预应力混凝土连续桥梁的施工控制研究

预应力混凝土连续桥梁的施工控制研究

摘要:本文以预应力混凝土连续桥的施工中的应力监测为主要研究对象，概括了桥梁施工控制中内涵，并以箱梁应力测试和控制为例展开讨论，论述了感应器的计算原理和其布置的一般原则，最后概括了应力测试中的注意事项。

关键词:预应力；混凝土连续桥；施工控制；应力测试

中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：

1、概论

预应力混凝土连续桥是桥梁中一种具有优良特性的桥梁类型，该型桥梁力学性能优良，伸缩缝更少，在使用过程中的变形更小，而且具有优异的抗震能力。因此预应力混凝土连续桥在城市桥梁、公路桥梁等领域都得到了广泛的使用。但这一类型的桥梁施工却是一个需要严密控制的过程，在我国早期的预应力混凝土连续桥施工中，由于技术所限，一般都只能应用在中小跨径的预应力混凝土连续桥施工中。后来随着平衡悬臂拼装施工、平衡悬臂浇筑施工等施工方法的推广，预应力混凝土连续桥施工水平得到了大幅度的进步。当进行大跨径预应力混凝土桥梁时，还普遍采用挂篮来进行悬臂的浇筑施工。此外，随着高性能材料和大吨位的预应力锚固体系的研发和应用，又进一步的促进的了预应力混凝土连续桥的发展。借助这些新技术的应用，使得预应力混凝土连续桥的规模越来越大，但也随之伴随着大量的风险因素，一旦在施工中发生意外事故或质量不过关，造成的后果也会相当严重。因此对于预应力混凝土

连续桥的施工控制就成为了一个需要深入研究的课题。这既是确保施工期安全的必要措施，也是保障桥梁在投入使用后质量的必要措施。在施工过程中，可以通过对每一阶段的结构应力和变形的分析控制来实时监测桥梁在施工过程中是否存在潜在的危险源。在桥梁施工过程中发生重大事故的例子国内外都曾经发生过，因此需要引起高度的重视。

2、施工控制的内涵

在预应力混凝土连续桥的施工控制中，主要的控制方法主要有以下三种，纠偏终点控制法、误差容许控制法和自适应控制法。在当前大跨度预应力混凝土连续桥的施工中普遍采用悬臂挂篮施工方法，需要对线形、应力、温度等都进行有效控制。一般而言，在进行施工控制中，会从以下几个方面来展开：有限元分析采用有限元分析是桥梁施工监测和监控的重要手段，可以对桥梁在施工中的应力和位移等变量进行理论分析，从而可以为施工中桥梁结构的健康状况提供重要参考。但采用有限元分析也存在一定的缺点，因为预应力混凝土桥的主体是混凝土，而混凝土材料在不同温度和施工工艺下在均匀性和稳定性方面都存在着较大的差异，在进行有限元分析时还需要考虑施工荷载、混凝土徐变特性、预应力损失、温度甚至于结构的分析模型都会给有限元的分析的结果带来影响。因此在学术界，对于如何合理处理混凝土收缩和徐变对预应力损失的影响和监测的影响都存在一定的争议，因此有限元分析的结果需要仔细分析后采用。应变实施监测和应力分析受到预应力混凝土连续

桥施工方法的限定，在各个箱梁的悬浇中，都要监测各个截面上的应力变化，从而确保桥梁各节段的预应力张拉到位，且通过对各节段应力的分布监测，保证桥梁整体的应力合理分布，必要时还需要经过应力测试。线形测量线形测量的目的是为了掌握桥梁挠度和温度之间的变化相关规律，在施工过程中对各箱梁挠度进行跟踪观测，对桥梁轴线进行测量都是保证桥梁施工正常进行的必要保证。预拱度的控制在大型桥梁的施工中，要完全将桥梁实际符合设计线形是几乎不可能的，因此在施工控制中的一个重要原则就是尽量将桥梁的结构尽可能的吻合桥梁设计曲线。为了达到这一目的，需要从施工前期预测和后期矫正来实现。这一方面已经有尝试用神经网络等人工智能方法来进行自适应控制，这是一个值得深入研究的课题之一。

由此可见，预应力混凝土连续桥在施工过程中的控制内容是比较多的，限于篇幅，没法对所有的控制内容都展开深入研究。因此本文选择预应力混凝土连续桥在施工控制中的箱梁应力测试来作为

主要研究对象展开研究。

3、箱梁应力测试与控制

混凝土的具有一定的随机性，因此理论计算应力的结果不可能完全反应出桥梁结构的实际应力状态。因此在桥梁施工过程中进行应力监测是必须的手段，在施工过程中所布置的应变~应力监测仪器，在桥梁投入使用后也可以继续用于桥梁的健康监测中。因此不论对于施工还是后期监测都是具有重要实际意义的事情。

3.1混凝土钢弦应变计

在箱梁混凝土的结构应变测量中，钢弦应变计是常见的设备，通过建立钢弦的自振频率和其张力之间的对应关系来计算钢弦的应力和应变。当混凝土箱梁结构受力变形后，植入混凝土内的钢弦应变计两端沿轴向会发生相应的位移并且其自振频率也会相应改变，计算式为：

其中，表示混凝土结构的应变，为钢弦所受的初始应变，在此基础上，可以通过混凝土材料的弹性模量来换算出混凝土结构在传感器处的平均应力值: ，其中，表示混凝土材料的理论弹性模量，表示混凝土结构在测点处的应力平均值。

3.2控制截面的选取和测点布置

在箱梁结构中，混凝土悬浇各截面应力分布很不均匀，甚至于在不同的施工阶段同一截面处的应力也在变化，因此在进行截面选择时，通常t型钢构箱梁按静定结构考虑，而在箱梁浇筑完成后则需要按超静定结构来考虑控制截面，并同时考虑二期恒载所带来的影响。

从传感器布置位置上看，还应考虑桥梁的施工顺序，施工时间等因素的影响。一般而言，对箱梁的应力测试所安置的第一组传感器都选择在悬梁根部，即通常的0#块附近、l/8，l/4, 3l/8和跨中合拢段等控制截面，如果有需要还可以考虑更多的监测截面。从传感器数量上看，一般在截面上缘布置熟练更多的传感器，具体数量

会随着桥梁的规模和重要性增加。

3.3应力测试方法

由于在测试桥梁应变时采用钢弦应变计，其主要参数由厂家控制，为了大规模的处理监测数据，需要采用一定的数学方法将混凝土结构的应变应力进行转化，此处将应变近似为自振频率的二次函数，通过拟合处理能够简化计算过程，具体拟合方法可采用最小二乘法等方法，即按：，其中为钢弦的自振频率，单位赫兹。需要指出的是，在箱梁的悬浇过程中，按照挂篮前移、浇筑和预应力钢绞线张拉的顺序进行的，因此在对桥梁结构的应力进行测量时，也需要遵循上述流程来进行，还需要考虑在不同的工况下的施工工况和温度变化，分别测量在这些非常规情况下的应力监测问题。依据经验，一般把应力监测的时间点放在每个工况结束后的8小时是比较适宜的，从便于数据比较和分析的目的出发，在测量数据的比对时，还应尽量选择温差较小的工况，相邻工况测量也应该控制在一定的温差范围内。但由于在桥梁施工中各个工序之间具有很强的连续性，因此需要在进行应力监测时有丰富的经验。

需要注意的是，由于感应器是在施工阶段埋设的，因此必须考虑到感应器的位置误差，而且这些误差不可避免，应当通过截面尺寸和上下缘的初步应力数据进行感应器位置误差的修正，而一般不考虑感应器的方位误差。才外，还应考虑混凝土应变滞后性所带来的影响，具体表现为箱梁剪力迟滞效应，经过分析和修正后的纵向应力应控制在10%内，而横向应力应控制在5%以内，采用多个相关传