大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究
2017-07-17
0 引言
大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工工序非常復(fù)雜，要保證施工效果，過(guò)程控制至關(guān)重要。但是，在實(shí)際施工中，由于施工單位對(duì)施工控制的重要性主觀意識(shí)缺乏，對(duì)施工控制的具體內(nèi)容了解不夠，導(dǎo)致施工控制不力，使得工后的橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)不到預(yù)期要求，有的工程工后效果甚至與設(shè)計(jì)要求大相徑庭，也有的工程在施工過(guò)程中，因結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而倒塌。
為了幫助施工單位提高認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步明確施工控制的具體要求和實(shí)施方法，本文結(jié)合大跨徑連續(xù)梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jié)合工程實(shí)例具體分析如何實(shí)施施工控制。
1 大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的基本原理
當(dāng)我們以懸臂法形成橋梁時(shí)，成橋狀態(tài)的施工順序同其結(jié)構(gòu)內(nèi)力間有著較為密切的聯(lián)系，為了能夠?qū)?shí)際施工過(guò)程中內(nèi)力演變過(guò)程進(jìn)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(duì)其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算原理進(jìn)行一定的研究。
1.1 梁端懸臂施工內(nèi)力
從墩頂部位開(kāi)始的施工，在施工過(guò)程中的受力狀態(tài)與T型鋼架類似。因此，梁段施工過(guò)程中，最長(zhǎng)懸臂成為了其最不利的受力狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)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(jié)束拆除支架的過(guò)程。在實(shí)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(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)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(jìn)行疊加之后，可以獲得合攏之后的累計(jì)彎矩。
2 大跨徑連續(xù)梁施工控制內(nèi)容
2.1 結(jié)構(gòu)變形控制
橋梁結(jié)構(gòu)在施工中受各類因素的影響會(huì)發(fā)生變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致主橋結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差，進(jìn)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(biāo)，最終導(dǎo)致橋梁無(wú)法交付使用。鑒于此，在橋體施工中，必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形控制。
2.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力的控制
橋梁結(jié)構(gòu)在施工中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設(shè)計(jì)相符，是施工控制的主要內(nèi)容。若發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與計(jì)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(jié)構(gòu)破壞。
大跨徑連續(xù)梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力的控制，主要涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重下的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)在施工荷載下的應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)預(yù)加應(yīng)力等。
2.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制
在橋梁施工中，因橋梁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)造成結(jié)構(gòu)破壞的事故屢見(jiàn)不鮮，其中一個(gè)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(shí)，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(yán)格控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)
結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料自重、施工荷載、預(yù)加應(yīng)力等。
3.2 預(yù)測(cè)控制法
預(yù)測(cè)控制是在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對(duì)結(jié)構(gòu)的每個(gè)施工節(jié)段形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定方向進(jìn)行。
對(duì)連續(xù)梁而言，其主梁剛度較大，已施工完畢的主梁結(jié)構(gòu)、標(biāo)高無(wú)法調(diào)整，只能在后續(xù)節(jié)段逐步進(jìn)行調(diào)控。預(yù)測(cè)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(jié)構(gòu)參數(shù)
無(wú)論我們所使用哪一種控制方式，結(jié)構(gòu)參數(shù)都是其中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)因素，可以說(shuō)是我們對(duì)施工進(jìn)行模擬研究、分析的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性將直接對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響。而對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)說(shuō)，我們也很難保證實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠同設(shè)計(jì)參數(shù)完全符合，兩者之間往往會(huì)存在著一定的誤差。在具體施工過(guò)程中，如何對(duì)這部分偏差進(jìn)行分析與計(jì)算，使其能夠更好地同橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)相吻合，是我們必須引起重視的一個(gè)問(wèn)題。
具體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容量、熱膨脹系數(shù)、施工荷載以及預(yù)加應(yīng)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(duì)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生影響。在實(shí)際施工中，我們所選擇的施工工藝將對(duì)施工效果與質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，選擇施工工藝時(shí)，需要對(duì)構(gòu)件的安全、制作等方面可產(chǎn)生在的誤差進(jìn)行全面的掌握與分析，以保證施工的各個(gè)環(huán)節(jié)能得到有效的控制。 4.1.3 施工監(jiān)測(cè)
施工監(jiān)測(cè)也是我們對(duì)橋梁實(shí)現(xiàn)控制的一項(xiàng)重要方式。具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有變形監(jiān)測(cè)及應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。但是，施工監(jiān)測(cè)會(huì)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(shuō)，在我們開(kāi)展結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的過(guò)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(zhǔn)確度，就需要我們對(duì)監(jiān)測(cè)的可靠性進(jìn)行控制，并從測(cè)量設(shè)備、方式及控制分析等方面入手，提高施工監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)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(shí)際施工過(guò)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(duì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別與修改，如預(yù)加應(yīng)力、徐變系數(shù)及經(jīng)濟(jì)節(jié)段重量等。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)分析，確保對(duì)原有設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整與校核的基礎(chǔ)上對(duì)施工控制值及標(biāo)高進(jìn)行修正。但是，由于該方式過(guò)于依賴對(duì)參數(shù)的分析、調(diào)整，不能在施工過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，該方式在實(shí)際應(yīng)用有一定的限制。
4.2.2 最佳成橋狀態(tài)法
該方法對(duì)最佳施工階段、最佳成橋狀態(tài)進(jìn)行了定義，即通過(guò)施工狀態(tài)變量同目標(biāo)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(guān)系，并能夠通過(guò)對(duì)該狀態(tài)變量的適當(dāng)調(diào)整將每一個(gè)施工環(huán)節(jié)都形成最佳的施工階段，并以此實(shí)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(yù)測(cè)功能，屬于一種較為被動(dòng)的控制方式。
4.2.3 無(wú)應(yīng)力法
該方法將成橋過(guò)程中所具有的無(wú)應(yīng)力曲率以及無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)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(shí)際施工過(guò)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(huì)導(dǎo)致參數(shù)還原后的線形及結(jié)構(gòu)內(nèi)容同設(shè)計(jì)方案存在一定的差異，而且這種差異會(huì)隨著誤差的增加而加大，使最終成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)間存在一定的偏離。由于該方法不需要對(duì)誤差進(jìn)行控制及修正，使其并不能對(duì)實(shí)際施工狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
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?yàn)?5m+80m+45m三跨預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)。主梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，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(gè)主墩配有4個(gè)T構(gòu)，“T構(gòu)”左右兩側(cè)各設(shè)9個(gè)懸澆節(jié)段。主墩臨時(shí)固結(jié)采用鋼管混凝土支撐，在懸澆過(guò)程中承受箱梁的不平衡彎矩。合攏時(shí)，按照“先邊跨后中跨”的順序依次完成合攏，最后將臨時(shí)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(gè)階段，明確每一階段所包含的施工步驟，分階段開(kāi)展施工活動(dòng)。比如，懸澆施工段可以劃分為掛籃前移、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉三個(gè)步驟，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)照施工圖布置各個(gè)階段模型的單元數(shù)、荷載以及邊界條件。施工時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注幾個(gè)荷載條件：箱梁結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、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(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、體系轉(zhuǎn)換后的預(yù)應(yīng)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?shí)時(shí)測(cè)量。
在整個(gè)施工階段，實(shí)時(shí)測(cè)量是采集現(xiàn)場(chǎng)信息、客觀反映橋梁實(shí)際工況的主要途徑。測(cè)量所得的數(shù)據(jù)、資料對(duì)于科學(xué)地開(kāi)展橋梁施工具有至關(guān)重要的作用。實(shí)際測(cè)量必須保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性及精度。具體內(nèi)容有混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)、箱梁溫度分布以及線形控制測(cè)量等。
?、诜抡婺M。
在橋梁施工過(guò)程中，需要根據(jù)測(cè)試參數(shù)、構(gòu)筑物尺寸、空間位置進(jìn)行仿真模擬，并結(jié)合實(shí)際測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，以確保計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工況保持一致。具體來(lái)講，需要實(shí)地勘測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)，并如實(shí)記錄材料物理力學(xué)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?jì)算分析。
大跨徑連續(xù)箱梁橋的施工控制是一個(gè)預(yù)告、施工、測(cè)量、識(shí)別、修正、預(yù)告的循環(huán)過(guò)程。在施工控制中，最為關(guān)鍵的是要保證結(jié)構(gòu)的安全性，保證結(jié)構(gòu)的受力及尺寸都處于合理誤差范圍之內(nèi)。在施工現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)同測(cè)量誤差、數(shù)據(jù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)分析模型之間也有著密切的聯(lián)系，通過(guò)工程控制過(guò)程中的計(jì)算分析，將橋梁施工按動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析，能夠幫助我們更好地掌握其真實(shí)的狀態(tài)。
5.2.2 施工控制流程
5.3 參數(shù)敏感性分析
對(duì)于可能對(duì)橋梁施工產(chǎn)生影響的全部參數(shù)來(lái)說(shuō)，在同一工程的施工中不一定會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。而且，不同參數(shù)對(duì)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(guò)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的分析來(lái)確定參數(shù)的實(shí)際值。一般來(lái)說(shuō)，我們可以采取如下方法：
第一，以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方式進(jìn)行確定。
第二，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。即通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，并分析參數(shù)對(duì)工程質(zhì)量的影響程度。對(duì)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析時(shí)，應(yīng)按照下述步驟進(jìn)行：首先，需要將參數(shù)變化幅度控制在10%；其次，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行選定，并合理調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)值，構(gòu)建敏感性方程。
最后，應(yīng)結(jié)合影響程度設(shè)定主要、次要參數(shù)，并在施工控制過(guò)程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。
5.4 斷面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置
對(duì)截面進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要對(duì)施工不同階段所具有的受力特點(diǎn)進(jìn)行充分的分析。根據(jù)本工程特點(diǎn)，我們?cè)趹冶鄹?、L4/和合攏段等部位分別布置了測(cè)點(diǎn)。施工時(shí)，墩頂截面的正壓力過(guò)高，在施工中可能出現(xiàn)箱梁懸臂施工墩頂臨時(shí)固結(jié)或應(yīng)力集中的問(wèn)題，為規(guī)避這個(gè)問(wèn)題，可以將實(shí)際墩頂監(jiān)測(cè)截面移到近墩的0#塊與1#塊交會(huì)的20cm截面處。應(yīng)力控制截面如圖5所示。
實(shí)際應(yīng)力需要通過(guò)應(yīng)變測(cè)試工作的開(kāi)展來(lái)反映。由于混凝土受溫度、徐變等因素的影響，測(cè)量獲得的應(yīng)變是由混凝土收縮、溫度漲縮及應(yīng)力作用共同引起的。應(yīng)變測(cè)量時(shí)機(jī)的選擇，應(yīng)盡可能選擇日照溫差較小的時(shí)間完成，以最大程度降低來(lái)自溫度的干擾。而對(duì)混凝土所存在的徐變及收縮效應(yīng)，則可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)及理論計(jì)算對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修正。
5.5 施工控制效果
?、兕A(yù)應(yīng)力管道定位網(wǎng)鋼筋間距嚴(yán)格控制在60m以內(nèi)，曲線也未超過(guò)30cm的允許范圍。
?、跐仓r(shí)，混凝土下落的自由傾落高度未超出2m的控制范圍。嚴(yán)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(hù)期10天，符合混凝土成型要求。
?、垲A(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，嚴(yán)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(qiáng)度及相應(yīng)彈性模量達(dá)到了混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，經(jīng)過(guò)7天的養(yǎng)護(hù)才進(jìn)行縱向預(yù)應(yīng)力張拉，張拉效果符合預(yù)期要求。
6 結(jié)論
要想更好地開(kāi)展橋梁施工控制工作，一個(gè)完整、科學(xué)的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是必不可少的，只有這樣才能夠幫助我們更好地對(duì)施工參數(shù)、技術(shù)等進(jìn)行控制。本文中，我們對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，并在實(shí)際施工中進(jìn)行應(yīng)用，使工程質(zhì)量得到了有效控制。
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