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大跨度斜拉橋的施工監控
2018-05-07 
   1.大跨度斜拉橋施工監控的任務和目標

   1.1施工監控的概念

   橋梁施工控制就是對橋梁施工過程中結構的受力、變形及穩定性進行監控,使施工中結構處于最優狀態,保證施工過程安全和成橋狀態(包括內力和線形狀態)符合設計、規范要求。

   1.2施工監控的主要任務和目標

   1.2.1橋梁施工控制的主要任務

   橋梁施工控制的主要任務,就是橋梁施工過程中的安全控制和橋梁結構線形與內力狀態的控制。橋梁施工控制,由于橋梁的結構形式、施工工藝和具體控制內容的不同。其操作方法也不相同。總的說,橋梁施工控制方法可分為事后控制法、預測控制法、自適應控制法、最大寬容度法。也有文獻從控制思路上將施工控制分為:開環控制、反饋控制和自適應控制。

   1.2.2橋梁施工控制的目標

   (1)施工過程中和竣工后結構內力狀態滿足設計要;

   (2)成橋結構線形、索力滿足設計要求;

   2.大跨度斜拉橋施工監控的主要內容

   根據大跨度斜拉橋結構和施工方法的特點,施工監控的工作內容主要包括:①施工過程的仿真計算;②施工過程的現場測量;③施工過程的參數識別;④施工過程的標高和索力調整。第①項工作的目的是獲取施工過程大橋的理論數據,第②項工作的目的是獲取施工過程大橋的實測數據,在上述兩項工作的基礎上即可進行第③項工作,對大橋的有關參數進行識別。上述三項工作均是為第④項工作服務的,通過第④項工作即可對大橋的施工實施控制。

   2.1大跨度斜拉橋施工控制仿真計算基本內容

   橋梁施工過程的仿真計算已成為現代橋梁確定靜力狀態的主要手段。施工控制仿真計算是施工控制的基礎,它的實質就是通過建立合理的模型,采取行之有效的結構分析方法,對橋梁的成橋狀態和施工狀態進行一定精度的模擬分析過程。后者也就是橋梁的施工過程計算,即在成橋設計目標狀態確定后,再對成橋過程中的每一施工階段進行模擬實際工況的仿真計算,求得斜拉橋在每一施工工況下主梁截面的應力、斜拉索的張拉力、主梁撓度、塔柱位移以及結構內力等控制參數的理論值,以確定斜拉橋從上部結構施工開始至二期恒載施加完畢后的成橋狀態這一施工全過程的理論參考軌跡。無論在實際施工中采用哪種控制理論,采取恰當的施工過程模擬分析方法,得出相對準確的施工控制參數,是保證施工控制精度和施工進展速度的關鍵。

   橋梁施工仿真計算都是為橋梁施工過程中的監測監控服務的,也是為施工控制所服務的。橋梁施工控制就是對橋梁施工過程中結構的受力、變形及穩定性進行監控,使施工中結構處于最優狀態,保證施工過程安全和成橋狀態(包括內力和線形狀態)符合設計和規范要求。橋梁施工控制的主要任務,就是橋梁施工過程中的安全控制和橋梁結構線形與內力狀態的控制。

   2.2大跨度斜拉橋施工過程的現場測量

   施工過程的現場測量內容主要包括索力測量、主梁與墩塔應力測量、主梁標高與塔頂位移測量、混凝土容重與澆筑量測量、混凝土彈模與收縮徐變系數測量以及溫度影響測量等。

   2.2.1索力測量

   斜拉橋索力測量的準確與否是關系到斜拉橋施工控制能否順利實施、斜拉橋能否成功修建的幾個關鍵問題之一。在工程實踐中,常用的索力測定方法有油壓表量測法、壓力傳感器量測法、振動頻率量測法(常用方法)、磁通量法。其中振動頻率量測法是常用的方法,用該方法測量拉索的索力時,需首先設法測出拉索的振動頻率,因拉索的振動頻率與拉索的索力之間存在一定的關系。對于某一根給定的拉索(即已知拉索的長度、拉索的線密度及拉索兩端的支承條件),只要測定拉索的自振頻率就可以求得拉索的索力。

   2.2.2應力測量

   在斜拉橋上部結構的控制截面布置應力測點,以觀察在施工過程中這些截面的應力變化及應力分布情況,根據當前施工階段向前計算至竣工,預告今后施工可能出現的狀態并預告下一階段當前已安裝構件或即將安裝的構件是否出現不滿足強度要求的狀態,以確定是否在本施工階段對可調變量實施調整。由于電阻應變傳感器在混凝土振搗時極易被損壞,即使不損壞,其絕緣度也無法保證,另外,在混凝土表面貼片也不能保證可靠,容易發生漂移,不能保證長期監測時讀數的可信性。所以,在主梁各斷面應力監測用鋼弦應變計,鋼弦應變計為一密封式自保證體系,與外界物質并不直接相關,測試是,通過測其頻率即可得到混凝土的應變,從而得到應力。

   在應力測量中,測量得到的應力要經過處理分析后才能應用,因為在測量的應力中包含混凝土收縮、徐變引起的應變計變形。所以測量得到的數值一般偏大。因此,在施工現場用混凝土做一個試驗塊,在試驗塊中埋應變計,這樣可以測量出在相同情況下不同時間混凝土的收縮量。

   單索面斜拉橋是大懸臂箱梁,由于拉索的布置方式及錨固點偏向箱梁頂板及預應力布置有關,存在一定的剪力滯效應,因此,布置應變計是要注重測量箱梁截面的剪力滯效應。應變計的布置如圖所示。

   2.2.3溫度測量

   斜拉橋的溫度場測試包括:主梁截面的溫度場測量、主塔截面的溫度場測量、斜拉索內部溫度場測量以及溫度對主梁標高、索力、塔頂偏位、相關截面的應力應變的影響測量。

   通過溫度測試提供主梁、索塔、斜拉索的各測試斷面的溫度短期變化曲線(即測量出比較有代表性的某一天或幾天24h內結構溫度變化情況)和季節性溫差變化曲線以及索內外溫差和中心點溫差的對應關系曲線。結合塔柱偏移和主梁線形以及索力的測量結果,總結出結構日照溫差變形規律和季節性的溫差變形規律。  主梁及主塔的溫度測試采用在測試斷面預埋測量元件(熱敏電阻),用數值萬用表測量熱敏電阻的電阻值,然后根據電阻與溫度的標定曲線,由所測電阻值推薦出溫度值。

   斜拉索的溫度測量,采用特制的長約2m的試驗索段,試驗索段的構造方法與實際索完全相同。在試驗索段的內部鋼絲上埋設熱敏電阻,用數值萬用表測量其電阻值,然后根據電阻與溫度的標定曲線,由所測電阻值推薦出索的內芯的溫度值。

   2.3施工過程的參數識別

   2.3.1參數識別的特點

   大跨度斜拉橋結構一般采用節段懸臂方法施工,施工階段多,工況復雜,影響參數眾多。由于施工因素的不確定性,施工誤差不可避免,造成實際結構參數往往偏離設計理想值。而在大部分情況下,受場地條件和測量儀器所限,實際結構參數往往無法直接量測得到。此時,為了更好地對當前及后續的結構狀態進行把握和控制,需要進行結構辨識工作。換言之,必須通過結構響應的某些可觀測量,采用間接的數值分析方法來對實際結構參數進行識別估計。

   2.4施工過程的標高與索力調整

   斜拉橋節段施工過程中主梁標高(撓度)及結構內力的控制至關重要,它直接關系到成橋線型及成橋內力的控制以及各施工階段相應的調整措施的準備。預應力混凝土斜拉橋主梁施工控制主要是通過對主粱標高(含立模標高)與索力的調整來實現的,這種調整是相對于設計值而言的。

   2.4.1主粱標高的調整

   主粱標高的調整包括主粱每節段施工完畢后當前節段的標高(簡稱階段未標高)的調整以及主梁立模標高的調整等。

   (1)階段末標高的調整

   階段末標高的調整量必須控制在一個較小的范圍之內,同時要確保主梁線型平順,即既要保證主梁各節段絕對標高的精度,也不能讓主梁出現明顯的折點。

   (2)立模標高的調整

   主粱立模標高的調整量由四部分組成:

   ①階段末標高的調整引起的立模標高調整量,取為階段末標高調整量;

   ②牽索掛籃施工具體方案(掛籃剛度與牽索方案)以及識別后的主梁階段重量與調整后的施工索力引起的立模標高調整,可以通過前述的主梁牽索掛藍施工模擬計算活得;

   ③掛籃的非力學因素變形引起的立模標高調整量,可根據經驗確定,一般在5mm~lOmm左右;

   ④溫度效應引起的立模標離調整量。

   2.4.2施工索力的調整

   所謂的施工索力是指主梁每節段施工完畢后當前節段的斜拉索張拉力。根據控制理論,可以適當的調整施工索力來及時消除或者減少施工誤差引起的影響。這種調整方式可以理解為是一種單索力調整方式,他的一個最大的好處就是索力調整與節段施工同步完成,不需要占用額外時間,可以確保工期。

   施工索力的調整有兩個作用:

   ①及時消除主梁節段超重的影響;

   ②當上一節段的階段末標高實測值與設計值的差異超過±30mm時,可以消除一部分差異,使下一節段的階段末標高調整量可以同時滿足絕對標高與線性平順兩方面的要求。施工索力的調整量可以通過理論值計算獲得。

   結束語:本文僅以綜述的形式概括大跨度斜拉橋施工監控的技術流程,介紹了國內外斜拉橋的發展現狀,斜拉橋的特點,施工監控的主要內容等。通過學習橋梁施工監控這門課程,我們可以對橋梁的施工監控有一定的了解,得到了兩個結論:

   (1)橋梁施工監控是確保橋梁施工宏觀質量的關鍵;

   (2)橋梁施工監控是橋梁建設的安全保證。

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