预应力混凝土连续刚构桥施工监控.docx

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预应力混凝土连续刚构桥施工监控

 

苏通大桥辅桥连续刚构

 

 

目录

1概况1

2施工监控依据2

3施工监控的组织体系2

3.1施工监控的组织机构2

3.2监控各方之间的工作关系6

4施工监控重点考虑的因素6

5施工控制的总体思路7

5.1控制思路7

5.2施工控制误差范围8

5.3主要监控内容9

6施工线形控制方法11

6.1施工线形控制的总体流程11

6.2线形计算分析阶段线形控制方法12

6.3施工阶段线形控制方法13

7主梁线形修正的过程16

7.1计算模型的更新和线形修正的计算16

7.2线形调整16

7.3施工阶段线形控制过程17

7.4线形控制数据分析过程18

8施工监测结果及分析20

8.1监测项目20

8.2应力监测20

8.4线形监测27

9施工控制计算30

9.1计算参数30

9.2计算模型及假定32

9.3施工阶段计算工况划分32

9.4计算工况模拟说明36

9.5计算结果及分析37

9.6温度效应分析50

9.7中跨合龙控制52

10结论53

11附件55

 

1概况

苏通长江公路大桥X标(辅桥)为140+268+140=548m的预应力混凝土连续刚构桥。

分上下行两幅桥布置,两幅桥仅在0#节段位置用横隔板相连,其余均未连接,桥面设置1.5%的单一纵坡,各单幅桥桥面均设置由内向外的2%横坡,但箱梁底面横向保持水平。

主墩为普通钢筋混凝土双薄壁矩形空心构件。

桥面总宽34m,为双向6车道。

全桥设计车速100km/h,荷载等级为:

汽车-超20,挂车-120。

箱梁为单箱单室截面,顶板宽16.4m,底板宽7.5m,根部梁高15.0m,跨中及边跨直线段梁高为4.5m,其余梁高均按抛物线Y=0.00452X1.6变化。

顶板最小厚度为0.32m,腹板厚度为0.45~0.5~0.6~0.7m不等,底板厚度为:

根部1.7m,跨中及边跨直线段0.32m,其余底板厚度变化规律同梁高。

刚构桥下部结构采用钻孔灌注桩,实体承台和双薄壁矩形空心墩,上部结构采用挂篮现浇施工。

主梁和主墩墩身为C60混凝土,承台为C35混凝土。

纵向预应力采用270级φj15.24(ASTMA416-1998)高强低松弛钢绞线,标准强度为1860MPa,弹性模量为1.95×105MPa,其类型有31φj15.24、22φj15.24、15φj15.24三种,锚下控制应力为1395MPa,塑料波纹管成孔;横向预应力采用3φj15.24,标准同纵向预应力束,纵向布置间距0.5m,单端交错整体张拉,管道成孔采用扁形金属波纹管,固定端采用P型锚;竖向预应力采用进口Φ32精轧螺纹粗钢筋及相应的预应力锚固体系,标准强度为930MPa,弹性模量为2.0×105MPa,锚下控制应力为837MPa,横断面每个腹板布置为2肢,纵向间隔0.5m布置一断面,管道成孔采用金属波纹管。

受中铁大桥局集团有限公司苏通大桥X标项目经理部的委托,武汉桥梁科学研究院承担了该桥施工监控任务。

在苏通大桥建设指挥部的统一领导下,施工、设计、监理、COWI公司、奥雅纳公司等单位共同努力,辅桥于2007年5月9日顺利合龙。

在辅桥施工期间,我单位按照合同要求,及时完成了各项工作内容,现将各施工阶段主要监测、计算成果进行汇总,形成此报告。

2施工监控依据

1)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)

2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)

3)《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98)

4)《城市桥梁设计准则》(CJJ11-93)

5)《苏通大桥辅桥施工图设计》

6)《苏通大桥辅桥施工组织设计》

3施工监控的组织体系

3.1施工监控的组织机构

(1)监控有关各方组织机构框图

为保证施工控制分析的准确性,奥雅纳公司和武汉桥科院两家单位分别进行施工控制的计算和复核,以武汉桥科院为主,奥雅纳公司平行复核。

(2)组织形式

设立施工控制领导小组与施工控制工作小组。

重大技术问题由领导小组讨论决定,具体工作由施工控制工作小组实施。

其组织机构人员安排如下:

①施工控制领导小组

组长:

由指挥部相关负责人担任

副组长:

设计、监理、第三方复核、承包商负责人

成员:

各方主要技术负责人

②施工控制工作小组

组长:

组员:

职责:

负责与省桥指、设计代表处、总监代表办、测量中心、中心试验室进行沟通、协调;制定并组织相关科研试验;审查施工方案;审查监控指令;制定纠偏方案;制定结构安全预案措施。

施工控制工作小组具体组成及分工如下:

1)监控工作小组

组长:

组员:

职责:

编制工作流程方案;现场数据信息汇总并反馈给监控计算小组;监控指令上传给施工控制总部;下达监控指令。

2)监控计算小组

组长:

组员:

职责:

编制施工控制、施工监测方案;编制施工控制手册;编制施工控制用的图、表;建立误差控制系统,进行参数敏感性分析;根据现场实测数据,进行控制计算,及时更新施工控制手册;及时评估施工变形状态,如有偏差,提出纠偏方案;评估结构受力,提出保证结构安全的预案措施;提交施工控制、施工监测成果报告。

3)工程技术部

部长:

成员:

职责:

编制施工组织设计和施工方案;落实、协调相关的试验测试;相关的试验研究成果整理后提交监控工作小组;监督监控指令的落实。

4)线形测量小组

组长:

成员:

职责:

建立测量系统;测量结构和环境信息,并对测量数据进行误差分析和评估;测量数据整理后提交监控工作小组。

5)应力测量小组

组长:

成员:

职责:

在主梁和墩身截面埋设应力测点;截面应力测试;测试数据整理后提交监控工作小组。

6)温度测量小组

组长:

成员:

职责:

在主梁和墩身截面埋设温度测点;大气环境温度场测量;主梁梁体和主墩墩身温度场测量;测试数据整理后提交监控工作小组。

7)材料试验室

主任:

成员:

职责:

混凝土配合比设计;混凝土原材料质量抽检,混凝土施工质量控制;砼强度和弹性模量试块的制作、数据测试;混凝土容重的测试;钢材质量抽检和性能测试;试验数据整理后提交监控工作小组。

8)预应力控制小组

组长:

成员:

职责:

实施相关预应力控制参数试验;控制现场预应力施工质量;提供箱梁

上临时荷载的分布图给监控工作小组。

9)截面特性测量小组

组长:

成员:

职责:

截面特性参数测试;测试数据整理后提交监控工作小组。

3.2监控各方之间的工作关系

4施工监控重点考虑的因素

根据设计,本桥的施工方案为:

先T构对称悬臂施工,再边跨合龙,最后中跨合龙。

苏通大桥辅桥的结构和施工过程复杂,施工周期长,影响因素多,技术含量高。

对于预应力混凝土连续刚构桥来说,采用悬臂施工法有许多优点,但桥梁的形成都要经过一个复杂的过程。

在施工过程中如何保证主梁竖向线形偏差及横向偏移不超过容许范围、如何保证合龙后的桥面线形良好、如何避免施工过程中主梁出现过大的应力、如何保证施工状态与设计状态最大程度吻合等,均需进行施工监控监测来解决。

此外,设计是在对结构初始状态及其它参数作出假定的情况下进行的,事先设计时难于精确估计结构的实际状态及参数。

实际施工时,各种施工误差(如截面误差、材料容重误差、弹性模量误差、张拉误差等)施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用都会引起桥梁结构线形与内力的改变,影响结构在施工和成桥时的状态和结构的安全。

而施工监控是根据施工现场实测结果所得的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定每个节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测成果进行误差分析、预测和对下一立模标高进行调整,从而保证成桥后线形、合龙精度及结构内力符合规定值的要求。

本桥施工监控重点考虑以下因素的影响:

1)混凝土收缩、徐变影响,必须在施工控制时加以考虑;

2)悬臂施工周期长,大风、温度等环境因素影响;

3)预应力筋数量多,预应力施工误差对桥梁线形影响;

4)施工节段重量误差对线形影响;

5)挂篮及临时施工荷载对线形影响。

5施工控制的总体思路

5.1控制思路

施工控制应当采取理论计算预测→按预测进行阶段施工作业→阶段施工作业完成后实测反馈→根据实测反馈进行参数分析、评估及优化→进行下一施工阶段理论计算预测的循环次序进行。

因此其主要工作内容包括阶段施工前的预测计算、阶段施工过程中的控制测量、实测结果与计算预测结果的偏差分析及优化分析三个方面的内容,具体实施时,需要考虑以下内容:

1)建立全桥关键断面应力、线形、温度场实时监测系统,针对不同的施工阶段及施工内容,适当提高监测频率;

2)施工控制以每一阶段的构件的结构尺寸、桥面标高控制、结构应力控制为主;

3)预应力张拉精度、梁体截面尺寸、混凝土材料性能及浇灌重量、施工周期、结构的温度场等对桥面的竖向线形影响非常敏感,应作为精度控制的重点;

4)预应力张拉对结构线形及结构受力安全均有较大影响,在张拉过程中应对其进行重点控制;

5)温度的变化会非常大的影响梁体的几何线形,并对梁体的精确线形确定非常重要。

各施工阶段的线形测量应在黎明前进行,以消除不均匀温度场造成的与计算值的偏离;

6)混凝土收缩徐变对结构线形影响较为明显,施工前收集相关资料进行预测分析,施工过程中结合实测资料进行详细分析。

悬臂施工阶段立模标高控制采用相对高差控制。

在进行梁段立模标高计算时,主要提供每一个拟浇梁段前后端截面的高差,绝对标高作为参考,如果出现位移计算结果与实际发生的位移值有偏差,再对高差进行修正。

立模标高的控制应以追求桥面线形的平顺为目标。

在成桥桥面标高的控制中应以桥面平顺为目标,不必片面追求个别节点的理论标高,当施工中某工序或梁段浇注后标高值与理论值发生偏差后,不必强行在下一个梁段中立即调整过来,而应根据偏差发生的特点找出原因,在后期悬臂浇注梁段挠度计算时进行修正,在以后的几个梁段甚至后期悬臂浇注的所有梁段中将标高偏差纠正过来。

最后成桥可能很多梁段实际标高与设计标高存在一定偏差,但桥面整体线形平顺。

5.2施工控制误差范围

根据《公路桥涵施工技术规范》,结合目前测试仪器的精度范围和结构的分析水平,参照国内其他一些大跨度刚构桥的施工控制情况,确定本桥的施工控制误差范围如下:

 

监控项目

限差

主梁各施工控制节段标高误差

±20mm

相邻节段标高误差

±10mm

成桥后主梁线形

±50mm

主梁轴线偏位

10mm

合龙段两侧梁段容许高差

20mm

5.3主要监控内容

1)混凝土弹性模量

混凝土弹性模量是结构计算中的一个非常重要的参数,实际的弹模与假定值总是存在一定的差距,需要通过试验得出实际的混凝土弹性模量。

要求按规范制作弹性模量试块八组,每组6个,分别做3天、7天、28天、60天、90天、120天、150天、180天等不同龄期的弹性模量试验。

混凝土弹性模量试验由施工现场材料试验室完成,其实测值已由材料试验室按阶段提供,本报告不再单独列出。

2)混凝土容重及配合比

C60混凝土容重初步计算时取26kN/m3,混凝土容重大小与混凝土配比、所用石料密度等有关,实际容重与计算取值有一定差异。

在主梁施工前几个节段,要求按规范制作试块,测定实际混凝土容重。

混凝土容重由混凝土搅拌站根据材料用量确定。

为满足C60混凝土的强度及适应大跨度连续刚构桥的要求,项目部已委托有关单位对混凝土配合比进行了专项研究,混凝土配合比在专项研究报告中已提供,本报告不再单独列出。

3)截面特性参数

任何施工都可能存在截面尺寸误差,验收规范中也允许出现不超过限值的误差,但这种误差将直接导致截面特性误差,从而直接影响结构内力及变形的分析结果。

因此在施工过程中,从立模开始至混凝土浇注成形后,都应进行截面特性参数的控制,一方面及时纠正施工偏差,另一方面及时发现成形后的截面特性偏差,在计算分析中予以适当考虑。

截面特性参数由工程技术部负责组织,由现场质检员进行监测,其检测结果已在阶段报告中提供,本报告不再单独列出。

4)挂蓝弹性变形

预拱度的设置应考虑挂蓝弹性变形的影响,挂蓝弹性变形通过挂蓝加载试验获取。

挂蓝弹性变形试验由工程技术部负责在挂篮预拼装完成后组织实施。

根据挂蓝加载试验结果,预拱度设置时已考虑挂蓝弹性变形

5)钢材的力学性能

预应力混凝土梁体所使用的普通钢筋及预应力钢筋的弹性模量及强度指标、延伸率指标一般由材料供应商提供,在本施工控制中具体由材料试验室负责落实。

计算时,根据材料试验室提供数据取值。

6)混凝土材料的收缩徐变参数

由于混凝土材料的收缩徐变,会导致施工过程中及成桥后梁体线形及内力发生较大变化,因此在施工前及施工过程中的监控计算必须了解混凝土材料的收缩徐变特性。

在施工前采用规范规定的收缩徐变参数,在施工过程中的监控计算采用混凝土收缩徐变专项试验研究成果结合现场对位移及内力的实测结果进行试算确定最佳收缩徐变参数。

苏通大桥建设指挥部已委托东南大学成立了课题组,进行收缩徐变专项试验研究,项目部也委托武汉桥科院制作了收缩徐变试件,具体试验结果见相关研究报告。

7)预应力施工控制参数

预加应力是预应力混凝土结构内力及变形控制考虑的重要结构参数,预加应力的大小受很多因素的影响,需根据现场实际进行测定。

预应力控制参数参考指挥部预应力张拉专项试验研究成果并结合施工时实际控制测量成果确定,具体由工程技术部负责,相关参数已由预应力张拉报表提供,本报告不再单独列出。

8)温度场测量

施工过程中的温度场测量包括大气环境温度场测量、主梁梁体温度场测量、主墩温度场测量及温度对线形及内力的影响测量分析。

温度场测量由监测小组进行现场测量,具体内容详见后文。

9)施工线形控制测量

施工过程中的线形测量包括桥梁施工控制测量网定期复核测量、主墩墩顶沉降测量、各节段施工立模标高测量、施工荷载对线形影响测量、温度对线形影响测量等。

施工线形控制测量由施工单位测量组进行,桥科院监测小组进行复核测量。

线形测量的测点布置及测试方法详见后文。

10)施工应力测量

在施工控制截面布置应力测点,以监控施工过程中应力变化及分布情况并与理论计算值对比,在计入误差及变量调整后分析以后每阶段及竣工后结构的实际工作状态。

应力测量由桥科院监测小组进行,具体内容详见后文。

6施工线形控制方法

6.1施工线形控制的总体流程

苏通大桥施工线形控制是在线形计算分析和施工阶段线形控制二个阶段分别按一系列工作程序,综合地实施严格的线形控制,从而实现预期的线形目标。

线形控制的二个阶段流程如图6-1所示。

图6-1线形控制的二个阶段流程图

以上二个阶段均为动态控制,每个目标线形的实现都要通过计划、实施、测量、纠偏四个环节来保证。

并通过计算机模拟和预测本阶段的纠偏结果对下一个阶段的影响。

如果线形与目标线形不一致是由于几何尺寸控制引起的,则利用计算模型进行几何尺寸偏差对目标线形的影响分析,确定偏差对后期结果的影响及调整方法,纠正几何尺寸偏差对目标线形的影响。

如果线形与目标线形不一致是由于与时间有关的效应引起的,则需要调整计算参数使计算模型适应实测结果,并通过调整后的参数对线形进行计算,确定前期参数对目标线形的影响及是否应对目标线形进行优化,并在调整参数的基础上进行下一轮的预测。

6.2线形计算分析阶段线形控制方法

线形计算分析阶段的一项重要工作是逐段进行分析,并用分析的结果指导下一阶段的施工。

线形计算阶段的流程如下图6-2:

 

图6-2线形计算分析阶段的流程图

6.2.1线形计算分析阶段线形控制内容

线形计算分析阶段线形控制内容如下:

●优化施工周期;

●确定每一个施工阶段梁体线形的目标值;

●确定结构线形、内力及温度控制测点布置及测试方案;

●确定成桥目标线形;

●分析材料、预应力偏差对成桥目标线形的影响。

6.2.2线形计算分析阶段考虑因素

线形计算分析阶段目标线形是通过综合考虑以下因素而得到的:

●预应力及其时间效应的影响;

●混凝土材料及其时间效应的影响;

●预应力混凝土梁的预拱度;

●考虑桥墩及基础结构在恒载作用下的位移及预偏;

●基础位移的补偿。

6.2.3线形计算分析阶段提交的成果

●预应力混凝土梁施工预拱度;

●各阶段目标线形;

●施工工艺及周期、施工荷载、临时荷载等要求;

●施工容许误差,截面几何尺寸精度要求;

●确定梁体应力、线形、温度控制测点布置方案;

●形成参数敏感性分析报告;

●建立线形计算分析阶段结构模型。

根据线形计算分析阶段提交的成果,在悬臂施工开始前,监控计算小组与设计、业主、咨询等单位多次就计算参数、计算边界条件、计算结果分析、计算结果提供格式等内容进行了沟通,双方就参数的修正、精度控制、线形控制等达成一致,最终双方认为线形分析阶段的结构计算模型与实际施工过程基本吻合。

6.3施工阶段线形控制方法

6.3.1施工阶段线形控制过程

施工阶段线形控制过程如图6-3。

采集相关的现场施工参数,参考相关标准要求,修正参数,重新进行施工全过程计算,得到满足全过程合理要求的当前状态

对结构线形进行监测,获得施工反馈数据

对反馈数据进行分析处理,修正计算参数,发布参数调整后的监控指令

重复以上3个步骤完成所有梁段的施工

图6-3施工阶段的线形控制过程

6.3.2施工阶段线形控制内容

●施工阶段线形控制内容如下:

1)合理的预应力张拉控制措施,控制预应力张拉精度对几何线形的影响,必要时进行预应力张拉试验确定相关参数;

2)根据主梁的实际线形来修正计算参数及预测后续节段的线形;

3)根据设定的适当数量的测量控制节点来确定结构的测量方案,获得已施工结构的实际线形或基础的变形。

测量作业要在日出前,梁体温度场相对较均匀的时段进行;

4)用适宜的温度场监测方案,监测结构的温度场及温度变化对结构线形的影响,并取得考虑结构温度修正值所需要的温度数据;

5)采取必要的措施减小或精确估计施工临时荷载对结构几何控制的影响;

6)必要时应进行结构在24小时或48小时内线形随温度变化的测试。

●具体的操作步骤如下:

1)运用高精密的仪器对一系列主梁和桥墩控制点进行测量,得到结构的几何线形;

2)线形控制点应在主梁横向、纵向及截面关键点处布置,既能控制梁体纵横向线形,也能控制梁体截面尺寸;

3)定期监测承台顶面高程。

这些数据可用来分离由于结构变形和基础沉降而引起的结构位移;

4)在进行测量时,桥上应无大规模的施工作业,施工机具等应停放在指定位置,以减小或便于分析临时荷载对线形的影响;

5)在长悬臂阶段或合龙前进行24小时或48小时的温度场和线形的联测,有助于摸清线形随温度变化的规律,确定合理的合龙温度及时间。

6.3.3施工阶段线形控制要点

为了保证悬臂节段施工达到预期的线形控制目标,必须遵循以下方法和步骤。

1)施工前必须进行挂篮压重试验,确定挂篮的变形值满足要求,并在预拱度中考虑挂篮的变形值;

2)混凝土浇注前对模板进行检测,校核截面尺寸误差满足要求。

应记录混凝土的实际浇注方量,作为变形分析参数;

3)在混凝土浇注前后应对梁端及挂篮实际高程变化进行监测,当与计算预测值有较大出入时,应查明原因,及时调整;

4)预应力张拉应在混凝土达到一定的要求后进行,张拉前后应进行梁段高程监测,并与计算值对比,出现偏差应分析原因,及时调整;

5)应合理安排节段内前后、左右混凝土的浇注顺序,减小挂篮变形误差;

6)确保一个T构内悬臂浇注的基本平衡进行,当不平衡浇注时,应当考虑不平衡对结构内力及线形的影响,并与计算值对比。

应尽量在每一节段容许的偏差范围内进行梁段立模标高的调整,尽量减小梁段立模标高的误差积累,从而使预测参数偏差或施工偏差的调整对主梁线形的影响在一定的梁段范围内较为均匀地分摊,使施工线形始终偏离目标线形最小。

6.3.4施工阶段提交的成果

▲节段立模标高预测值;

▲计算值与实测值分析阶段报告(应力、线形、温度场);

▲关于下一阶段施工操作、或需要时的纠偏施工指令。

7主梁线形修正的过程

7.1计算模型的更新和线形修正的计算

将计算目标值与实测结果进行比较,根据比较结果对线形进行修正。

检验节段施工的几何尺寸在容许误差内,而且监控指令执行无误后,比较结构在本阶段增加的位移和当前阶段末端所累积的位移;如果发现比较结果中有偏差值超出误差范围,确定几何尺寸测量数据及计算荷载无误的情况下,应当对变异较大的参数(如混凝土收缩徐变等)进行参数敏感性分析。

可以用最小二乘法来计算实际增加位移与预测增加位移之间的差值,再对模型的参数进行修正。

这样,就可以减少模型的误差。

在更新参数的条件下对以上三个方面的目标数值进行重新比较,确定更新的计算模型,并以此模型进行目标几何线形及下一阶段预测。

如果复测表明是施工几何尺寸或计算荷载有误引起的偏差值超标,则应修正计算模型中的施工几何尺寸或计算荷载,对其误差引起的最终目标线形的变化进行评估,若偏离值是可以接受的,则只需考虑在后续施工节段中对偏差值的影响逐步消减的措施,若偏离结果是不可接受的,则必要时应当考虑返工措施。

比较安装阶段末期的结构实际位移(实际累积位移)和预测位移;从本阶段的末期开始,利用分阶段分析来预测将来阶段的几何形状(假设本阶段末期的总位移就是模型中的开始位移)。

比较最终的预测累积几何形状和目标几何形状,看结构是否在指定的误差范围内,按照要求的位移发展。

如果最终的预测偏差超出了施工误差的范围,查找偏差的原因,并评估最终桥梁几何形状的可接受性。

如果需要修正,计算将要安装的节段调整值,并用最小二乘法来修正最后阶段的分析,为保证线形的平顺,调整需要在一定的梁段范围内进行。

7.2线形调整

线形调整的基本原则:

●小于施工控制误差范围±5mm误差不作调整

●大于施工控制误差±5mm的误差,在后续节段调整一半

调整具体过程如下:

对施工线形与计算线形的几种偏差方式及其处理方法见图7-1所示。

图7-1线形偏差及其处理方法示意图

7.3施工阶段线形控制过程

施工阶段线形控制程序如图7-2所示。

图7-2施工阶段线形控制图

7.4线形控制数据分析过程

计算前后两个施工阶段结束时总位移之间的差值,即理论(预测)增加位移;

测量前后两个施工阶段结束时总位移之间的差值,即实际(测量)增加位移;

如果两个增加位移的差值超出容许误差,要重新检查测量数据;

在测量资料中检查过失误差,如果发现了过失误差,要求现场的几何控制小组重新检查和检验测量数据;

检查测出的基础总位移,如果超出容许误差,对目标线形进行调整;

把本阶段测出的施工末期总位移输入到分析模型中,作为未来施工阶段的初始位移;

进行新的安装分析,以预测桥梁施工完成后的最终线形;

如果最终线形超出了指定的误差,就要重新检查将要安装的节段的预拱度,进行新的分阶段模型分析,预测随后施工阶段梁段的预拱度;

发布新的监控指令,并照之执行。

线形控制数据分析过程流程图如图7-3所示。

图7-3线形控制数据分析过程流程图

8施工监测结果及分析

8.1监测项目

施工监控的项目见表8-1。

表8-1施工监测项目一览表

监测项目

监测阶段

备注

墩柱施工

主梁施工

1

墩柱关键截面的应力

2

墩柱关键截面的温度分布

3

墩顶变位

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