小半径悬浇曲线桥的施工监控技术（共4篇）
小半径悬浇曲线桥的施工监控技术 篇1
小半径悬浇曲线桥的施工监控技术
以台江大桥悬浇桥施工为例,简单介绍在小半径悬臂浇筑施工的.桥梁中,采用预埋温度及内力应变传感器,结合施工监控测量,通过先进的计算软件,控制施工的线形,确保桥梁内力达到设计要求,顺利合拢.
作 者：田烈程 Tian Liecheng 作者单位：中铁十四局集团二公司,山东,泰安,271000刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：20098(2)分类号：U448.42关键词：小半径 悬浇 监控
小半径悬浇曲线桥的施工监控技术 篇2
关键词：曲线梁,预应力,空间曲线,摩阻损失,参数μ、k
0 引言
随着预应力连续梁曲线桥在桥梁工程中越来越多的应用, 在连续梁曲线桥预应力的施工中, 由于其预应力钢束线型为空间三维曲线, 具有双向曲率, 因而预应力摩阻损失较大, 尤其是跨长较长的空间曲线预应力束, 根据现行施工技术规范[1]给定系数计算的平均张拉力过大 (即估算预应力损失偏小) , 从而导致预应力钢束实际伸长值与计算伸值相差较大的情况发生。这就意味着要么给梁体施加的应力不足, 箱梁刚度不足, 容易在活载作用下产生裂纹;要么施加的应力过大, 钢束在高应力状态下工作容易疲劳屈服或对砼产生局部应力过大而破坏;因而施工中如何保证张拉伸长值满足设计要求、正确有效建立梁体预应力, 是曲线箱梁施工中保证曲线箱梁预应力束张拉施工质量、消除结构安全隐患的一个重要问题。
1 工程概况
互通立交桥设计有主线桥, 桥长L=337.2m;A匝道桥, 桥长L=423.4m;B匝道桥, 桥长L=117.214m;C匝道桥, 桥长L=196.058m;D匝道桥, 桥长L=145.998m;E匝道桥, 桥长L=178m;F匝道桥, 桥长L=31.5m。
设计技术标准:设计荷载:汽车—超20级, 挂车—120;地震烈度:Ⅷ度。
主线桥及匝道桥除特殊跨径外, 一般均为20~25m左右, 最大跨径28.4m。桥梁分联长度除特殊者外一般在75~120m左右。
主线桥及匝道桥采用直腹箱形截面预应力混凝土连续梁, 搭架现浇, 梁高1.5m。顶板厚度为25cm, 于支点处渐变至50cm, 底板厚度为20cm, 于支点处渐变至40cm, 腹板厚度40cm, 于支点处渐变至60cm。
中横梁宽度2.5m, 桥台侧端横梁宽度2.0m, 上盘牛腿宽度2.1m, 下盘牛腿宽度分为3.57m和4.57m两种。
连续梁桥纵向梁体按部分预应力混凝土A类构件进行设计。预应力钢束采用高强、低松弛Φj15.24钢绞线, 其抗拉标准强度Rby=1860MPa, 抗拉设计强度为1488MPa, 张拉控制应力均为1395MPa。
纵向预应力钢束分为两类:第一类贯穿全跨梁体, 标准宽度梁段在相邻孔跨梁体顶面开槽或在腹板侧面弯出, 采用双端张拉;异型块处个别梁段及牛腿孔采用单端张拉, 预应力束为9Φj15.24钢束;第二类为跨中及支承处短预应力钢束, 分别在底板及顶板内侧弯出, 单端张拉, 预应力束为5Φj15.24钢束。
横梁设置横向预应力钢束, 中横梁内采用9Φj15.24, 中横梁两端各3m范围内顶底板中采用2Φj15.24。
当混凝土强度达到设计强度的85%或以上、且龄期不小于5天, 在拆架前进行预应力张拉。张拉控制采用应力控制, 张拉控制应力除特殊注明外均为1395MPa, 预应力钢束伸长量进行校核, 实际伸长量与理论伸长量的差值应控制在6%以内, 否则应暂停张拉, 待查明原因并采取措施予以调整后, 方可继续张拉。
在本立交桥工程中, A匝道桥第四联箱梁 (一联5跨、全长99m) , 完全处于R=60m的圆曲线上。为了保证张拉伸长值满足设计要求、正确有效建立梁体预应力, 故在该联箱梁上选择了, 梁体内侧及外侧腹板编号N1-2的钢束各一束进行了孔道摩阻系数的现场测试。
2 施工工艺
2.1 孔道摩阻系数的测定
如前所述, 由于曲线箱梁中的预应力束在梁体布置中为空间曲线, 因而具有双向曲率, 钢束在空间弯曲点处为三向受力状态。
钢束持载后在其任一微段上, 存在三个方向的外力分量:Pm、Ps、Pn。其中Pm为水平面上管道对钢束的反压力;Ps为钢束自身的弹性回缩拉力;Pn为竖直面上管道对钢束的反压力。
Pm、Pn的大小均与钢束在空间弯曲点处的曲率及管道材质有关, 对于相同条件下的管道, 空间摩阻损失可使用通用公式计算: (参见文献[2])
式中:
δs———摩阻损失应力值 (MPa) ;
δk———控张应力值 (MPa) ;
x———从张拉端至计算截面的孔道长度 (m) ;
θ———从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的空间夹角之和 (rad) ;
k———孔道偏差影响系数;
μ———预应力筋与孔道壁的摩擦系数。
该式与平面曲线预应力损失的公式一致, 但空间包角θ和曲线长度x比平曲要复杂。在工程实际施工中, 常采用“展开法”计算, 即:
式中:
θxz———θ与xz平面的切线夹角 (rad) ;
θxy———θ与xy平面的切线夹角 (rad) ;
x0———空间曲线在竖直面上的投影长度 (m) ;
Δx———空间曲线在水平面上的投影长度增量 (m) 。
2.2 摩阻系数测试
摩阻试验采用两台OVM产YDC2500-200型穿心式千斤顶:编号:C704034B的千斤顶 (压力表编号:3212) 线性方程为:y=0.023x-0.1112;编号C704045B的千斤顶 (压力表编号:4118) 线性方程为:y=0.0226x-0.312。
锚具采用LUM15-9锚具。金属螺旋波纹管道, 预应力束为9Φj15.24钢绞线, 实测截面积A0=142.65mm2, 弹性模量Ep=1.923×105MPa;张拉控制应力1395MPa。
所选择的内侧钢束N1-2全长28.75m, 空间包角1.13rad;外侧钢束N1-2全长33.29m, 空间包角1.13rad。
用千斤顶测定曲线孔道摩阻时, 应注意的是, 所用千斤顶及液压系统必须在测试前重新送至有相应试验资质的工程试验室进行标定, 以保证测试数据的准确性。具体测试步聚如下:
(1) 梁的A、B两端装千斤顶后同时充油, 保持一定数值 (约4MPa) 。
(2) B端封闭, A端张拉。张拉时分级升压, 直至张拉控制应力。如此反复进行3次, 记录两端压力差并算出压力差平均值。
(3) 仍按上述方法, 但A端封闭, B端张拉, 记录两端3次压力差的平均值。
将上述两次压力差平均值再次平均, 即为孔道摩阻力的测定值。
(4) 根据千斤顶回归方程可计算出张拉端及固定端的张拉力。
试验测定数据及结果如表1。
根据实测数据, 选取两组压力值及相关参数代入公式 (1) , 则可得满足系数μ、k条件的方程组。最终计算求得:μ=0.2713, k=0.0025。
2.3 数据分析
从本次测试数据结果看出:对于曲线箱梁于预应力钢束为空间曲线, 其预应力损失比直梁要大得多, 而且与按施工规范及理论计算的相比也大15%~20%左右。故而, 现场通过孔道摩阻系数μ、k的测定试验, 可以较为准确地计算控制张拉力、预应力钢束伸长量, 为建立有效的梁体应力提供可靠的保证。
另外, 从表1数据显示, 同一束钢绞线, 在其一端分级单端张拉, 可降低钢束的应力损失, 一端张拉后, 在其另一端再次分级张拉, 钢束的应力损失显著降低, 由此可得出一重要认识:即双端张拉、分级张拉不但是克服空间曲线预应力钢束预应力损失的有效方法, 而且也是消除施工现场偏差因素、提高张拉质量的有效手段。其实, 这也是设计及施工规范所提及的初张、分级张拉的内容在此又一次得到有力的证明。
基于以上认识, 在本项目的预应力钢束张拉施工中。特制定并强调了以下几点施工技术控制要求:
(1) 借鉴参考文献[3]确定摩阻系数μ=0.275;k=0.003, 并以此计算预应力束伸长值。
(2) A匝第四联预应力钢束张拉必须采用分级分批的张拉方式。即,
第一次张拉:0→0.1σk (初张) →50%σk→持荷3分钟→退锚。
第二次张拉:50%σk→100%σk→持荷5分钟→退锚。
(3) A匝第四联预应力钢束张拉顺序为:先张拉位于曲线外侧的预应力束, 再张拉位于曲线内侧的预应束。
实际证明, 采取措施张拉该箱梁纵向长束预应力钢束后, 实测伸长量与计算伸长量的偏差较小, 在全部40束纵向长钢束中, 只有2束, 实测伸长量与计算伸长量的差值略微超出设计规定的6%。其余短束全部合格。
3 结论
(1) 对于曲线预应力箱梁尤其是小半径曲线梁, 在预应力钢束的张拉施工中, 公路桥涵施工技术规范给出的摩阻系数μ=0.20~0.25;k=0.0015偏小。因其是针对直线预应力梁而给出的数值。
(2) 在曲线预应力箱梁中, 摩阻损失较大, 摩阻力的大小仍与摩阻系数μ、k有关, 而μ、k和预应力束的长度x、预应力束的空间弯曲角θ (或称包角) 有关。x、θ越大, μ、k取值就越大, 管道摩阻力就越大。
(3) μ、k是耦连的参数, 它们的大小, 由具体设计要求及施工条件决定。
(4) 对于曲线预应力箱梁尤其是小半径曲线梁, 预应力钢束的张拉施工前要进行摩阻力损失的现场测定试验, 以相对准确地得出符合现场的摩阻系数μ、k, 提高施工质量和施工效率。
(5) 曲线预应力箱梁的预应力钢束的张拉施工, 建议按分级张拉的方案实施, 这是消除许多人为因素、施工条件因素行之有效的经验。
(6) 在本次施工测试中, 因为技术条件和技术水平的有限, 对锚夹具、液压系统的压力损失及梁砼有效应力无法进行测量。因而本测试忽略了锚圈、夹具部分相对较大的应力损失, 所以测试结果只能作为定性的施工参考。
参考文献
[1]JTJ041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]邵容光, 夏淦.混凝土弯梁桥[M].人民交通出版社, 1994.
[3]刘志文.空间曲线预应力束摩阻损失参数[J].西安公路交通大学学报, 2001 (3) .
悬浇小半径曲线桥的施工质量控制 篇3
关键词:悬浇;曲线桥;质量控制
中图分类号:U445.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)30-0012-05
1工程概况
1.1结构概况
忻宏线东风大桥为双幅桥。设计荷载为公路-I级,单幅桥面宽度为0.5 m防撞栏+净11 m+0.5 m防撞栏。该桥左幅起点桩号为K3+529.5,终点桩号为K4+078,桥长548.5 m;右幅起点桩号为K3+544.5,终点桩号为K4+078,桥长533.5 m。左幅桥型布置为3 m×25 m预应力混凝土连续T梁+(2×40) m简支T梁+(63+2×110+63) m预应力混凝土变截面刚构-连续组合箱梁+40 m简支T梁;右幅桥型布置为3 m×25 m预应力混凝土连续T梁+(40+25) m简支T梁+(63+2×110+63) m预应力混凝土变截面刚构-连续组合箱梁+40 m简支T梁。主桥主墩采用钢筋砼箱型墩、桩基础,交界墩采用钢筋砼薄壁墩、桩基础;引桥桥墩为柱式墩,桩基础。左幅0号台为肋板式台,桩基础,右幅0号台为肋板板凳台,桩基础,10号台为U型台、扩大基础。桥梁跨越马四河、薛梅铁路和108国道。见图1。
主桥箱梁为单箱单室变截面箱梁连续刚构,控制断面梁高:中间支点处6.2 m,边跨直线段及主跨跨中处2.6 m,其高跨比分别为1∶17.74和1∶42.31。梁高变化段梁底曲线采用二次抛物线。箱梁横截面为单箱单室直腹板,箱梁顶板宽度为12 m,底宽为6 m,箱梁梁体两翼缘板悬臂长度为3 m。箱梁桥纵向采用预应力钢绞线,竖向采用直径25 mm预应力精轧螺纹粗钢筋。横向采用普通钢筋。箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工。箱梁(含齿块)采用C55砼。
主桥下部主墩为6 m×3.6 m钢筋砼空心薄壁墩,基础为4φ2.5 m双排钢筋砼群桩。交界墩为6 m×2.0 m钢筋砼空心薄壁墩,基础为φ1.5 m双排钢筋砼群桩。主桥主墩墩身、交界墩身采用C40砼(主墩顶5 m范围内采用C55砼),主桥桥墩桩基、承台采用C30砼。箱梁结构大样图见图2。
1.2主要技术条件
(1)荷载等级:公路-I级。
(2)设计洪水频率:100年一遇。
(3)桥面宽度:整体式双幅桥,单幅桥宽12.00 m。
(4)航道等级:无通航要求。
1.3施工概况
主桥连续梁采用三角挂篮悬臂浇注施工,砼垂直运输采用塔吊吊装。悬浇段和边跨直线段完成后进行全桥合拢,合拢施工顺序为:先两边跨合拢,然后次中跨合拢,最后中跨合拢。
施工工艺流程:0#块托架搭设→0#块支架预压→0#块浇筑施工→在0#块上拼装挂篮→挂篮悬臂浇筑1 #～11#块→边跨直线段施工→边跨合拢段施工→次中跨合拢施工→中跨合拢段施工。
对于预应力混凝土刚构桥来说,采用悬臂施工法有许多优点,但这类型桥梁的形成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型偏差及横向偏移不超过容许范围、如何保证合拢后的桥面线型良好、如何避免施工过程中主梁出现过大的应力等问题,均需进行施工监控监测。此外,设计是在对结构初始状态等其他参数作出假定的情况下进行的,实际施工时,结构初始状态的失真、理论计算中边界条件的模拟、施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用都会影响结构在施工和成桥时的状态和结构的安全。而施工监控监测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,从而保证成桥后线型、合拢精度及结构内力符合规定值的要求。通过施工监控监测能够确保施工过程中结构的可靠度和安全性,保证桥梁成桥桥面线型及受力状态满足设计要求。
2质量控制
由于在设计计算中采用的物理力学参数与实际工程中的相应参数值不可能完全一致,施工时的临时荷载也不可能考虑得很完全,导致结构的实际应力与设计时的预期效果不一致。质量控制的目的就是通过在施工现场设立的实时测量体系,对施工过程中结构的位移(线型)、内力等参数实时跟踪测量,根据对监测结果应用先进的计算手段进行有效的分析、计算,预测施工下一阶段设置的参数(如施工预拱度及各梁段立模标高等),保证整个结构在施工过程中的安全,并最终逼近设计成桥状态。
3监测依据
(1)马四河大桥设计图纸。
(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)。
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。
(4)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)。
(5)《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)。
4施工监控计算
监控计算就是利用建立的监控计算体系对桥梁施工过程中各阶段结构的应力和位移状态及施工控制参数进行计算和预测,为施工提供施工阶段控制目标值,保证施工顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。悬臂施工连续梁桥监控计算所采用的方法是正装法。根据施工架设过程对结构进行正装施工控制计算(包括对结构某些参数的调整),使施工时结构的内力和变位等同或逼近设计目标状态。
4.1监控计算的主要内容
悬臂施工法大跨度刚构桥施工监控计算的主要内容包括线型控制计算及应力控制计算两个方面。线型控制计算的主要内容首先是根据施工阶段及步骤,考虑临时荷载、温度荷载、预加应力荷载、混凝土收缩徐变等因素的影响,判断已完成施工线型是否满足设计要求,其次是根据现有桥梁状态对下一阶段施工线型进行预测,提供立模标高等施工参数。应力控制计算的主要内容首先是计算在各个施工阶段,在各施工荷载及临时荷载组合情况下主桥关鍵截面的应力值及安全程度,并与实测值进行比较,其次是对下一阶段施工进行模拟计算,分析并预测关键部位的应力水平,对施工方案是否需要调整进行判断。
4.2结构计算
计算初始状态一般可以取用设计部门确定的设计状态作为监控计算初始状态。监控计算应对设计成桥状态进行复核验算,并进行优化,以确定最优的设计成桥状态,并以此作为监控计算依据。
根据桥梁的几何参数、结构参数和设计状态建立有限元模型。
计算控制参数的选择原则是所选择的参数在施工现场是经常变化的,并且其变化应能较敏感地反应出在施工过程中其对桥梁结构行为的影响,而且,这些参数应易于表示,易于度量,易于取得。通常情况下,选择混凝土箱梁的线型(即悬臂端的顶面标高)及梁体控制截面的应力等。
另外,施工控制参数包括:结构各构件施工前后的标高变化和主墩偏位、各构件施工前后结构内力的变化、预应力束张拉顺序及张拉吨位的调整、结构体系转换时对结构参数的调整等。
4.3施工状态预测
监控计算的结果应与设计单位的计算结果进行核对,以保证施工安全。计算的主要内容为各施工阶段的结构内力、应力以及线型,同时提供悬臂浇筑梁段的立模标高。
4.4施工后的校核计算
本阶段施工完毕后,将计算结果与施工监测结果进行比较,若两者差别满足要求,则提出下阶段的施工控制参数以进行下阶段的施工;若不满足要求,则根据最新的实测监控参数进行结构分析并对本施工阶段控制参数的目标值进行必要的修正。对每一阶段的施工都重复步骤4.2和4.3的内容。
4.5设计参数识别
在本桥施工控制中,设计参数的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为,分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数,经过修正设计参数,来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的,本桥采用施工控制技术为我公司开发的自校正调节法。该办法是将自适应控制和预测控制结合起来,实现最优控制。
4.6施工监控方法——自校正调节法
施工过程中,桥梁的实际状态与理想状态存在一定偏差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围极其广泛,包括设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如梁段重量、悬浇误差、预应力张拉误差等)、测量误差、结构分析模型误差等。为了分析并调整这些误差,达到最优控制,需要运用一定的控制理论和方法,把桥梁施工看作为一个复杂的随机动态过程,根据结构理想状态、现场实测状态和误差信息进行误差分析,使结构施工的实际状态趋于理想状态。
本桥拟采用自校正调节法将自适应控制与预测控制结合起来,其控制思路是:首先,采用最小二乘法根据实测值对结构中的设计参数与计算模型进行自校正,重新建立施工目标状态,然后,运用卡尔曼滤波器进行状态滤波与预测,最后用最小二乘法进行最优化控制调节。该方法具备三大功能:①根据实测值不断地对计算模型进行自校正;②通过滤波得出结构的真实状态并预测未来;③根据滤波值与预测值采用最优控制方法对偏差进行调节。鉴于它比一般的预测控制增加了自校正功能,又比一般的自适应方法增加了预测和调节功能,称之为自校正调节法。
5施工监测
施工控制中的监测内容主要包括3个方面:①线型测量:桥梁轴线偏位及主梁标高测量;②主梁各控制截面在各施工阶段的混凝土应力测试;③温度场测量。
5.1桥梁结构线型监测
线型控制是施工监控的重要内容,线型的好坏直接关系到梁体的安全,主跨、边跨的合拢,以及全桥建成通车后的行车舒适度。同时,监控指令的正确合理与否,很大程度上依赖于线型等实测数据的准确性与真实性。
按《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)的要求,对主梁悬臂浇筑过程中的立模标高、局部线型、轴线偏位、同跨对称点高程差、合龙段相对高差、断面尺寸偏差、已浇段及成桥后主桥系统控制误差等指标进行控制监测。
5.2结构应力监测
选取具有代表性的截面,埋设应力传感器,对其应力应变进行测试,并通过对相关测试应变数据进行理论分析、误差分析使其尽可能地接近实际,从而较准确的掌握结构的真实应力状态。
5.3温度场测量
结构受力状态及线型的变化除与结构外荷载状态等因素有关外,还与结构体系所处的温度场相关。桥梁结构在桥位处各种环境因素的影响下,其温度场的变化主要体现在长期季节温差和短期体系温差两种形式上,长期季节温差主要是由于季节变换(环境气温)而引起结构整体升降温,对结构的影响主要体现在:结构整体升降温及合拢温度控制;短期体系温差主要指桥梁结构在日照等因素的影响下,在结构内部产生不均匀温度场,形成温度梯度。施工过程中,这两种形式的温差均将对结构的内力及线型产生重要影响。因此,必须在施工过程中对温度场进行监测。
6施工监测方法
6.1结构变形监测
借助施工建立的平面及高程控制网,应用三角及精密水准法对桥梁进行线型监测。
6.1.1线型监测
线型监测是连续梁施工控制的核心之一,确定好线型测点非常重要。为确保测试结果的准确、可靠,每个施工块件腹板上前端顶各布置2个对称的高程观测点,以利于在观测箱梁挠度的同时,同时观察箱梁是否发生扭转变形。0#块的高程观测点不但是本块件箱梁顶板设计标高的控制点,同时也是后续各悬浇节段高程观测的基准点,因此每个主墩及次主墩箱梁顶面的高程控制点作加密布置,具体见图3。块件的挠度测点位置设在距块件前端10 cm处(距箱梁两个腹板中心90 cm)的顶面,并尽量与施工单位共用一套测点,以互相校核。测点采用φ16钢筋制作,并用在垂直方向上与箱梁顶板的上下层钢筋点焊牢固,并保持垂直,顶端打磨平整,侧缘倒角并露出砼面1 cm,用红油漆标识。
图3
6.1.2主梁轴线偏位测量
主梁轴线偏位测点布置见图4,采用视准法直接测量。将全站仪或经纬仪架设在墩顶梁面中心,后视另一墩顶梁面中心,视线为基准线,在梁前端中心标记处放置小钢尺,钢尺基准点与梁端中心点重合,用仪器直接读取钢尺读数,即为轴线偏移值。
(说明:N1、N2为挠度测点,CP为轴线偏位测点)
图4主梁轴线偏位测点布置图
6.1.3线型测量仪器设备
全站仪,精度:±2”。Wild NA2自动安平水准仪,精度:±0.7 mm/100 km。
6.1.4线型测量注意事项
(1)线型测量过程中,当各墩之间及各墩与施工控制网之间可以联测时,应进行联测,以确保测量数据的可靠、准确。
(2)为尽量消除温度对线型测量的影响,线型测量时间定在温度相对恒定时进行,一般在夜间19:00以后或清晨日出8:00之前,并随季节调整。
(3)施工监控过程中应注意因暂时不平衡力而引起的主梁和墩身线型的变化。
(4)施工监控过程中,应注意各种临时荷载、挂蓝等力是否平衡。并严格管理各种临时荷载的堆放位置。
(5)线型测量工况:预应力张拉后。特殊情况下可适当加密测量的频次。
6.2结构应力监测
对大跨度预应力混凝土桥梁而言,由于混凝土材料的非均匀性和不稳定性,受设计参数(如材料特性、密度、截面特性等参数)、施工状况(施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度、湿度、时间等参数)和结构分析模型等诸多因素的影响,結构的实际应力与设计应力很难完全吻合,即计算应力不可能准确反映结构的实际应力状态。只有通过理论分析、误差分析等手段,使测试应力结果尽可能地接近于结构实际,才能较准确地掌握结构的真实应力状态。由于混凝土材料的特殊性,测量应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的差异和混凝土的收缩徐变的影响。为了排除非受力应变,在埋入工作应力计的同时,也埋设无应力计,测试混凝土的非应力应变。从实测的总应变中减去无应力计测试的无应力应变,即可得到由应力引起的混凝土应变,再根据混凝土的应力应变关系,可以推算混凝土在不同应力状态下的单轴应变计算公式,从而计算出混凝土的应力。
6.2.1传感器选择
基于大桥施工工期长、工作量大(测量频繁且须多点同时读数)、现场测试环境差(边施工,边测量),密封、绝缘要求高,温度变化难于预测,因撞击、振捣损坏传感器器件的情况不可避免。同时,还必须设法排除混凝土收缩徐变对测试结果的影响。在整个监测监控期间,为了不影响桥梁现场施工进度,鉴于同类桥梁施工监控的经验,拟选用内埋式钢弦应变传感器。目前,工程界普遍认为,钢弦式内埋应变传感器量程大、精度高、零漂和温漂小,且自身防护破损的能力好,便于长期观测,是混凝土应变测量较理想的传感元件。
根据混凝土箱梁结构可受到的荷载和温度变化情况,选用钢弦式记忆智能数码应变计。其主要指标如下:量程±1 500 με、灵敏度1 με、长期稳定性2 με～3 με。配合使用无应力计,检测仪器为钢弦频率巡检仪。
6.2.2测试断面及测点布置方案
實践表明:箱型截面整体性好,结构刚度大,承受正、负弯矩及抗扭能力强,是一种经济合理的截面形式。单箱单室薄壁截面,可提高单位面积的惯性矩,可采用箱梁顶板横向预应力与腹板内竖向预应力配筋来解决长悬臂箱梁的受力问题。对于大跨度三向预应力混凝土刚构桥,箱梁结构在混凝土悬浇中各截面的应力分布有很大的差别,起控制作用的因素是主梁的自重、挂篮和预应力,因此监测主梁的上下缘正应力就显得尤为重要。
应力测试断面的选择主要考虑以下因素:①结构受力的关键截面;②施工流程;③本桥自身特点;④结构的对称性;⑤结构或构件的受力特点。
6.2.3钢弦应变计埋设
为保证埋设的钢弦应变计有较高的成活率,需对埋设的应变计特殊处理和进行多项检查。在操作中尽可能准确地使钢弦应变计与纵向应力方向保持一致。为防止混凝土浇筑过程中传感器的窜位和角度改变,埋设时用扎丝将传感器较牢捆扎在钢筋上。
6.2.4箱梁应力测量工况
混凝土箱梁的悬浇过程大致可分为3个工序:①挂篮前移、立模;②混凝土浇筑;③预应力张拉。则应力测量工况为:悬臂施工的前1个～2个阶段,在混凝土浇筑后和预应力张拉后测量;后续节段正常施工,在预应力张拉后测量,合拢前适当加密;然后对体系转换后箱梁结构各工况改变后的应力进行监测,直至箱梁竣工。特殊情况下,可适当加密箱梁应力的监测频次。测量时间选定在每一工况结束后3 h～6 h为宜,同时,在每一施工阶段,各工况测量时的温度变化不能太大。
6.3结构温度监测
温度场测量采用JMT-36半导体智能型温度传感器进行。
JMT-36智能型温度传感器主要性能:精度±0.5 ℃,稳定性±0.5 ℃,测量范围-40 ℃～150 ℃,线性误差±0.3 ℃;其测量结果可不受接长导线长度影响,测量仪器采用ZX-300型巡检仪。
温度场的测量值作为控制参数供施工控制计算之用。
6.4施工线型控制目标
两合拢两侧主梁悬臂端高差小于1 cm,要求结构的线形平顺最大误差与设计线形比较小于3 cm。
6.5箱梁悬浇高程控制示意图
见图5、图6。
7投入施工监控的仪器设备
根据本桥监控监测的要求,采用两套通过实际工程使用检验的施工控制专用软件进行计算分析,以及进行全过程施工控制及预测。
序号仪器设备名称数量(台套)用 途
1便携式计算机1数据处理
室内作业
2国产便携式打印机1室内作业
3ZX-300巡检仪1应力监测
4巡检仪集线箱4应力监测
温度测量
5全站仪1线型测量
6Wild NA2自动安平水准仪1线型测量
7ZX-212A型弦式记忆智能数码应变计若干应力监测
8JMT-36智能型温度传感器若干温度测量
9Midas软件1结构计算
10其他常用工具(如钢尺、钢板尺、钢卷尺、垂球、三角尺和计算器等)若干
通过施工监控,马四河大桥施工合龙线形偏位为15 mm,高程偏差为8 mm,满足设计及监控的要求。
3-3、4-4、9-9、10v10、14-14 2-2、5-5、6-6、7-7、11-11、12-12、
和15-15截面(左幅) 13-13和16-16截面截面(左幅) (c)1-1和8-8桥墩截面
(b)主梁截面应力测点布置点应力测点布置图(左幅)
(说明:温度传感器的布置见上图。全桥合计:埋入式应变传感器70个,表面式应变传感器8个,温度传感器70个。)
图6
参考文献
1 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
2 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
3 《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)
4 《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)
Control Hangs Pouring Short Radius Curve Bridge’s Construction Quality
Du Yuelin
Abstract: East of this article the air crossing construction is an example, introduced in the small radius bracket construction’s bridge, uses buries the temperature and the endogenic force strain sensor in advance, the union construction monitoring survey, through advanced computation software, control construction linear.
小半径悬浇曲线桥的施工监控技术 篇4
随着我国客运专线的不断建设,城际客专铁路必将快速发展,客运专线和高速铁路由于具有速度快、运量大、效能高、安全可靠、社会经济效益显著等诸多明显优势,已逐渐成为铁路发展的新方向。穿越市区的线路受各方面条件的限制,可能会大量出现小曲线半径的箱梁架设设计,而这种大吨位大体积预应力混凝土铁路箱梁的小曲线半径架设技术含量高,工艺复杂,是线路箱梁架设施工的关键环节,因此可以预见,900 t箱梁小曲线工况运架施工工艺解决迫在眉睫。
2 施工工艺
2.1 施工工艺流程
施工工艺流程见图1。
2.2 施工方法
2.2.1 施工复测控制要点
1)墩台施工单位资料交接。2)施工复测。在架梁前必须对线下临时水准点、支承垫石标高、墩台中心线、跨度、支座十字线、梁端线、预留锚栓孔位置、大小、深度进行严格复测,复测合格后方可进行箱梁架设作业。 为了保证架梁的进度,架梁前的施工复测工作应在墩台施工单位内业资料及现场交接完后随即进行,并应在开始架梁前完成。
2.2.2 箱梁验收
对箱梁进行验收时,制梁场提供出厂合格证明及终张拉和压浆记录等资料后,双方技术及双方监理共同对表《梁场验收箱梁质量检查表》中项目进行严格逐项检查,全部合格后,签字确认,箱梁方可出场架设。
2.2.3 制梁场支座安装
箱梁外形尺寸和外观质量检查合格后,进行支座安装作业。根据待架箱梁在石太线上所处的桥孔(桥图)确定所需支座的类型,将要架设箱梁及其支座复核无误后,准备安装支座。
2.2.4 箱梁装车
1)提梁机移动到待提梁位置;2)提梁机吊杆与梁体连接;3)提梁机天车同步提升梁体脱离台座到一定高度后装车。
2.2.5 箱梁运输
1)运梁台车发动机工作状态良好(油、水、电、紧固、润滑、方向、制动、胎压均正常)。2)通讯信号、运梁便线状况良好。3)运梁作业班组成员与装梁作业班组人员做好交接工作,并签字确认。交接过程中运梁作业班组成员检查箱梁与运梁台车的支垫和支承连接情况以及运梁台车上移梁台车的制动情况,确认无误后方可启动运梁台车。
2.2.6 喂梁及落梁
1)喂梁。
a.运梁台车驮运混凝土箱梁到架桥机后部,距后支腿10 m时司机室转向,距后支腿台车后端面300 mm停止。
b.前吊梁行车前移对位,第一吊吊具中心与后支腿中心距为3.45 m。将吊杆穿入吊装孔,上好托盘及螺母;前吊梁提起适当高度(箱梁能够通过桥机下横梁),连接架桥机与运梁台车之间的数据线,桥机驾驶室操作台选择运梁台车和前吊梁同步,前吊梁与运梁台车驮梁小车同步前移。
c.当运梁台车驮梁小车前移接近极限位置时,停止架桥机操作台取消运梁台车同步信号,后吊梁行车前移对位,将吊杆穿入吊装孔,上好托盘及螺母,吊起箱梁后端;解除架桥机与运梁台车的连接线。
d.前后吊梁行车同步前移箱梁,当箱梁后端与前一孔架设好的梁体间距约为10 cm时(首末孔梁体距桥台距离为15 cm),开始落梁。
2)落梁。
a.前后吊梁同步落梁,落梁速度不应超过二挡速度(因为一二挡为重载挡,三四挡为空载挡);
b.落梁到支座下底板距垫石表面1.2 m左右时停止落梁,前后两墩台施工人员开始安装地脚螺栓、套筒并用扳手拧紧;
c.再次落梁并调整箱梁的纵横向位置,确保套筒能顺利进入锚栓孔内;
d.精确对位。调整梁缝、对中纵横向十字线与支座中心线,确保各项偏差均在规范允许范围之内;
e.箱梁后端顶升千斤顶,当压力表有压力后停止起顶,架桥机后吊梁落钩到钢丝绳不受力为止;
f.顶升箱梁后端千斤顶,使支座下底板距垫石表面2.0 cm～3.0 cm满足灌浆要求,并同时调整压力表读数使其偏差在允许范围内,确保两端水平;
g.重复上述起顶步骤,顶升箱梁前端千斤顶确保箱梁前端水平;
h.拆除架桥机吊具,架桥机收起前后吊具。
2.2.7 支座灌浆
自重法灌浆是指灌浆材料在施工过程中,利用其良好的流动性,依靠自重自行流动满足灌浆要求的方法。支座灌浆用砂浆采用早强型砂浆,要求砂浆在2 h内强度达到20 MPa。
从开始计时起2 h对试块进行一次测试,当测试达到20 MPa时,首先拆除支座上下座板连接角钢,然后撤除千斤顶。
拆除灌浆钢模板,检查是否有漏浆处,必要时对漏浆处进行补浆。
安装支座钢围板,支座钢围板安装后要保持外观的美观。
2.2.8 防落梁挡块的安装
支座锚固完成后,要进行防落梁挡块的安装,防落梁挡块安装时,要选择合适型号的防落梁挡块,安装后要求防落梁挡上板与箱梁底部预埋钢板密贴。
2.2.9 架桥机过孔
架桥机过孔分为两个步骤:架桥机过孔和下导梁过孔。
1)架桥机过孔。
a.架桥机过孔的准备工作。顶起后支腿顶升油缸,使其承重。
利用处于后支腿下方两侧的轨道卷扬及前支腿下部的定滑轮将桥机走行轨道拖至桥机所在梁面上,轨道中心距6 200 mm,桥机中线至两边轨轨底内边缘距离为3 015 mm。轨道两端一端处于桥机后支腿走行轮下方,另一端至梁面前端处。
收回后支腿顶升油缸,使后支腿走行轮压在走行轨道上并承重。
顶升辅支腿油缸使辅支腿走行轮压在下导梁走行轨道上,并使前支腿提离墩台15 cm,然后利用销子将辅支腿锁定稳固。
b.架桥机过孔。上述准备工作完毕后,辅助支腿下部与主机电机同步运行,桥机开始过孔。主机过孔到位后,将位于梁体内的吊杆固定螺栓和托盘运到后支腿横梁上(为前吊梁做准备);上桥机锚固栓(可抵消一部分桥机所受纵向力);拆掉短钢轨(2.5 m长,桥机到位时,位于走行轮下的轨道)与长钢轨(2节10 m与1节12 m,用连接板连接起来的桥机走行轨)的连接板,并将左右两根长钢轨分别拨到已架桥梁的左右两侧,使运梁台车可以通过。调节辅支腿油缸,收回辅支腿,使前支腿支立于墩上并承重,并使辅支腿走行轮脱离下导梁走行轨,实现辅支腿与前支腿承重的转换。
顶升后支腿顶升油缸,安装走行台车垫块,并加垫钢板使走行台车保持水平且油缸收缩后走行轮不会和走行轨道接触承重,然后收缩顶升油缸,使桥机落在走行台车垫块上,实现后支腿的承重由走行轮承重转换到两端走行台车垫块承重。
2)下导梁纵移过孔。
a.下导梁纵移过孔的准备。继续调节辅支腿油缸使吊挂轮提起下导梁。
前吊梁行车前移吊起下导梁后端。
b.下导梁纵移过孔。辅支腿吊挂轮吊起下导梁,使下导梁前端脱离墩台面20 cm;提起下导梁后前移。
当下导梁前移至能够挂第一吊装点时停止;下导梁天车对位挂钩,前吊梁行车、辅支腿、下导梁天车三者同步运行使下导梁前移,此时下导梁天车不受力,只起到稳定和保护作用。
下导梁天车运行到能够挂第三吊装点时停止,下导梁天车摘钩,后移至第三吊装点重新挂钩。前吊梁行车、辅支腿、下导梁天车三者同步运行使下导梁前移,此时前吊梁行车不受力起到保护作用,下导梁前移5 m后,前吊梁行车摘钩,下导梁天车与辅支腿配合,前移下导梁。
下导梁天车运行到能够挂第四吊装点时停止,此时下导梁前端处于前桥墩上方,下导梁天车落钩使下导梁落于前桥墩上,摘钩并后移下导梁天车至第四吊装点重新挂钩。
起升下导梁天车使下导梁前支腿离开桥墩顶面,下导梁天车与辅支腿配合,前移下导梁到位。调整位置后,下导梁天车落钩,辅支腿油缸顶出,使下导梁落到桥墩上,但不要让辅支腿受力。
3 结语
本工艺突破了原有技术功效低、安全风险大等问题,具有操作简单、工序明确、施工效率高的特点。经过沪昆客专湖南段国内首次900 m小曲线900 t箱梁架设成功实践,对我国高速铁路小曲线箱梁安全、可靠、经济的架设施工有重要参考价值,将会有很好的应用前景。
摘要：研究900 t箱梁在900 m半径上的架设工艺,结合沪昆客专湖南段国内首次900 m小曲线900 t箱梁架设采用空间转向和变频驱动,实现架桥机的小曲线架梁的成功经验,总结得出了900 m小曲线900 t箱梁架设施工工艺。