三跨变截面连续箱梁桥施工控制方案简述

三跨变截面连续箱梁桥施工控制方案简述
摘要：变截面连续箱梁桥作为一种在公路、城市、铁路桥梁中最常用的桥梁结构之一，其施工控制在多年的建施过程中也日趋完善。

通过以典型三跨变截面连续箱梁桥为例，对该桥型的施工控制进行分析与总结。

关键词：变截面；连续梁桥；施工控制；方法
1 工程概述
宿州市冰雪大桥主桥上部为40m+70m+40m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，桥宽40.0m，由左、右幅分离的两个单箱双室箱形截面组成。

箱梁根部梁高3.8m，高跨比为1/18.42；跨中梁高为2.0m，高跨比为1/35。

箱梁横截面为单箱双室斜腹板，边腹板斜率为1：3.5，箱梁顶板宽19.75m，底宽为9.921～10.95m，箱梁顶、底板保持平行。

箱梁高度从距墩中心2.0m处到跨中按二次抛物线变化，除墩顶0号块设厚200cm的横隔板及边跨端部设厚110cm的横隔板外，其余部位均不设横隔板。

2 施工监控概述
桥梁施工监控的目的任务。

根据最新颁布的公路桥涵设计规范进行结构验算。

对施工方案模拟分析，对其可行性做出评价，并提出合理建议。

实时监测结构的应力、温度、几何状态，提供安全预警。

提出施工调整值，确保结构应力、线形符合设计要求。

协助各方对工程建设提出合理建议。

施工监控成果可为桥梁交竣工验收提供重要依据。

施工监控信息可反应结构从施工到使用阶段的全过程信息，是后期结构管理、维护、评估的重要“指纹”。

长期稳定可靠的测试传感器也可作为长期健康监测的设备，为养护维修建立科学档案。

验证桥梁结构设计与施工分析理论，积累一线科学数据。

以冰雪大桥的两阶段施工图设计图纸以及先关的技术规范作为依据，在施工前期进行建模分析。

该桥分别采用桥梁博士和midas civil软件对桥梁施工过程予以模拟分析。

施工过程中采用“施工→量测→识别→预测→调整→预告→施工”的循环过程。

对施工资料数据进行采集、分析、预测，指导施工正确有效的进行。

3 施工监测系统
施工检测系统包括了几何、应力、温度、荷载以及其他监测等方面内容。

其中以前两者监测为主，在此，也主要介绍前两者。

3.1 几何（变形）监测
冰雪大桥采用悬臂挂篮施工。

施工挂篮及托架精力荷载试验，测试其变化情况，确定其弹性和非弹性变形，为以后箱梁的预拱值设置提供依据，同时也是对挂篮安全性的一次检验。

该试验采用砂袋逐级加载到设计重量的100%，并超载至110%，最后减载到初始状态。

测试内容包括：通过对挂篮的静力荷载试验，检验挂篮结构的强度和刚度是否满足强度要求；通过对挂篮前吊点的挠度测量，为大桥施工中的标高控制提供参考数据。

主梁线形监测中高程监测、中线监测和横向变形监测尤为重要。

其中高程测量是重点，每个工况都将引起主梁高程的变化，这种挠度变形是否与理论计算值相吻合，是桥梁施工监测的主要内容之一。

预应力张拉、温度、风等因素可能引起主梁在横桥向产生位移，导致平面合龙困难，因此主梁中线监测也是桥梁施工监测的内容之一。

桥墩变形监测，在挂篮悬臂施工过程中，桥墩对称受力，不会产生纵向变形。

但在跨合龙、体系转换等工序，需加强桥墩纵向变形观测。

其中测点和墩顶基点高程测点共用。

主墩偏位测点选在主墩上缘处，桥墩的变位测点设置在墩的根部上方1m，中部和墩顶截面变化处，在测点位置贴反光片，配合全站仪进行墩的变位监测。

测试频度应在施工3个梁段进行一次测量。

基础沉降采用精密水准测量方法，观测精度应达到±1 mm。

通过布设在岸上的基准点，定期向承台上的监测点进行观测。

在承台顶面布设4个观测点，可充分反映承台基础的均匀沉降和不均匀沉降。

在施工期间，每施工2个梁段观测一次。

基础沉降监测以及构件尺寸量测。

由于模板放样误差、鼓模等原因，构件实际尺寸与其设计理论值可能有一定偏差。

这种偏差将导致结构截面的几何特征、刚度、自重与理论值存在偏差。

因而要求在节段施工完成后进行截面尺寸校核，以便施工仿真分析中修正计算参数。

同时也请施工单位加强模板刚度、控制混凝土浇筑方量。

3.2 应力监测
应力监控是桥梁施工监控的基本内容之一，它直接关系到结构的安全，是结构安全的预警系统。

通过应力理论值与实测值的对比，是参数估计、状态预测和调整的重要依据之一。

应力测点布置的原则是：(1) 通过施工模拟计算，得到施工全过程的应力包络图，从而明确最危险的位置，这是选择应力测试断面的基础；(2) 力求顺桥向、横桥向对称布置，以增加结果的可靠性和可比性；(3) 截面的选取应该避开截面突变区，如齿板处、预应力锚固处、梗腋处等；(4) 充分理解设计意图；(5) 兼顾交竣工荷载试验和结构健康监测的需要。

将桥梁的主墩根部、边跨、以及跨中位置应力测试断面，其中在墩顶箱梁截面部布置5个测点用来测量箱梁顶板应力和剪力滞，在底板布置对称布置两个测点测试底板应力。

对于中跨截面在顶板和底板各布置两个测点进行顶、底板应力测试。

根据现场情况，以上应力测试断面和测点布置可适当调整。

4 施工控制系统
一个完整的、基于现代控制理论的桥梁施工监控系统应具备以下6大功能模块。

(1) 高精度的快速监测系统。

通过监测施工过程中结构的实际行为，来确定或识别引起偏差的主要设计参数，从而确定反馈控制量。

(2) 最优估计系统，包括参数识别和状态估计。

(3) 实时仿真分析系统。

根据监测、最优估计结果，分析得到结构当前真实状态。

(4) 状态预测系统。

根据最优估计、跟踪计算结果，建立预测模型，预测以后最可能的状态。

这就使得能够对以后可能的误差提前采取措施。

(5) 理想状态(参考轨迹、控制目标)修正系统。

根据识别、预测结果，修正以后各阶段施工理想状态和成桥理想状态。

(6) 状态调整(最优控制系统)。

选择控制量，使桥梁结构从当前状态转移到指定的目标状态，同时使某一目标函数达到最优。

其中，模块(1)称为施工监测系统，模块(2)~(6)称为施工控制系统。

施工监测系统和施工控制系统组成一个完整的桥梁施工监控系统。

上一节中已经建立了施工监测系统，以下简述施工监控的后5大模块，即施工控制的基本方法。

5 施工监控误差分析及理论线性
5.1施工监控误差分析
误差分析是施工监控的重点和难点。

测试数据较少，而影响因素较多。

例如，引起主梁标高较低的因素较多，诸如混凝土超方、挂篮变形较大、预应力张拉力不够、临时荷载引起、日照影响等等，在诸多的因素中，仅仅通过标高测量或者应变测量是很难判断出原因的。

要求在监控过程中善于抓主要矛盾，忽略次要矛盾。

既要满足设计要求，又要节约时间和费用，以往的桥梁监控经验将是进行施工监控的宝贵财富。

下面将大跨径混凝土梁桥可能碰到的误差加以罗列：结构刚度误差、浇筑混凝土误差、临时荷载影响、挂篮及模板定位误差、挂篮变形误差、温度影响预应力束定位、张拉误差、施工方案变更以及混凝土收缩徐变等。

5.2四条理论线性
大跨桥梁施工监控涉及到4条理论线形：设计线形、长期恒载线形、竣工恒载线形、立模(安装)线形。

立模(安装)线形经过施工过程的不断变化，在桥梁施工完成时达到竣工恒载线形；再经长期时变后达到长期恒载线形；长期恒载线形加上活载变形即为设计线形。

结语：桥梁施工监控是一个系统工程，需要包括建设单位、监控单位、监理单位、设计单位和施工单位的密切配合。

为保障桥梁施工监控高质、高效地完成，必须明确监控实施过程中的组织制度和工作制度。

参考文献:
[1]曹明珠，大跨度预应力混凝土连续梁桥施工监控，2010
[2]张小波. 连续梁桥悬臂现浇施工技术及控制分析,2012
[3]刘文勇, 浅谈连续梁桥的施工监控方法,2012
作者简介：张权（1985-），男，长安大学公路学院，陕西西安710064。