大跨度变截面预应力混凝土连续梁桥施工监控

大跨度变截面预应力混凝土连续梁桥施工监控
石德斌;程浪舟;朱文清
【摘要】在大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工中,随着桥梁结构的荷载状态、环境温度、湿度和混凝土自身不断变化,结构内力和变形也随之不断变化.因此,需要引入应力和形变监控,对大跨度桥梁的每一施工阶段进行详尽的分析和实测验证,并采用一定的方法对结构变形、应力加以控制,指导施工实践,以确保设计的施工过程或经过调整后的施工过程得以准确地实现.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2006(000)002
【总页数】3页(P51-53)
【关键词】连续梁;施工监控;应力监测;挠度监测
【作者】石德斌;程浪舟;朱文清
【作者单位】铁道第三勘察设计院,天津,300251;铁道第三勘察设计院,天
津,300251;铁道第三勘察设计院,天津,300251
【正文语种】中文
【中图分类】U448.21
1 概述
变截面预应力混凝土连续箱梁桥跨度大，桥型简捷，投资少，在桥梁建设中具有广泛的发展前景。

但在施工过程中的诸多因素(如：混凝土弹性模量，浇筑主梁混凝
土超方量及单T两侧重量不平衡，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮
定位时的温度影响，挂篮的变形特征等)都会影响桥梁结构线型及内力方面与设计
出现偏差。

当上述因素与设计不符，而且不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差积累。

因此，在此类桥梁的施工中引入监控的概念，施工监控一方面保证各施工阶段的安全、可靠以及悬臂施工过程中悬臂端的稳定、结构线型、变位和状态是否符合设计要求；另一方面结合测试分析和模拟计算，对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序，提高施工工艺水平，确保桥梁施工质量和安全。

图1 某连续梁桥立面(单位：m)
2 监控内容
施工监控根据桥梁成桥(含桥墩)后线型的要求，监控的主要内容有：(1)各梁段的变形及高程实施控制；(2)箱梁控制截面应力监测等。

对于悬臂施工的大跨度桥梁结构，所采用的施工顺序与成桥后的主梁线型与结构内力有着密切的联系，对墩顶变形及主梁合龙顺序密切相关。

在施工阶段随着桥梁结构的荷载状态、环境温度、湿度不断变化，结构内力和变形也随之不断变化。

因此，需要对大跨度桥梁的每一施工阶段进行详尽的分析和实测验证，并采用一定的监控方法对结构变形、应力加以控制，指导施工实践，以确保设计的施工过程或经过调整后的施工过程得以准确地实现。

3 应力及温度监控
3.1 主梁截面应力监测
在悬臂施工阶段，主梁最关键截面为悬臂根部处的截面；在合龙后，除悬臂根部处的截面外，跨中合龙段也是关键截面之一。

因此，主梁截面应力监测就是对这两个主要截面的应力进行测试。

通过对箱梁控制截面混凝土正应力的监测，可以观察施工过程中的箱梁截面混凝土
正应力是否在设计要求范围内；观察预应力钢束张拉、锚固、恒载、结构体系转换等荷载作用下的箱梁混凝土正应力变化情况等。

3.1.1 应力测点布置
应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。

主箱梁的关键截面处布置应力观测点，其中包括箱梁的根部(1号块)、L/4处、L/2处，各测点均顺桥向布置。

各截面应力测点位置见图2。

图2 截面应力测点布设
3.1.2 监测方法
为了达到既能很好地描述梁体的受力状态又能满足经济实用的目的，采用在梁体内预埋钢筋计的方法进行应力测量。

钢筋计读数稳定，测试数据可靠，这一点已经在多座桥梁监测和试验中得到了充分的证明。

另外，为消除温度的影响，还应增设可测试温度的应力测点进行数据修正。

钢筋应变计测出的数据为应变值，通过理论计算将测得的应变转换成应力值。

应力控制一方面从理论上建立应力控制方程，方程式为
σx(qi、l、P1、P2、P3)≤[σ]
式中，σx为控制截面的施工过程中产生的应力；qi为等效浇筑荷载集度；l为浇筑梁段长度；P1、P2和P3为控制条件，包括预应力的大小、施工设备重量和其他影响荷载等；[σ]为混凝土的容许应力。

据观测数据求出满足方程的控制条件，用以指导施工。

另一方面，通过将实际监测值和理论值比较，来判断施工的质量，并对施工过程进行控制。

对每一悬浇段进行下列3个阶段测试：
(1)挂篮移动后，对受影响的各个截面的监控测点进行读数；
(2)在混凝土浇筑后，对受影响的各个截面的监控测点进行读数；
(3)在各预应力张拉后，对受影响的各个截面的监控测点进行读数。

图3、图4为某截面应力变化曲线图(部分)。

图3 A截面底板应力变化曲线
图4 A截面顶板应力变化曲线
3.2 主箱体温度监测
温度是影响主梁挠度的主要因素之一。

温度变化包括环境温度变化和水泥水化热问题，因此应在桥上布置测点，进行适当的观测，分析其对挠度的影响。

考虑到各个“T”的温度大致相同，故只选一个“T”的一个悬臂作为温度监测对象，测点的
布置需根据现场测试条件确定。

3.3 混凝土弹性模量、容重的测定
结构设计参数一般是按规范取用的，在结构施工控制中应对部分主要设计参数进行实际的测定，以便对设计进行修正。

钢绞线管道摩阻损失的测定，在进行钢绞线张拉时，由于管道摩阻会造成应力不同程度的损失，本测试项目旨在定量地测定钢绞线管道摩阻损失，以确定实际的预应力。

4 箱梁施工挠度观测与立模高程控制
在大跨度桥梁的施工图设计时用计算结果提供立模高程，无法准确实现结构的空间设计位置，以及在实际施工过程中存在许多不确定因素，导致设计理论值与施工结果存在一定的偏差，实际桥梁线型与设计理想线型无法吻合。

因此，在主梁高程控制全过程中，对梁段立模高程值进行逐段修正，以保证成桥后达到设计线型的要求；对于桥墩在各主跨合龙阶段的变形进行准确预报。

控制过程是“施工→测量→预测→识别→调整→预告→施工”的循环过程。

在此过程中对主梁的变形与应力实行双控，它既是一个技术问题，也是一项系统工程。

其主要分为两个组成部分，一部分是施工数据采集系统，即在桥梁施工过程中通过在桥上埋设各类传感器和设置监控系统，采集资料；再一个是资料分析仿真模拟计算
系统，将采集到的资料进行分析处理，以确定下一道施工工序的有关参数。

因此，在箱梁高程控制过程中需要细致的观测、测试工作以及大量的计算分析工作。

通过有效的监控，保证设计的施工过程和受力状态得以准确实现，最终达到成桥阶段的控制目标。

4.1 主梁线型测点布置
每一节段沿桥轴线方向箱梁顶部中心布置线型观测点，以控制桥面线型。

线型立面及平面布置见图5。

图5 主梁线型测点立面布置
4.2 变形监测控制点的埋设
监控方与施工方统一确定变形监测网，变形监测基准点埋设在稳定的地方。

根据地面基准点，再将基准点引至箱梁0号块顶板与底板。

顶板作为挠度监测工作点，底板作为立模高程控制点。

定期对0号块工作点与基准点进行校验。

4.3 悬浇节段挠度观测点布置
每个节段各设3个测点，沿箱梁顶部同一截面上布设，A、B线挠度测点布置在悬臂板与承托的交接处，中线测点布置在箱梁中心线上。

根据以往的经验，在每个施工块件上布设3个高程观测点，中线作为控制点，对称布置的A、B线不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。

挠度观测点布置见图6。

图6 悬浇节段高程观测点布置(单位：mm)
4.4 0号块件高程测点布置
布置0号块件高程观测点是为了控制顶板的设计高程，同时也作为以后各悬臂浇筑节段高程观测的工作点。

0号块件的顶各布置10个观测点，测点位置见图7。

图7 0号块件高程测点布置
4.5 观测时间和观测阶段
为尽量减少温度的影响，挠度观测安排在早晨太阳出来之前进行。

在整个施工过程
中主要观测内容包括：立模、混凝土浇筑前后、预应力张拉前后以及拆除挂篮后、边(中)跨合龙前、最终成桥前的各项高程值。

以这些观测值为依据，进行有效的施工控制。

图8为中线高程的施测情况(部分)，监测控制过程见图9。

图8 N号墩主跨中线设计、立模、实测高程曲线
5 施工监控方法
桥梁施工监控的主要任务是桥梁施工过程的安全控制和桥梁结构线型与内力状态控制。

施工控制采用预测控制法，即在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标任务，对结构的每一个施工阶段形成前后状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。

由于预测状态与实际状态间总是有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测予以考虑，以此循环直到施工完成和获得与设计相符的结构状态。

在实际监控中，首先将由设计单位计算确定的各施工阶段主要测试部位的施工控制目标值输入监控管理系统，然后再对施工阶段完成后的现场监控数据进行判别，对两组数据进行分析，最后提出有关信息供施工控制决策。

施工控制的核心任务是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状态进行预测。

6 结语
施工监控环节在大跨度预应力混凝土连续梁桥的建设中是必须的，是一项技术系统工程，施工监控的项目组织应和项目的施工组织计划协同制定，在充分分析设计数据的基础上，科学合理地制定监控方案，采集关键的必要数据，采用预测控制的方法有效指导施工。

参考文献：
[1]JTJ023—85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]。

[2]JTJ041—2000，公路桥涵施工技术规范[S]。

[3]JTJ071—98，公路工程质量检验评定标准[S]。