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预应力连续刚构桥梁悬臂施工控制论文
关键词：桥梁 连续刚构 悬臂施工 施工控制
摘要：桥梁施工监控主要是施工过程的安全控制以及线形与内力状态控制，本文主要是研究预应力砼刚构桥悬臂施工控制方案，为同类桥梁的施工控制提供可行依据。
1.工程概况
梅山大桥的主桥为预应力砼连续刚构桥，其跨径为130+75+130，主梁为单箱单室型断面，主桥箱梁顶板宽13.55m，底板宽5.5m，根部梁高7.5m，高跨比1/17.3；跨中梁高3.3m，高跨比为1/39.4，梁底变化曲线为1.7次抛物线；箱内顶板厚度标准段为28cm，根部加厚到50cm；腹板厚度从根部到跨中按85cm、70cm、55cm直线线性变化；底板厚度根部是110cm，跨中32cm，变化规律同梁底变化曲线。主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力混凝土结构。双薄臂桥墩，采用挂篮进行分节段悬臂施工，墩梁分别采用40#、55#高强砼。设计荷载为公路－Ⅰ。连续刚构在两个墩上按照“Ｔ构”用挂篮分段对称悬臂浇筑，合拢段吊架现浇，边跨现浇段采用落地架现浇方式。全桥按对称悬臂浇筑→边跨合拢→中跨合拢顺序进行施工。
2.施工控制的目的
对于分阶段施工悬臂浇筑施工的混凝土连续刚构桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。
3.施工控制的方法
3.1建立控制计算模型
该桥采用桥梁专用有限元软件Midas/Civil建立连续刚构桥的整体计算模型，包括桥梁上部结构和下部结构(双薄壁墩)。应用Midas/Civil软件模拟施工过程中各梁段混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮移动等因素，进行施工阶段应力、变形的计算和验算。梅山大桥连续刚构主桥共划分为86个单元，其余单元为双薄壁单元为16个，所有的单元均采用梁单元/变截面梁单元模拟。整个结构在墩底固结，两端约束为沿桥轴向的滚动支座，墩梁刚性连接。梅山大桥采用悬臂浇筑施工，施工过程包括0#块支架施工，挂篮悬臂施工，边墩现浇段施工，合龙段施工。每一个施工节段包括混凝土浇筑，张拉预应力钢束，前移挂篮三种工况，其中挂篮以集中力和力矩形式加载在每个施工节段节点其间考虑混凝土湿重对下一施工阶段的影响，二期恒载以均布荷载施加整桥，严格与实际施工阶段相对应。计算模型如图3—1所示。
3.2自适应控制理论
对于预应力混凝土连续刚构桥梁，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题，主要是混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永存预应力等与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整措施，必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律，当计算模型与实际结构相吻合后，再用计算模型来指导以后的施工，这就是自适应控制的基本原理。在闭环反馈控制基础上，再加上一个系统辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。图3-2为控制原理图。
当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到了修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辩识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
桥梁的施工控制是一个预告-施工-量测-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目的，施工过程中必须对桥梁结构内力(如主梁应力)和主梁标高进行双控。采用悬臂浇筑的连续刚构桥在施工过程中是静定结构，只要严格按桥梁施工规范进行操作，内力状态一般能够得到保证，主要问题是施工中及长期徐变挠度的控制。由于连续刚构桥在施工过程中及合拢时不具备斜拉桥的索力调整能力，一旦发生线形误差，将永远存在于结构中，因此，及时发现误差原因，尽量减小误差发生的可能性是连续刚构施工控制的关键。所以，对于连续刚构施工控制系统除了要求具备常规的结构分析计算手段外，具有在施工现场消除设计与实际不一致的自适应能力就成为关键，只有这样才能及时提供控制标高和控制内力的修正值。
3.3桥梁立模标高的确定
在主梁的悬浇过程中，梁段立模标高的确定关系到主梁的线形是否平顺、如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确控制，则最终桥面线形较为良好，反之控制不力，会出现较大偏差。众所周知，立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高，为使成桥线形与设计线形相符合，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形。立模标高公式如下：
式中：—i节段立模标高（节段上某确定位置）
—i节段设计标高
—由各梁段自重在i节段产生的挠度总和
—由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和
—混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度
—施工临时荷载i节段引起的挠度
—使用荷载在i节段引起的挠度
—挂蓝变形值 其中挂蓝变形值是根据挂蓝加载试验，综合各项测试结果，最后绘出挂蓝荷载—挠度曲线，进行内插而得。而五项在前进分析和倒退分析计算中加以考虑输出结果的预抛高值就是这五项的挠度值的总和。即
3.4桥梁现场施工监测
3.4.1挠度监测
连续刚构桥施工控制的主要目的之一就是控制成桥线形，实时的挠度观测数据是实现挠度控制保证成桥线形的主要依据。对于采用挂篮悬臂浇筑施工的主桥箱梁施工控制观测点基本上按照设计方式设置，在每一悬浇节段顶面端部3-5（cm）处预埋五个钢钎，作为观测点。这样不仅可以观测箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每一断面需要进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、钢束张拉前、钢束张拉后的标高观测，以便观察悬臂浇筑梁段的各点挠度及T构的整体线形变化历程，同时考虑主梁线形对温度、日照较敏感，测量时间应选在日出之前温度较恒定的时段内进行，以保证T构悬臂端的合龙精度及最终的全桥线形符合设计标高。
3.4.2应力监测
连续刚构桥梁应力（或应变）监测主要是对施工阶段的主梁、桥墩的应力（或应变）进行监测。通过应变跟踪观测，随时知道梅山大桥主梁受力状况以及各施工阶段箱梁关键部位应力的变化规律，比较理论值与真实值判定应变是否超限，把握结构的安全状况和保证施工安全。该项观测在每一施工阶段都要进行，贯穿整个施工过程。梅山大桥结构应变监控的主要内容：对主桥中、边跨混凝土箱梁主梁、桥墩的关键断面，实行每一节段施工过程中共监测4次，分别是混凝土浇筑前、后，预应力张拉前、后，在主梁合拢及二期恒载施工完毕也应进行应力应变监测。测试时间选择在日出前温度较稳定时。
3.4.3温、湿度场观测
桥梁结构处于一个变化的温湿度场中，理论上说由于温度变化和湿度变化，桥梁的断面应力和主梁标高每时每刻都在变化，这就给测量结果带来不确定的因素，要完全解决温湿度问题，有很大的难度。对主桥各部位温度的监测，与变形共同分析，必要时还需要对箱梁断面温度分布和大气温湿度进行监测。
梅山大桥温湿度监测的主要内容如下：
（1）桥址环境温度，大气温湿度；
（2）主桥混凝土箱梁以及桥墩的内外表面温度。
温湿度监测贯穿整个施工过程，针对箱梁关键部位布置温湿度观测点进行观测与主梁的线形监测同时进行，一般选择在日出前完成。温度梯度监测为昼夜24小时连续观测，间隔4小时，分别在2：00、6：00、10：00、14：00、18：00、22：00等时刻进行观测，以了解温度变化对桥梁结构内力、变形的影响，为施工控制和箱梁应力分析提供依据。
3.4.4钢绞线管道摩阻损失的测定
在进行预应力钢绞线和预应力筋张拉时，由于管道摩阻、温度变化、锚具等原因造成预应力不同程度的损失，预应力张拉质量的监测旨在定量的测定预应力的损失，以确定实际有效的预应力，为结构分析计算提供依据。
测试的基本内容为：
（1）锚圈口摩阻损失测定；
（2）孔道摩阻损失测定，确定实际孔道摩阻系数和偏差系数。
3.4.5砼弹性模量、容重以及收缩徐变的测试
混凝土收缩徐变对主梁内力与挠度均有较大影响，应专门惊醒混凝土7、14、28、90天四个加载龄期的收缩、徐变试验，得出相应的收缩徐变系数和弹模值。同时，采用箱梁悬臂浇筑混凝土现场取样，制成试件。先对试件尺寸进行精确测量，分别测定3、7、14、28、60、90天龄期的弹性模量值，通过万能实验机进行测定，以得到完整的弹性模量与龄期E—t变化曲线，为主梁预拱度的修正提供依据。混凝土容重的测量也是在现场取样，采用实验室的常规方法进行测定。
3.5施工误差的调整
施工误差调整应从两个方面着手解决，一方面是设计参数误差调整即参数的估计与修正，另一方面进行施工误差的调整，用Kalman滤波法、灰色理论等方法对以后每个块件的施工误差进行调整.两者缺一不可.参数识别与修正桥梁结构的实际状态与理想状态存在一定的误差（设计参数误差、施工误差、测量误差以及结构分析模型误差等）因此本桥采用卡尔曼滤波对施工误差的特性进行分析，然后运用最小二乘法对设计参数进行识别，最后确定施工误差调节控制方案。
４.结论
利用工程实例对预应力砼刚构桥悬臂施工的特点进行的详尽的分析，对施工控制方案的制定、实施及其施工控制过程中的影响因素作了全面的分析，使桥梁结构始终处于安全的可控状态，为施工的顺利进行提供了可靠的保证。
参考文献
[1]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社，2000.
[3]葛耀君．分段施工桥梁分析与控制[M]．北京:人民交通出版社，2003．
[4]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，1996
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