混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究

1、左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究f建造技術(shù)j 混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究左登發(fā)(合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,安徽合肥230009摘要:在國(guó)內(nèi)外梁橋上部結(jié)構(gòu)控制技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)基礎(chǔ)上,結(jié)合析梁施工監(jiān)控實(shí)例,進(jìn)行了有針對(duì)惟的研究。由于連續(xù)箱粱橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,材料參數(shù)、環(huán)境影響時(shí)變性較強(qiáng),施工監(jiān)控的目的就是要保證橋梁成橋線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求,以免出現(xiàn)質(zhì)鼉和安全事敞隱患。有效的組織管理,分析、反饋施工現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)狀態(tài),同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析,在現(xiàn)代橋梁施工中起到重要的作用。關(guān)鍵詞:連續(xù)鋼箱梁橋;施工監(jiān)控;組織管理,結(jié)構(gòu)仿真分析中圈分類號(hào):U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)

2、:16735781(200902-0243-03橋梁施工監(jiān)控是保證橋梁建設(shè)安全可靠的重要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形可以通過(guò)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè),并可通過(guò)檢測(cè)手段了解工程實(shí)際的內(nèi)力和變形。施工階段中應(yīng)用這種預(yù)測(cè)和跟蹤檢測(cè)手段,來(lái)掌握施工進(jìn)度和發(fā)展情況,能迅捷地根據(jù)施工條件,有效地確定控制值,對(duì)施工加以指導(dǎo),保證結(jié)構(gòu)參數(shù)與設(shè)計(jì)值基本一致。良好的橋梁施工監(jiān)控不僅能確保橋梁建設(shè)的工程質(zhì)量,而且為今后橋梁營(yíng)運(yùn)的安全性和耐久性提供有價(jià)值的參考信息1。目前國(guó)內(nèi)橋梁施工監(jiān)控仍處于起步階段,無(wú)論是理論研究,還是實(shí)踐操作都無(wú)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,很不成熟。施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響因素比較多,如何在混亂的數(shù)據(jù)中整理出合理的信息是相當(dāng)困難的,而這些

3、必要的數(shù)據(jù)恰恰是施工控制反饋分析的基礎(chǔ)。另外監(jiān)控目標(biāo)和施工實(shí)際也有脫離現(xiàn)象,進(jìn)行理論計(jì)算的控制參數(shù),而在施工中往往出現(xiàn)偏差。這就使得不斷積累施工監(jiān)控技術(shù)顯得尤為重要,自動(dòng)化程度較高的施工分析軟件系統(tǒng)也有待開發(fā)2。1混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控目標(biāo)橋梁施工監(jiān)控是橋梁結(jié)構(gòu)高技術(shù)施工不可缺少的部分,是一項(xiàng)技術(shù)性、時(shí)間性、協(xié)調(diào)性要求都很強(qiáng)的工作,其貫穿于整個(gè)施工過(guò)程的始終。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的工程建設(shè)中,許多結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工期內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生變化復(fù)雜的內(nèi)力和位移。為確保施工安全和質(zhì)量,尤其是成橋后的線形,針對(duì)上部箱梁結(jié)構(gòu)的理論力學(xué)計(jì)算分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控都是非常必須的。與施工同步的監(jiān)測(cè),對(duì)施工過(guò)程中各階段各種

4、工況下控制斷面的內(nèi)力、撓度等出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行跟蹤測(cè)試,并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失和箱梁日變化規(guī)律等方面的測(cè)試,收集大量試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)和資料,將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)單位提供的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,不僅可以是一個(gè)安全報(bào)警系統(tǒng),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)范圍的參數(shù)和結(jié)構(gòu)的破壞,還可以起到修正某些理論參數(shù)、或調(diào)整設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的不足等作用L3“J。2施工階段的跟蹤檢測(cè)內(nèi)容2.1裂紋調(diào)查混凝土連續(xù)箱梁施工過(guò)程中,經(jīng)常存在不同發(fā)育程度的裂紋,除有可能在底板出現(xiàn)裂紋外,大多出現(xiàn)在腹板上。根據(jù)檢測(cè)資料統(tǒng)計(jì),裂紋基本上分布在各跨1/4至3/4梁段之間,寬度大部分在0.1一-0.2ITllTI 之間,裂紋之間

5、的間距一般為2一-.5m。裂紋形狀主要表現(xiàn)為腹板外壁下寬上窄,腹板內(nèi)壁中間寬、兩頭窄。如果有關(guān)施工方案調(diào)整好,結(jié)構(gòu)裂縫可以有效地控制。設(shè)計(jì)單位應(yīng)該做好配合工作,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮施工的可行性,使結(jié)構(gòu)計(jì)算模型接近施工實(shí)際工況;施工單位在積極調(diào)整配合比的同時(shí),盡可能地克服因氣候、工藝等不利條件給養(yǎng)護(hù)帶來(lái)的不便,同時(shí)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理,確保施工工藝符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力的要求。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,設(shè)計(jì)及施工方面的共同努力能取得一定的成效。牧稿日期:200810-28;修改日期:2009-0120作者簡(jiǎn)介:左登發(fā)(1963一,男,安徽舒城人,合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院工程師.-r程與建設(shè)'200

6、9年第23卷第2期243左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究2.2撓度觀測(cè)在第一跨箱梁底板筋預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中,箱梁跨中部位有上撓趨勢(shì);第二、三跨的完成對(duì)第一跨跨中的上撓趨勢(shì)影響較大;第四、五跨及以后的施工對(duì)第一跨的撓度影響則較微弱。2.3應(yīng)力測(cè)試通過(guò)施工各階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,在箱梁的不同施工階段,結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)在不斷變化,對(duì)于已成的箱粱部分來(lái)說(shuō),隨著下一施工階段的進(jìn)行,其受力性能得到不同程度的改善。通常第二施工段的完成,使第一段跨中截面下緣由受拉變?yōu)槭軌?第二、三施工段的完成,都使第一跨跨中截面下緣壓應(yīng)力大為增加;而以后各施工段,則對(duì)第一跨箱梁跨中應(yīng)力影響較小。應(yīng)力測(cè)試要求,各跨箱梁底板筋張

7、拉試驗(yàn)以及各施工節(jié)段過(guò)程中,應(yīng)力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)單位提供的計(jì)算值應(yīng)基本接近,滿足規(guī)范要求。2.4預(yù)應(yīng)力損失測(cè)試連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)跨度一般較大,張拉力能否有效傳遞,張拉時(shí)的預(yù)應(yīng)力損失是施工、設(shè)計(jì)等有關(guān)部門極為關(guān)注的問(wèn)題。施工張拉時(shí)雖然采取油壓表與延伸率雙向控制,還是有必要采取其他方法。測(cè)試預(yù)應(yīng)力損失可在梁段兩端的錨墊板與錨具之間預(yù)置鋼套環(huán),并在鋼套環(huán)上粘貼金屬應(yīng)變片,通過(guò)跟蹤測(cè)試箱梁預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的兩端鋼套環(huán)的應(yīng)力差,反映出預(yù)應(yīng)力的摩阻損耗情況。同時(shí)對(duì)照張拉時(shí)使用的油壓表與延伸率雙向控制結(jié)構(gòu),確定檢測(cè)應(yīng)力損失值。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的有關(guān)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算參數(shù),包括鋼束松弛率、摩擦系數(shù)、孔道偏差系數(shù)、錨具回縮變形等

8、,可計(jì)算各施工節(jié)段箱梁預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力損失實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值必須基本相符合5t6。2.5日變化規(guī)律測(cè)試由日變化規(guī)律測(cè)試可知,在跟蹤觀測(cè)日,箱梁室外陰、陽(yáng)面溫差較大,而箱梁室內(nèi)溫度變化不明顯,箱梁受日溫及光照影響變化不是很均勻。在室外溫度變化值較大時(shí),梁底撓度有明顯的影響。有資料表明,某些結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度升高時(shí)箱梁標(biāo)高上升;當(dāng)溫度下降時(shí)箱梁標(biāo)高下降。同時(shí)箱梁底板跨中順橋向應(yīng)力在一定程度上受晝夜溫差影響。3施工仿真分析橋梁施工是分階段逐步完成的,漫長(zhǎng)而又復(fù)雜的施工過(guò)程,使結(jié)構(gòu)體系不斷地轉(zhuǎn)化,已建部分的受力、244工程與麓設(shè)'2009年第23卷第2期位移都隨著工程進(jìn)展而調(diào)整。對(duì)施工過(guò)程中

9、每個(gè)階段的計(jì)算、分析,是施工控制中最基本的內(nèi)容,特別是預(yù)測(cè)下一步的狀態(tài)更是很有必要口。施工仿真計(jì)算可以對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行描述,也能事先確定各個(gè)不同旌工階段的中間狀態(tài)。現(xiàn)階段施工仿真分析的計(jì)算方法主要包括正裝分析法、倒裝分析法和無(wú)應(yīng)力狀態(tài)分析法。對(duì)于不同形式的橋梁結(jié)構(gòu),以及不同的施工方法。施工仿真分析是有昕側(cè)重的。正裝計(jì)算法是按照實(shí)際施工加載順序來(lái)進(jìn)行,能模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工歷程,能得到橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段的位移和受力狀態(tài)。也能考慮一些與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的因素,如結(jié)構(gòu)的非線性問(wèn)題和混凝土的收縮、徐變問(wèn)題。倒裝計(jì)算法能得出橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段理想的安裝位置(主要指標(biāo)高和較理想的受力狀態(tài)。

10、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法用構(gòu)件單元的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量建立起過(guò)程狀態(tài)之間、過(guò)程狀態(tài)與最終成橋狀態(tài)的聯(lián)系,是確定分階段施工橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)程狀態(tài)與最終狀態(tài)關(guān)系的方法,通過(guò)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量可以由橋梁最終狀態(tài)的內(nèi)力、線形直接求解橋梁施工中間狀態(tài)的內(nèi)力和線形。概念更加清晰,適應(yīng)性更強(qiáng),是一種相對(duì)較新的方法,特別適用于大跨度拱橋和懸索橋的施工控制。目前,國(guó)內(nèi)橋梁施工仿真分析軟件較多采用的是橋梁博士、Midas和G叫s等軟件。同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的橋梁博士為平面桿系有限元分析軟件,是應(yīng)用較為廣泛的一種,集可視化數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、結(jié)構(gòu)分析等功能為一體的綜合性橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工計(jì)算系統(tǒng)。按照橋梁設(shè)計(jì)與施工過(guò)程進(jìn)行,結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范,利用

11、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),較符合我國(guó)工程設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣。Midas軟件系統(tǒng)為三維空間有限元分析軟件,該系統(tǒng)將通用的有限元分析內(nèi)核與土木結(jié)構(gòu)的專業(yè)性要求有機(jī)地結(jié)合而開發(fā)的土木結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件,是韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵集團(tuán)研發(fā)機(jī)構(gòu)開始開發(fā)的系列軟件。國(guó)內(nèi)有較多的用戶。GQJS橋梁結(jié)構(gòu)專用分析軟件是交通部公路科學(xué)研究院推出的橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng),按照文獻(xiàn)8,9對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛損失計(jì)算、混凝土收縮徐變計(jì)算、作用效應(yīng)組合等進(jìn)行補(bǔ)充修改。不僅是單純進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,還包括的動(dòng)態(tài)可視化的數(shù)據(jù)前處理界面、數(shù)據(jù)圖形檢驗(yàn)、結(jié)果圖形瀏覽和檢索、預(yù)拱度設(shè)置、施工圖繪制等一系列的設(shè)計(jì)功能。左登發(fā):混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究4施工監(jiān)控實(shí)例4

12、.1工程概況某連續(xù)梁橋中的五跨一聯(lián)50m箱梁,單箱單室,頂板寬16.35rn,底板寬7.5m,梁高2.8m。設(shè)計(jì)采用移動(dòng)模架造橋機(jī)施工。監(jiān)控單位對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),收集內(nèi)力、位移等各有關(guān)參數(shù)的變化情況,了解施工中結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)思想,為設(shè)計(jì)及施工提供技術(shù)參數(shù),為有關(guān)部門科學(xué)決策提供依據(jù)。4.2主要監(jiān)控項(xiàng)目(1箱梁撓度。在各施工階段,對(duì)跨箱梁控制斷面的腹板梁頂面及梁底各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量并跟蹤檢測(cè),根據(jù)其反映的撓度變化范圍判斷箱梁的剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)了解各工況下各施工段梁的撓度變形趨勢(shì)。(2箱梁混凝土及構(gòu)造鋼筋應(yīng)力。在箱梁的控制斷面處埋設(shè)相應(yīng)的應(yīng)力測(cè)試元件,以測(cè)定各施工階段箱梁混

13、凝土的應(yīng)力。在必要的情況下,可在混凝土內(nèi)的鋼筋上預(yù)埋測(cè)試設(shè)備,了解相應(yīng)的受力狀況。(3預(yù)應(yīng)力損失。在箱梁兩端的錨墊板與錨具之間預(yù)置鋼套環(huán),并在鋼套環(huán)上粘貼金屬應(yīng)變片,通過(guò)跟蹤測(cè)試箱梁底板四束預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的兩端鋼套環(huán)的應(yīng)力差反映出預(yù)應(yīng)力的摩阻損耗情況。(4溫度影響和裂紋普查。水化熱溫升控制和環(huán)境溫度影響是大體積混凝土澆筑要考慮的重要因素。大跨徑連續(xù)箱梁施工中,不僅溫度始終變化而且在同一時(shí)刻結(jié)構(gòu)各部分也存在溫差。加強(qiáng)觀測(cè)、及時(shí)掌握規(guī)律,盡可能排除溫度影響尤為重要。對(duì)于難免出現(xiàn)的裂紋,準(zhǔn)確地確定位置、長(zhǎng)度、寬度等幾何參數(shù),建立裂紋跟蹤監(jiān)測(cè)的初始資料。(5施工階段仿真分析。為了達(dá)到施工控制的目標(biāo),可通

14、過(guò)計(jì)算確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中每個(gè)階段受力和變形的理想狀態(tài),控制施工中相應(yīng)階段的結(jié)構(gòu)行為,使最終成橋狀態(tài)能滿足設(shè)計(jì)要求。施工階段仿真分析的計(jì)算模型,是將全梁簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu),離散為梁?jiǎn)卧?共101個(gè)梁?jiǎn)卧?102個(gè)節(jié)點(diǎn),支座為5個(gè)活動(dòng)鉸,1個(gè)固定鉸。比較分析可知,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值之間比較吻合。施工階段初期兩者有一些差別,是隨著施工階段的增加,差距逐漸縮小;發(fā)展趨勢(shì)基本一致,只是計(jì)算值普遍要大一些。4.3施工監(jiān)控的作用通過(guò)施工監(jiān)控反饋實(shí)測(cè)信息,對(duì)箱梁施工進(jìn)行調(diào)整控制,實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算進(jìn)行比較,對(duì)誤差進(jìn)行分析研究,使施工效果達(dá)到一定的精度。特別是在第一跨施工后,箱梁腹板出現(xiàn)大體積混凝土澆筑難以避免裂紋

15、。監(jiān)控單位配合設(shè)計(jì)單位做了大量的設(shè)計(jì)調(diào)整工作,盡可能考慮施工的可行性,使結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與施工實(shí)際工況相符;施工單位在積極調(diào)整配合比的同時(shí),盡可能地克服了因氣候、工藝等不利條件給養(yǎng)護(hù)帶來(lái)的不便,同時(shí)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理,確保施工工藝符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力的要求。之后的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,設(shè)計(jì)及施工方面的努力取得一定的成效,為下一階段的箱梁施工積累了諸多有益經(jīng)驗(yàn)。5結(jié)束語(yǔ)施工控制是目前橋梁施工技術(shù)的重要組成部分。過(guò)去的橋梁跨徑不大、規(guī)模較小、影響因素少,所以很少進(jìn)行專門的橋梁施工監(jiān)控工作。其實(shí)以往橋梁施工單位對(duì)橋梁施工中的撓度變化、外觀裂縫觀測(cè)等也屬于施工監(jiān)控的內(nèi)容,只是缺乏系統(tǒng)性和專業(yè)性而已。現(xiàn)在的橋梁工程

16、隨著施工難度增大,對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別、調(diào)整、預(yù)測(cè),以及全面地分析,加強(qiáng)控制,也更有必要性F10。此外橋梁施工監(jiān)控過(guò)程中,通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果等資料,是施工過(guò)程檔案,也對(duì)橋梁的竣工驗(yàn)收以及今后營(yíng)運(yùn)階段的維護(hù)都有較大的作用。(參考文獻(xiàn)1徐君蘭.大跨度橋梁施工控制M.北京:人民交通出版社。2000.23向中富.橋梁施工控制技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2001. 37唐云清.大跨度連續(xù)箱粱橋施工監(jiān)控技術(shù)研究D.南京:河海大學(xué)土木工程學(xué)院,2007.4向木生,張世飆,張開銀,等.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)J.中國(guó)公路學(xué)報(bào),2002,15(4:3849.5譚德盼.預(yù)應(yīng)力混凝土連

17、續(xù)梁橋施工控制技術(shù)與應(yīng)用I-D.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,2007.6李超凡.淺議預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制探討J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008,22(8:89.7余志武,談遂.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析計(jì)算方法J.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,3(6:713.IsJTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范S.9YrG D62-2004。公路黝黝嘲耐圾預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵i殳i葉規(guī)剜S l10秦順全.分階段施工橋梁的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法J.橋梁建設(shè),2008(1:814.1工程與建設(shè)2009年第23卷第2期245 混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究作者:左登發(fā), ZUO Deng-fa作者單位:合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,安徽,合肥,230009刊名:工程與建設(shè)英文刊名:ENGINEERING AND CONSTRUCTION年,卷(期:2009,23(2被引用次數(shù):0次參考文獻(xiàn)(10條1.徐君蘭大跨度橋梁施工控制 20002.向中富橋梁