.
U445.4
A
1673-5781(2016)06-0836-03