苏通大桥（精选8篇）
苏通大桥 篇1
1 工程概况
苏通大桥位于江苏省东南部,连接苏州、南通两市,是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道,也是江苏省2010年前规划建设的5个跨江通道之一,苏通大桥是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。建设苏通大桥对完善国家和江苏省干线公路网、促进区域均衡发展以及沿江整体开发,改善长江安全航运条件、缓解过江交通压力、保证航运安全等具有十分重要的意义。
苏通大桥主桥为7跨连续钢箱梁斜拉桥,钢桥面总长度为2 088 m,环氧沥青混凝土铺装面积为65 354.4 m2,是目前国内铺装长度最长的钢箱梁环氧沥青混凝土铺装工程。大桥桥位区所在江面宽达6 km,天气变化异常,空气湿度大,各种灾害性天气频发;桥位区风况复杂、风力大、风期长,江面80 m高处的风速明显大于陆地气象站风速及江岸风速,为邻近气象站预测值的2倍左右,总体来说桥区气候恶劣,施工工艺要求特别高。
针对该工程特点,施工单位进行了多项技术革新和施工工艺创新,采取了各种保障措施,顺利完成了苏通大桥环氧沥青混凝土铺装工程,实现了环氧沥青混凝土铺装的新突破。
2 环氧沥青混合料配合比
2.1 材料
环氧沥青混凝土粗、细集料采用玄武岩,矿粉采用石灰岩。环氧沥青采用美国化学系统公司的环氧沥青,分为组分A、BV、Bid3种,其中A∶Bv=1∶5.85,为环氧沥青混凝土中沥青结合料组成,A∶Bid=1∶4.45,为粘结料沥青组成,各种材料应满足设计技术指标的要求。由于沥青混合料要严格防水,确保干燥,故所有材料堆放均在混凝土硬化后的料场上,料堆下用空心砖做支撑,确保排水通畅,集料和沥青上均裹覆帆布防水防潮。
2.2 配合比设计要求
环氧沥青混合料的矿料级配与沥青用量应在表1的范围内,并尽可能接近其中值,按表1设计的环氧沥青混合料的技术性能应满足表2的技术要求。
根据总监办和监理组审批的配合比,拌和机热料仓矿料比例为4#仓∶3#仓∶2#仓∶1#仓∶石粉∶矿粉=3%:22%∶13%∶53%∶4.5%∶4.5%,最佳油石比采用6.5%。
3 钢桥面铺装施工工艺
3.1 粘结层施工工艺
钢桥面铺装防水粘结层与粘结层均采用环氧沥青作为粘结料,用作粘结料的环氧沥青由组分A与组分Bid按1∶4.45的重量比在规定的温度条件下混合得到,其中组分A加热至87±3℃,组分Bid加热至150±3℃。加热后的沥青组分分别用输送泵泵入粘结层洒布机的储存罐里,持续保温至喷洒结束。针对工程地处长江近海口区,风力大、连续作业时间长的难点,施工单位自主研制了多喷头自行式防风型粘结层洒布机,改进了苏通大桥施工之前一直采用的人工洒布方式。该设备能够有效地提高劳动效率;降低劳动强度;增加粘结料洒布均匀性、稳定性、连续性;减少人工洒布产生的雾状沥青造成的污染和对操作工人健康的影响。其工作原理是喷枪在电动机带动下利用连杆摇摆结构,在垂直于设备行走方向上进行连续摇摆,从而能够进行一定宽度范围内的环氧沥青粘结料洒布,若设备行走速度、粘结层洒布宽度和混合沥青流量都恒定,则洒布量为定值:
式中:H为设计洒布量;Q为洒布机流量;V为设备行走速度;L为粘结层洒布宽度。
喷洒前要清理桥面,确保钢桥面清洁,如果有油污染要用专用油污清洗剂清理,该清洗剂不得对钢桥面防腐涂层和钢桥面板有损害。清洗后用洁净水冲洗干净,并烘干或晒干。喷洒区域的防腐涂装若有损伤要进行补涂处理。洒布量要严格进行控制,具体为防水粘结层:0.68±0.05 L/m2,粘结层:0.45±0.05 L/m2。
为避免与铺装层接触部位(如外侧钢路缘和护栏座的大部分面积)遭受污染,对这些部位在喷洒前采用塑料薄膜和粘胶带进行临时覆盖,施工完成后将覆盖物清理干净。
每一幅至少分别在桥的南北两侧各做一次喷洒量检验。每次喷洒完毕前要记录洒布机流量计的初读数,喷洒过程中每百米再记录一次,最后校验喷洒总量。环氧沥青粘结层洒布采用进口专用洒布机,在沥青洒布机喷洒不到的地方采用手工涂刷。喷洒超量或漏洒或少洒的地方应予以纠正,并及时对喷洒超量的地方用木铲进行处理(禁止破坏桥面防腐涂装层)。
粘结料喷洒后必须在48 h内进行环氧沥青铺装作业,如因故不能按时进行铺装施工,在施工前则重新喷洒粘结料,喷洒量为0.45 L/m2。如果粘结料喷洒后遭受雨淋,必须立即用灭火鼓风机吹干,经太阳曝晒,确认绝对干燥后,对粘结料进行检查;如果有必要,可再适量(0.35 L/m2)喷洒一层粘结料,次日进行铺装施工。粘结料喷洒安排在铺装施工的前一天,起始时间控制在上午08∶30,结束时间控制在日落之前。
喷洒粘结料前,作业区内要绝对保持干燥,为此要求施工人员做到:不得将水源带进作业区;不得在作业区内喝水;不带擦汗毛巾的不得进入作业区,严格控制人体汗水滴入作业区;严禁在作业区内吐痰、吸烟;喷洒环氧沥青粘结料时,提前1 h用高压热空气(70~80℃)烘干钢桥面板;设立专人检查桥面水分,并对发现的水分立即采取措施处理。
喷洒前打开喷嘴向废料筒内预喷,当排清管内残留物后,再正式喷洒;每一幅的喷洒方向,尽可能考虑风向,不得逆风作业。注意安全,操作人员要穿防护服、鞋套,戴防毒面罩等。每次喷洒完毕(包括中途进场加料),都必须将喷洒机盘管清洗干净。干净的标志是:喷出的清洗剂已恢复原色。
养护工艺:保持粘结层的良好状态;在环氧沥青砼铺筑之前,任何车辆和个人均不得进入已洒布好的沥青粘结层的区域;在环氧沥青砼铺筑过程中,除摊铺机外,任何车辆不得在粘结层上通行。
3.2 环氧沥青混凝土铺装施工工艺
与润扬大桥、南京长江三桥相比,苏通大桥桥面高、风力大、桥面长(见表3),为此,对相关施工工艺与技术措施进行改进和完善,确保了铺装的顺利进行。
3.2.1 工艺改进措施
(1)侧喂料机喂料方式。加大主动轮内径,并加设橡胶轮箍以增加摩擦力,从而保证输料皮带运转平稳、连续,确保运输料的连续性。通过增加侧向导向轮,保证皮带不跑偏,从而杜绝因皮带跑偏造成皮带边角撕裂,掉入混合料中,避免了质量隐患。
(2)防风措施。通过侧喂料机输送皮带加设铁制防风罩,减少因大风造成的混合料温度散失,保证摊铺温度。通过改进碾压组合,采取压路机紧跟摊铺机,各碾压段同时跟进的碾压方式,尽量缩短碾压段落,确保加压温度满足要求。
(3)防污染措施。对桥面系构造物采取薄膜与彩条布包裹的方式进行防污染处理。针对粘结层施工可能造成的污染,对喷洒设备进行改进,将原喷枪改进为带防风罩的多喷头的喷洒装置,既可避免粘结料的污染又可减少雾化沥青对操作工人的伤害。
(4)人员措施。针对大桥施工时间长的特点,施工中安排换班制度。
苏通大桥钢桥面铺装工艺改进对比见表4。
3.2.2 施工流程
测量放样→清扫→桥面干燥、粘结层检查、铺设防污板→环氧沥青混合料拌和→测温→运输→测温→计算容许卸料时间→摊铺→碾压→接缝处理→养生→验收。
3.2.3 混合料生产工艺
沥青混合料用日本产日工2000型间歇式拌和机拌制,设有接料滑车。接料滑车为自行研制设备,其作用是每一盘成品混合料先从出料仓放入滑车内,由检测人员测定温度,是否在110~121℃之间,温度合格的混合料由站在滑车旁边的工人挑拣出死料和其它杂物。
严格控制矿料加热温度,采用试拌时确定的各冷料仓的流量向拌和机进料,经加热后进入热料仓,按生产配合比设计确定的各热料仓集料质量及石粉、矿粉的质量,投入拌缸,然后出料量温。这一工序一般约需重复3~5遍,直至出来的矿料温度稳定在115~121℃范围内。
严格控制混合料出料温度,当矿料温度稳定在规定范围内后,即可加入结合料进行混合料的拌和。按设计的油石比设定混合机的流量,并喷入拌缸中,干拌3 s,湿拌不少于38 s。将热混合料卸入临时热料斗(接料滑车)中,立即测温,要求混合料温度在110~121℃(112~116℃更佳)。当混合料温度满足规定范围后,即卸入运料车;运料车所装的环氧沥青混合料一般不要超过7盘。对超出混合料容许温度范围的料,予以作废,并由临时热料斗卸入装运废料的运料车中,运至预先选定的废料场内。
3.2.4 环氧沥青混合料摊铺施工工艺
环氧沥青混合料摊铺采用德国产ABG423摊铺机与侧喂料机联合作业方式进行摊铺,采用非接触式声纳找平仪按厚度控制摊铺,具有可加热的振动熨平板及振动夯等初步压实、熨平装置。设专人计算并控制摊铺速度,根据供料能力及各料车送料单的“容许卸料时间范围”进行及时调整,以控制不停机、不超时,力求匀速摊铺为原则。摊铺方向及顺序的设置应能保证摊铺的顺利进行,并尽可能地减少料车及机械在已铺环氧沥青面层上行驶。苏通大桥摊铺采用跳仓法施工,每层沥青分6幅铺装,顺序为:下游内幅→上游内幅→下游外幅→上游外幅→下游中幅→上游中幅。方向统一由北向南摊铺。
3.2.5 碾压施工工艺
碾压紧跟摊铺机,按初压、复压、终压3个阶段进行。压路机组合及碾压遍数如表5所示:
碾压时压路机驱动轮面向摊铺机,由低到高,依次连续均匀碾压,相邻碾压带重叠1/3~1/2轮宽,不允许压路机在沥青混合料上转向、调头,压路机起动、停止必须减速缓行,不准紧急刹车制动。要对初压、复压、终压段落设置明显标志,便于司机辨认。对碾压顺序、压路机组合、碾压遍数、碾压速度及碾压温度应设专岗管理和检查、记录,坚决杜绝面层漏压。专人负责看管压实,保证初压终了温度≥82℃,终压终了温度≥65℃。
3.2.6 接缝施工工艺
纵向施工缝位置严格按照招标文件施工设计图要求进行施工。尽量避免横向施工缝,当因故无法避免时,横向施工缝必须设置在钢箱梁的两个横隔板(间距为4 m)中间附近,距最近的横隔板1.5~2.2 m左右,且相邻两幅及上、下面层的横缝要错开1 m左右。在铺装施工之前,预先将钢箱梁横隔板位置标记在中央分隔带的路缘上。铺装上、下层的纵、横施工缝,均采用60°斜接缝。切缝前要预先画好线,沿线切割。采用手持式切缝机进行切割。切割时间要通过试切确定,即当铺装碾压完1~2 h后,不时用切缝机在划线外侧拟被切除的铺装层上试切,当发现切缝平顺,不再拉料,切割面光洁平整时,即可进行正式切割。铺装层下层切缝深度控制在2.0 cm左右,上层切缝深度控制在2.5 cm左右。
3.2.7 养护
环氧沥青混凝土铺装施工完毕后,要进行养护。采用自然养护方式,养护期定为45 d,在此期间禁止一切车辆通行。
4 结语
环氧沥青混凝土铺装质量的因素很多,关系到施工全过程、情况复杂,而苏通大桥所处的地理位置和气候环境对环氧沥青混凝土施工非常不利。只有认真抓好施工中每一细小环节,提前做好各种应对预案,这样才能保证工程的质量要求。施工单位也通过该工程施工,不断开展科技创新、加强施工管理,精心组织施工,提高企业的核心竞争力。
苏通大桥 篇2
听爸爸说，苏通大桥是目前全世界跨度最大的斜拉桥，共有272根斜拉索，有56根的长度打破了世界纪录，其中最长的8根都是577米，每根由313根钢丝组成。原来，我们回老家都是要轮渡过江，需要1个多小时的时间，现在造了苏通大桥，回老家就方便了，只需要十几分钟的时间。
我们过了一个个关卡，付了一次次费，终于登上了雄伟的“苏通大桥”。
我们刚到桥上，远远地就看到了在大桥中央的两个像“人”字的桥墩，在每个桥墩的顶端，都往外延伸着一根根笔直的斜拉索。爸爸的车开着开着，我们不知不觉就快要接进斜拉索了。从近处看这些斜拉索，“咦?刚刚我在远处看的时候，这些斜拉不都是很细的吗?怎么现在，都变得和孙悟空的“定海神针”一样粗了?”爸爸说：“这和你在远处看一个东西是小的，在近处看那个东西是大的原理一样。”“噢，原来是这么回事啊!”
一会儿，车子开到了桥的中间，爸爸叫我数一下，这些斜拉索是不是272根。我便数了起来：“1、2、3……哇!好多呀。”我数的眼睛都花了。可我没有气馁，又耐心地数了起来：“18、19…45、46…66、67、68。哇!一边一共就有68根了，那两边就是68×2=136(根)，四边就是136×2=272(根)”“爸爸，真的是有272根斜拉索!哇!这么多呀!太厉害了!”我们在斜拉索的“包围”下，就像被两只巨型蜘蛛给困在了它们的“手心”里。
很快，我们就要下桥了。这时，我看了一下长江，那深黄色的长江波涛正不断地击打着岸边，还不住地发出“啪啪”的响声。江上，不时有几艘轮船“擦肩而过”。
苏通大桥 篇3
1 工程项目管理
工程项目管理[1,2]是指为限期实现一次性特定目标,对项目进行全过程、全方位的规划、组织、计划、控制与协调的系统管理方法,并以最佳的经济效益,实现工程项目的特定目标和任务,具有投资大、时间长、范围广、风险高的特点。
1.1 项目管理模式
项目管理模式是指组织项目建设的基本模式。即将管理的对象作为一个系统,通过一定的组织和管理方式使系统能够正常运行,并确保其目标得以实现[3,4]。目前,在工程项目中广泛采用的项目管理模式有[6]:传统的设计—招标—建造(DBB)模式、施工管理(CM)模式、设计—建造(DB)模式、项目管理(PMC)模式、交钥匙(EPC)工程模式、设计管理(DM)模式和Partnering模式等。研究表明,一个项目靠先进的技术方法或技术设备只能使工程利润提高3%～5%,而依靠良好的管理方式却能使工程利润增加10%～20%[4]。因此,对于一些大型的工程项目,选择合适的项目管理模式是至关重要的。
1.2 EPC项目管理模式
交钥匙(EPC)工程模式[5]是指一家总承包商或承包商联合体对整个工程的设计、材料设备采购、工程施工、直至交付使用的全面、全过程的“交钥匙”式承包,是目前国际工程承包市场上较为流行的一种承包方式,也是国内工程管理的发展方向。国际EPC项目质量管理模式最重要的一个特点就是质量保证(QA)与质量控制(QC)齐头并重,要求把内部质量审核纳入到日常质量管理中。EPC工程对承包商的要求非常高,一般由设计实力雄厚、有相应资质的设计院或咨询公司承担。目前,国内外对EPC项目管理模式的理论及应用已有较多的研究[6,7],但在大型工程安全监测项目管理中尚未见相关报道,本文对其进行探讨。
2 苏通大桥地基基础安全监测EPC总承包商项目管理
2.1 工程概况
苏通大桥是国家重点干线公路跨越长江的重要通道,位于长江口潮汐河段,工程规模巨大、主墩基础分布集中,且荷载集度大,建筑物对地基基础的要求很高。为了确保工程的安全施工及运营,提高信息化施工水平,对地基基础的安全监控是必备的措施。该安全监测项目总经费超过600万,包括河床冲刷和淤积监测、群桩传力机理和受力安全性监测、承台沉降和差异沉降以及受力安全监测3个监控子系统,由1 531套先进传感器进行实时监测,项目历时长达5年之久。如此大型的安全监测项目,合理的选择项目管理模式是非常重要的。
结合苏通大桥施工建设的实际情况,经过对众多项目管理模式对比研究,最终选择了EPC总承包商管理模式,由河海大学承担了苏通大桥地基基础安全监测项目管理的总承包工作,对整个项目统一进行管理,负责设计、采购、施工等一系列工作。
2.2 EPC总承包商项目管理内容
在苏通大桥地基基础安全监测项目中,EPC总承包商项目管理的主要内容包括:监控系统设计、设备采购管理、传感器安装埋设、监测资料管理、项目移交管理几个方面,具体内容如图1所示。
2.2.1 监控系统设计
监控系统设计是苏通大桥地基基础安全监测EPC项目管理的主导工作,监控系统设计是否合理直接影响整个监测工作的总体质量,引导并直接影响后续的传感器的采购、安装埋设、监测数据的采集等其它环节的运作。监控系统设计应在重点和敏感部位采用合适的监测方法,建立可靠的监测网。苏通大桥工程规模巨大、深水环境、河床冲刷、群桩效应、船舶撞击、气候条件恶劣、混凝土温度应力等都是安全监控系统设计时要重点考虑的因素。结合苏通大桥的实际情况,在监测系统设计时遵循以下基本原则:(1)做到“目的明确、合理建网、方案可行、经济安全”,彻底贯彻“为安全而监测”的宗旨;(2)对重点部位、重要因素进行重点监测;(3)监测方法遵循可靠、先进的原则;(4)监测点布置遵循代表性原则、最不利原则和一点多用原则,并力求经济性;(5)对同一问题进行多因素监控,以综合分析、正确评价问题的性质、程度。苏通大桥地基基础监控系统由传感器系统、数据采集系统、数据处理和资料分析解释系统组成,主要监测内容主要有:河床冲刷防护监测、基桩应力和弯曲变形监测,承台应力和挠曲变形监测。
2.2.2 设备采购管理
在安全监测项目中,传感器等设备的合理选用,对整个监测项目的成本具有很大影响。苏通大桥地基基础安全监测项目中,首先通过调查研究,结合监测目的,针对不同的监测项目,确定合理的备选传感器种类及厂商;参考其它工程的经验或试验测定,确定备选传感器的性能参数、精度及可靠度;针对不同的特定部位,建立传感器选型的优化模型[8,9,10],确定传感器的数目及最佳的埋设位置;最后,综合考虑传感器的成本、质量、精度等要求,确定所需传感器的种类、具体数目及生产厂商;考虑工程施工速度,及时联系厂商定制传感器电缆等;认真做好验收工作,确保传感器的数量和质量,保证其性能良好,不影响正常的施工进程。
2.2.3 传感器安装埋设
在苏通大桥施工过程中,地基基础安全监测EPC管理项目系传感器的安装埋设。由于安全监测工程中这些传感器等大部分都是“埋入式”的,一旦仪器埋入监测部位后,就无法更换或者更换的费用和代价非常大,而且如果这些“埋入式”仪器损坏也将无法获得该部位的各种数据,进而影响大桥的安全施工及正常运营,传感器的这种“不可替代性”,对承包商的安装埋设质量提出更加严格的要求。在传感器的整个安装埋设过程中,要做好与施工方的配合协作。首先,根据施工方案及施工进度,确定埋设方案,做好埋设准备工作;在不影响施工进度的情况下,经请示许可后,进场安装埋设仪器;严格按照传感器埋设要求细则,采用正确的埋设方法,在保证埋设速度的情况下,确保传感器安装埋设的质量及成活率;最后,认真测定检查,以保证安装埋设的传感器能正常工作,及时记录其初始读数,以便于后期监测数据处理。
2.2.4 监测资料管理
监测资料管理的主要对象是各种数据。在苏通大桥地基基础安全监测项目中,涉及数据种类较多,其背后蕴藏的信息种类各异,为了分层次加强各项数据信息的管理,结合项目需求,及时存储、修改数据,绘制监测图表,并对数据进行合理的解释分析,提出了“一机四库”数据管理系统[11],对监测资料进行管理。一机四库基本框架如图2所示。该监测资料管理系统的主要内容包括传感器资料管理、埋设考证资料查询、现场监测资料管理、日志资料管理等。其中,现场监测数据资料是整个管理系统中数据更新频度最高、数据量处理量最大、运行任务最重的关键环节,在整个系统中扮演着基础的角色,主要进行“现场观测记录”的存储和管理工作。
2.2.5 项目移交管理
苏通大桥通车运营后,根据合同要求,将地基基础安全监测项目进行移交,主要包括资料移交和工程移交。在项目移交前,根据合同要求,结合苏通大桥试运营的具体情况,编制运营期安全监测的工作计划及方案,为运营期安全监测提供依据。搜集整理工程初始阶段的监控系统设计信息、传感器系统信息、率定资料、安装埋设考证资料及施工期的各项监测资料,所有这些形成完整的工程移交资料。认真检查验收地基基础安全监测项目,确保所有的传感器正常工作,所测的数据合理准确,整个监测系统可以正常运行。确保所有的移交资料工程项目完整无误,积极配合做好相关验收工作,将整个地基基础安全监测工程移交给业主。
3 结语
本文介绍了国家“十一五”重点建设项目——苏通大桥工程项目之地基基础安全监测的项目管理,结合工程的具体情况,采用了EPC总承包商管理模式。文中详细介绍了苏通大桥地基基础安全监测中,EPC项目管理的内容。应用实践表明,在大型工程安全监测项目中,采用EPC管理模式是有效可行的。
摘要：根据苏通大桥地基基础安全监测的具体情况,选用合适的项目管理模式——EPC 总承包商项目管理模式。 重点介绍了苏通大桥地基基础安全监测 EPC 项目管理的具体内容:监控系统设计、设备采购管理、传感器安装埋设、监测资料管理、项目移交管理。工程实践证明,EPC 项目管理模式在大型工程安全监测中有效可行,可为其它工程建设提供参考。
关键词：项目管理,安全监测,苏通大桥,EPC 总承包
参考文献
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苏通大桥 篇4
1 阻尼器的技术特性及工作原理
1.1 阻尼器的构造
MR主动式阻尼器的构造如图1所示。
1.2 减振机理及特性
MR主动式阻尼器允许低速位移，如温度、蠕动、收缩等变化产生的位移，此时不产生有阻尼作用的大的阻尼力;但当斜拉索由于风或其他类似因素的影响使其振动，产生较大的位移速度时(位移速度大于0.1 mm/s时)，阻尼器可以产生相应的阻尼力，使得斜拉索迅速停止振动。阻尼力是通过阻尼器中的液体流动获得的，当有位移发生时，阻尼液通过控制单元(限流阀)从一个阻尼液室流到另一个阻尼液室，从而产生相应的阻尼力。阻尼液的速度与阻尼力的关系如图2所示。
MR主动式阻尼器采用计算机控制，可以自动感受桥梁的振动状态、斜拉索的振动形式及斜拉索的张拉力等，并将振动数据反馈给计算机，计算机据此发出指令，通过控制阻尼液的粘稠度来产生不同的阻尼力，从而实现主动式阻尼控制。
主动式阻尼器的最大优点是：它可以随时自动感知桥梁的振动状态、斜拉索的振动形式及斜拉索的张拉力，持续不断地根据斜拉索的振动状况改变其阻尼力的大小，使得斜拉索时刻处于最佳的减振状态。但当MR阻尼器不通电、不与计算机相连时，就相当于是被动式油阻尼器。
MR主动式阻尼器具有如下技术特性：
(1)通常所有油阻尼器能为斜拉索提供至少2%～4%以上的附加阻尼，MR主动式阻尼器的附加阻尼为9%。
(2)阻尼力F计算为公式F=C×Vα，其中C为阻尼常数，V为位移速度，α为阻尼指数。MR主动式阻尼器的阻尼指数α最低可达0.015。因此，MR主动式阻尼器的效率可达96%。对于振动大的超长索，MR主动式阻尼器的效率更可在96%的基础上再提高50%～100%。
(3)最大的阻尼力可在0.1 s内产生，因此可以有效地减小位移及振动。
(4)MR主动式阻尼器安装在梁端，体积小易于安装，且易于更换。
(5)不增加容器内的压力可自动完成阻尼液补偿，以补偿温度变化引起的体积变化。补偿室设在油缸内。
(6)工作寿命不低于40年。
(7)行程可满足3 Hz以下、且最大振幅为索长±1/1700时的振动要求。
(8)阻尼力可在-70%最大阻尼力～10%最大阻尼力内连续可调，调节可在现场进行，以适应不同拉索(取决于拉索的质量、长度、张拉力等)所需要的不同的阻尼力。
(9)阻尼器安装应确保阻尼方向与斜拉索振动方向一致，以确保获得最佳阻尼效果。
(10)阻尼位移速度为0.1～1 500 mm/s。
(11)最大行程为±80 mm。
(12)阻尼器及其连接件能够承受50 kN的拉压荷载作用。
(13)阻尼器能够在-40～70℃的气温、100%相对湿度的环境下工作，并能承受雨、雪、冰、雹、风、砂等恶劣条件的综合作用。
2 MR主动式阻尼器的计算
2.1 频率计算
MR主动式阻尼器的频率可采用下式进行计算：
式中：fi为振动频率;L为斜拉索长度;i为模数;T为斜拉索的张力;m为斜拉索单位长度的质量。
2.2 阻尼模量计算
MR主动式阻尼器的阻力摸量可采用式(2)进行计算。
式中：Kopt为最佳阻尼修正因子;Xd为阻尼器至斜拉索索头的距离;
2.3 阻尼力的计算
当斜拉索最大振幅为±300 mm时，阻尼器在斜拉索端处作用在索上的力可按式(3)进行计算。
式中：Ci为阻尼模量;s为振动时阻尼器的位移。
3 安装方案
阻尼器的安装步骤如下：(1)将阻尼器连接到斜拉索固定连接支架上;(2)用螺栓将其与桥面板固定连接支架固定到桥面板上;(3)最终阻尼器的调节工作可在斜拉索被激励后2 h内完成。其安装示意图如图3所示。
4 结束语
MR主动式阻尼器的主要目的是有效地减小斜拉索的振幅及加速度。文章介绍了其减震机理特性及安装方案，可供类似工程参考。
参考文献
苏通大桥 篇5
为了保证苏通大桥营运安全, 使大桥长期处于健康状态, 苏通大桥建立了结构健康监测与评估系统。该系统长期在线监测大桥的结构安全, 提供营运维护及预警信息。混凝土的腐蚀是影响结构耐久性的最重要的因素之一。为确保苏通大桥具有足够的耐久性, 必须监测大桥关键部位的腐蚀情况。作为苏通大桥结构健康监测系统的一部分, 本文详细介绍了腐蚀监测子系统。
2 腐蚀监测系统
钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性退化的最主要原因, 它所造成的破坏和损失也是最严重的。混凝土内钢筋腐蚀的过程与离子或分子在混凝土中的传输, 或局部发生的电化学反应有关, 所以用电学或电化学手段来评价或保护钢筋混凝土结构成为必然。
2.1 钢筋腐蚀的电化学机理
钢筋腐蚀监测方法很多, 电化学监测方法是目前最为常用的方法。电化学监测方法通过测量混凝土保护层不同深度的线性极化电阻、断路电压、电阻率、氯离子浓度和混凝土的温度等来推算腐蚀深度和腐蚀速率。简而言之, 电化学方法测量有害物质如氯离子和过氧化物的入侵速度和湿度来推算混凝土保护层的腐蚀情况。测量结果应与使用寿命模型的预测结果比较, 并为预测钢筋的腐蚀开始时间提供了基础。通过监测混凝土的腐蚀随时间的变化, 就可以估算混凝土中钢筋发生锈蚀的时间以评估结构的耐久性。
钢筋是建筑结构用钢材, 和其他金属腐蚀一样, 它的腐蚀机理是因为在钢筋表面不同区域形成电位差, 即在钢筋表面不同电位区段形成阳极和阴极;并且阳极部位的钢筋表面处于活化状态, 可以自由地释放电子, 在阴极部位的钢筋表面存在足够的水和氧[2]。钢筋阳极处于活化状态的前提条件是钢筋钝化膜的破坏, 混凝土中钢筋钝化膜破坏机理有两种[3]:一是混凝土的碳化;二是氯化物的侵入, 钝化膜破坏过程一般称为“去钝化”。当钢筋周围的钝化膜破坏后, 在潮湿环境下, 带有二氧化碳、氧气和水蒸气的空气渗入并充斥钢筋周围的混凝土微孔, 这样就在钢筋周围形成了电解液, 钢筋的电化学反应开始出现。
钢筋电化学反应中生成的物质主要是铁锈, 铁锈是完全丧失钢材原有力学性能的分离物, 造成结构中钢筋截面面积的减损;同时铁锈的体积为铁的2~6倍[1], 其体积膨胀可以导致混凝土内部开裂, 以致保护层剥落, 使空气中的水分更容易进入, 从而促使腐蚀加快的发展。
2.2 半电池电位法检测钢筋腐蚀
钢筋腐蚀时在钢筋表面形成阳极区和阴极区, 在这些具有不同电位的区域之间, 混凝土的内部将产生电流。钢筋表面层上某一点的电位可以通过和参比电极 (铜/硫酸铜或其他参比电极) 的电位作比较来确定[5]。实际的做法是用导线把钢筋和一只高阻抗电压表连通, 再把表的另外一端和参比电极连通, 这就形成了图1所示的电路。电表上的读数将和所测位置处的钢筋电位有关。在结构上采集大量数值后, 就可以找出钢筋的阳极区和阴极区, 从而确定钢筋上的腐蚀位置。根据美国《混凝土中钢筋的半电池电位试验标准》 (ANSI/ASTMC876-91) 以及我国冶金部、中国建筑科学研究院等单位的研究成果, 应用半电池电位法时混凝土中钢筋腐蚀状态判别标准见表1。
半电池电位法是应用最早、最广泛的钢筋腐蚀测定方法, 它既简单、经济;又易于操作。这种方法在国外的应用始于50年代, 我国1963年首先将其应用于海港码头钢筋混凝土上部结构腐蚀破坏调查, 后来又在水闸和掺氯化早强剂的预应力混凝土屋架梁等结构上应用[1,4]。目前, 较成熟的基于半电池电位计的混凝土腐蚀传感器主要有英国BGB公司的MCR-R1-A腐蚀测量单元 (图2-a) 、德国S+R公司的阳极梯腐蚀测量单元 (图2-b) 、美国VTI公司的ECI-1腐蚀测量单元 (图2-c) 等。苏通大桥腐蚀传感系统采用了德国S+R公司的阳极梯腐蚀测量单元 (Anode-Ladder-System) 。
2.3 阳极梯腐蚀测量系统组成
阳极梯腐蚀测量单元由以下几个部分组成, 典型的阳极梯腐蚀测量单元示意参见图3。
注:AL-阳极梯 (阳极信号A1-A6) 、PT1000-温度传感器 (TEMP) 、C-阴极棒、CR-钢筋连接件
1) 、阳极梯 (Anode Ladder, AL) :由6个直径为10mm、长度为50mm的阳极棒组成, 将这些阳极棒用U型不锈钢棒固定形成阳极梯。每个阳极棒的两端有导线引出, 通过短路测量来检查导线的连接是否正常。为了避免阳极棒两端的裂缝腐蚀, 在其两端套上热收缩管。电缆集中到侧杆里, 将侧杆用透明的还氧树脂填充, 以防腐蚀等。其中一个侧杆内装有一个PT 1000温度传感器。每个阳极梯共有3股电缆, 即2×LiTCT6×0.24mm2 (来自阳极棒) 和1×LiTCT2×0.24mm2 (来自PT 1000) 。
2) 、钢筋连接件 (Connection to Reinforcement, CR) :为一根黑色不锈钢棒, 通过焊接或钢丝连接到钢筋上, 用于测量钢筋的腐蚀情况。钢筋连接件两端也有导线引出。电缆的型号为:Li TCT42×0.24mm2, 电缆通过焊接连接到连接件, 接点区域用热收缩管保护以防裂缝腐蚀。
3) 、阴极棒 (Cathode Bar, C) :为一根直径8mm, 长40cm的镀铂钛棒。两端有导线引出, 电缆的型号及其连接同连接件。
4) 、接线盒 (Terminal Box, TBox) :接线盒应尽可能的小, 以确保其能穿越钢筋。其典型尺寸为120×80×55mm3。接线盒的材料ABS, 或镀铝。当盒子关闭时, 盒子和覆盖层之间的缝隙应达到IP65放水标准。应确保接线盒在埋置到混凝土之后, 盒子的覆盖层能正常开启和关闭。接线盒的上侧用4mm厚聚合体层覆盖。接线盒应包括用于常规测量插头的插座。
5) 、温度传感器 (PT 1000) :采用稳定性良好的PT1000热电耦型传感器, 传感器两端由导线引出。
6) 、相对湿度计 (可选) :采用Vaisala的相对湿度计, 两端由导线引出, 电缆的型号及其连接同连接件。
7) 、Ag-AgCl (银-氯化银) 参考电极:用于测量参考电极处的氯离子浓度, 两端由导线引出, 电缆的型号及其连接同连接件。
2.4 阳极梯腐蚀测量单元安装
阳极梯腐蚀测量单元的安装步骤如下, 其安装示意图见图4a和图4b。
1) 、将阳极梯固定到监测位置: (1) 调节阳极梯的倾斜度, 直至满足阳极A1的设计保护层厚度; (2) 将固定支架固定到钢筋上; (3) 固定阳极梯到钢筋上; (4) 检查各个阳极尤其是阳极A6是否与钢筋接
2) 、固定阴极棒: (1) 切4cm长绝缘管多段, 并剖开, 然后放到阴极棒放于外层钢筋的地方, 并与外层钢筋绝缘; (2) 将阴极棒固定到钢筋上;检查以确保阴极棒不能移动。
3) 、固定钢筋连接件: (1) 将连接件直接固定在钢筋的内侧, 确保外层钢筋和钢筋连接件裸接; (2) 检查以确保连接件不能被移动。
4) 、固定电缆:沿钢筋布置电缆, 布置在钢筋的侧面, 以不被振捣器触及。
5) 、固定Ag-AgCl参考电极 (可选) :方法同固定阴极棒。
6) 、固定接线盒:根据结构的具体条件, 应单独设计接线盒的尺寸和安装步骤。
由于阳极梯腐蚀测试单元为埋入式永久性测试仪器, 故在安装前后都要做导线通路测量, 以确保测试单元和导线工作正常。主要安装测试有: (1) 安装阳极梯、阴极棒、连接件、电缆和接线盒的单独测量; (2) 混凝土浇筑之前的第一次整体检查测量; (3) 混凝土浇筑之后的第二次整体检查测量; (4) 正常运作后长期监测。
2.5 阳极梯腐蚀测量单元专用读数仪
腐蚀测量单元专用读数仪选用瑞士Proceq公司的CANNIN-LTM读数仪 (见图5) , 该读数仪是专用于读取阳极梯腐蚀传感器的便携式读数仪, 带有存储、显示和按键操作功能, 现场采集时, 其测量的数据可上传到笔记本电脑, 经分析处理后的数据存入数据库服务器。其技术参数为:
电压:测量范围:+/-999Mv精度:+/-2Mv;
电流:测量范围:+/-80μA精度:+/-1 uA;
电阻:测量范围:0~10KΩ精度:+/-0。1 KΩ;1 0~1 0 0 KΩ精度:+/-0。5 KΩ;
温度 (PT100/1000) :测量范围:+/-9 9℃ 精度+/-2℃;
通讯接口RS232:波特率9600、分辨率8位、停止位1位、奇偶校验/;
数据格式:ASCII码;
存储容量:1000次;
3 苏通大桥腐蚀监测布点方案
为了长期有效监测, 也为了相对经济实惠, 在苏通大桥关键并有代表意义的地方做了具体腐蚀监测布点方案:北索塔上游侧下塔柱底截面2套、北索塔桩基承台8套、北索塔锚索区 (A34、J34) 12套, 共计22套。请见图6。
4 腐蚀监测分析
4.1 数据采集结果
该系统运作后测量的的参数为:
1) 、6个阳极棒、钢筋连接件和阴极棒之间的电压 (共7个数据) ;
2) 、6个阳极棒、钢筋连接件和阴极棒之间连接5 s后的电流 (共7个数据) ;
3) 、两个相邻阳极之间 (A 1-A2, A2-A3, …A5-A6) 的混凝土的交流电阻 (AC-Resistances) ;
4) 、阳极A6和钢筋连接件之间的混凝土的交流电阻 (AC-Resistances) ;
5) 、P T 1 0 0 0温度传感器的温度;
6) 、大气相对湿度 (可选) ;
7) 、氯离子浓度 (可选) 。
8) 、测量参数详细见表2。
4.2 腐蚀分析
混凝土中钢筋的腐蚀是一个长期的变化过程, 检测周期将达几十年, 甚至百年以上。定期监测时需人工的携带便携式采集仪采集数据, 采集周期可每半年采集一次。将定期采集到的传感器电压、电流、电阻、温度值进行统计, 并分别做电压—日期、电流-日期、电阻日期、温度-日期曲线图。通过曲线图中电压、电流、电阻、温度的曲线变化并结合表1可判断混凝土中钢筋的腐蚀变化情况。
4.2.1 电压曲线图
把定期监测到的电压数据做 (电压-日期) 曲线图, 参见图7。
图7横坐标为采集日期, 纵坐标为采集电压。U1表示A1-C的电压随时间的变化曲线, 依此类推;钢筋连接件 (CR) 与阴极棒 (C) 之间的电压值也可以反应在上图中。根据表1中的中国冶金部标准, 当电压<-400时表示钢筋已经腐蚀或美国ASTMC876标准, 当电压<-350时有95%的概率腐蚀。最终可以得出结论:U1, U2的电压<-4 0 0并且变化趋势往<-4 0 0的方向发展, 阳极棒A1、A2已经腐蚀或有95%概率腐蚀, 而U3、U4、U5可能出现腐蚀, U6未腐蚀。
4.2.2 电流曲线图
把定期采集到的电流做电流-日期曲线图, 见图8。
图9中横坐标为采集日期, 纵坐标为电流。I1表示A1-C的电流随时间的变化曲线, 依此类推;钢筋连接件 (CR) 与阴极棒 (C) 之间的电阻值也可以反应在上图中。从图8中我们已经得出阳极棒A1、A 2已经腐蚀或有9 5%概率腐蚀, U 3、论。再结合图9, I1和I2的电流值远远大于I3、I4、I5、I6并大于100, 而I3、I4、I5电流在1~1 0之间, I6的电流值在0。1附近。因此可验证阳极棒A 1、A2已经腐蚀或有95%概率腐蚀, 而U3、U4、U5可能出现腐蚀, U6未腐蚀的结论是正确的。
4.2.3 电阻曲线图
把定期采集到的电阻值做电阻-日期曲线图, 见图9。
图9中横坐标为采集日期, 纵坐标为电流。A1/A2表示阳极棒A1与A2之间的电阻随时间的变化曲线, 依此类推;钢筋连接件 (CR) 与阴极棒 (C) 之间的电阻值也可以反应在上图中。通过图9可以发现A1/A2曲线的变化远远大于其余曲线。可确定A1与A2已经腐蚀。
4.2.4 温度曲线图
图10中横坐标为采集日期, 纵坐标为混凝土中的温度值, 采集混凝土温度可以为我们更好的分析混凝土腐蚀提供依据。
图8、图9、图10可以帮助我们更好的判断钢筋腐蚀情况, 可作为参考。
摘要：正在建设中的苏通长江公路大桥要保证主桥基础在一百年的使用期内坚如磐石, 必须做好“三防两抗”, 即防水流冲刷、防船舶碰撞、防混凝土钢筋腐蚀、抗风、抗震等, 这些都是十分严酷的技术难点。混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程, 在钢筋表面形成阳极区和阴极区, 在这些具有不同电位的区域之间, 混凝土的内部将产生电流。本文主要介绍了基于半电池电位法的钢筋锈蚀监测系统以及其在苏通大桥中的应用情况。
关键词：钢筋锈蚀,电化学法,腐蚀监测系统,阳极梯,苏通大桥
参考文献
[1]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社.1998.9.
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[3]B.M.莫斯克文, M.伊万诺夫, C.H.阿列克谢耶夫, E.A.古捷耶夫著.混凝土和钢筋混凝土的腐蚀及其防护[J].倪继森, 何进源等译。北京:化学工业出版社.1988.4.
[4]刘超英, 孙伯永.水工混凝土中钢筋锈蚀检测技术与应用[J].浙江水利科技.2003, 2.
苏通大桥 篇6
斜拉桥的索塔是极其关键的工程部位, 因为主塔不仅要承担它本身的自重, 还要承载全桥的荷载;它不但是斜拉索维系的基础, 而且关联着桥面曲线的形态。因此, 测试桥梁自振特性, 不但可以为确定桥梁索塔状态提供可靠的科学依据, 另外也可以掌握施工期的索塔振动状况与特性, 为后面的施工提供科学的指导。
多年来, 测定桥梁结构的振动特性一般采用激光铅直仪法、全站仪法和具有惯性传感器的加速度计等。但是, 这些传统观测技术因受其能力的限制, 已不能满足大型建筑物的实时动态监测要求。就以加速度计为例, 为获取位移值, 应用加速度计必须对结果进行两重积分处理, 精度不高, 并在大多数情况下不能实现连续、实时、自动处理的现代桥梁监控要求。GPS测量作为一种新的技术方法, 在应用于大型建筑物进行动态特性及形变监测方面已表现出其独特的优越性, 国内外应用GPS测定高大建筑物振动特性的例子不胜枚举。例如武汉白沙洲大桥、深圳建设银行大厦、英国东海岸的Humber Bridge[1]等。
由于桥梁索塔的振动基频一般在0.1～2Hz[2], 而GPS接收机的采样率不断得到提高, 如今最高可达20Hz, 因此10Hz的GPS接收机已经完全胜任于桥梁索塔的建筑结构动态特性测试工作。
1 频谱分析法
频谱分析是动态随机时间序列研究的途径之一。该方法是将时域内的随机数据序列通过傅立叶级数转换到频域内进行分析, 它有助于确定时间序列的准确周期并判别隐蔽性和复杂性的周期数据。对于时间序列x (t) 的傅立叶级数展开式为:
式中:f=1/T为x (t) 的基本频率;
式 (1) 还可以写成如下形式:
式中:
式 (2) 表明了复杂周期数据由一个静态分量A0和无限个不同频率的谐波分量组成。实用上, 对于离散的有限时间序列, 应用频谱分析法求频率谱值 (An、ϕn) 实际上就是求式 (1) 中的傅立叶系数A0、an和bn。设观测时间T内的采样数为N, tk时刻的观测值为x (tk) , k=0, 1, 2, L, N-1, 则
式中:n=1, 2, L, M。M应满足条件:N≥2M+1。
20世纪60年代由Cooley和Tukey提出了快速傅立叶变换FFT算法, 它是一种高效实现离散傅立叶变换 (DFT) 的快速算法, 可以明显的降低运算量, 大大提高DFT的运算速度, 运算时间缩短一至两个数量级, 从而使DFT在实际中得到广泛应用, 它已成为数字信号处理最为重要的工具之一[3]。
2 工程概况
苏通长江公路大桥位于江苏省东部的南通市和苏州 (常熟) 市之间, 是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。大桥桥梁部分总长8206m, 其中主桥采用100+100+300+1088+300+100+100=2088m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。大桥索塔采用倒Y型设计方案, 结构部分包括上塔柱 (包含上、中塔柱连接段) 、中塔柱 (包含中、下塔柱连接段) 、下塔柱和下横梁。除上塔柱30.859m为曲线变化段外, 其余均为线性变化段。塔柱顶高程306.0m, 其中上塔柱高91.361m, 中塔柱高155.813m, 下塔柱高53.226m。
3 试验方案
3.1 接收机的选择
本次试验采用GPS双频接收机进行观测, 接收机板卡为诺瓦泰OEM4-G2L板卡, 其标称精度为1cm+1ppm, 具有功耗低、尺寸小的优点。双频接收机不仅可以减少电离层延迟的影响, 用于更长的基线, 而且RTK定位时可以快速解算出载波相位模糊度, 一般的几分钟, 快的在一分钟之内就可完成初始化。
GPS接收天线选用了诺瓦泰GPS 702, 其具有的风火轮技术可以提供带有扼流圈的天线所具有的性能, 另外, 其相位中心在卫星的方位角与仰角变化时保持稳定的性能增加了可靠性, 两个频率的信号相位中心重合, 因此在一个天线中合成了最小的相位中心偏差, 这一性能使得其适合任何长度的基线测量。
3.2 点位设置
如图1所示, 在点位的选取上, 一台接收机作为基准站, 设置在码头固定混凝土建筑物顶端, 不仅稳定、可保证持续的电力供应, 且周围上空开阔, 无任何遮挡物。另外, 为了点位的精确、保证观测精度和今后的再利用, 制作了强制对中的观测墩。
另两台接收机作为监测点, 根据现场施工以及监测工作的需要, 分别布设在了大桥的南北索塔顶端。由于索塔高达300多米, 因此塔顶观测环境较好, 周围无明显遮挡, 且水面的多路径效应可忽略不计, 但索塔旁边的塔吊对卫星信号接收有一定的影响。同时, 为保证野外仪器设备的安全, 对基准站和监测站均做好了防雷等安全措施。
3.3 通讯链路选择与架设
由于苏通大桥地处长江下游入海口处, 常年季风较大, 因此, 苏通大桥GPS监测系统的通讯分系统采用的是扩频无线通讯技术。扩频无线通讯技术除具有抗干扰性强, 发射功率小, 抗多路径干扰等优点外, 对于桥梁施工区域来说, 最关键的就是受施工现场条件限制小很多。由于苏通大桥的两个索塔超高, 达到了306.4m, 江面上空无任何阻挡, 它可以通过数据信号的无线传递完成数据从基准站到监测站, 再到控制中心之间的相互发送与接收。
在本项目中, 因受现场工作区域条件所限, 基准站位于交通码头, 而控制中心设于施工单位项目部内, 中间有长江大堤阻隔, 且大坝上植物茂盛, 对于信号的传输有一定的阻挡作用, 信号无法直接到达控制中心。为此, 结合南塔顶端现场情况, 在南塔顶端的支架上设置通讯系统中转站, 该中转站可同时接受和发射到北塔以及码头基准站的传输信号, 另在基准站和控制中心适当位置也都架有信号发射与接收的天线, 确保了数据通讯的畅通 (见图2) 。
3.4 试验时间及有关情况
数据采集的时间为2006年12月1日夜间, 天气晴朗, 断续有风, 有风时, 风力约4～5级。GPS接收机采样频率设置为10Hz, 卫星高度角为5°, 按动态观测模式从22点42分连续观测至23点12分。
3.5 数据解算
按整周模糊度动态计算法 (ambiguity resolution on-the-fly) 对采集数据进行处理, 通过基准点的数据可以同时获得索塔顶两个监测点相对于基准站在WGS-84坐标系下各历元的三维大地坐标 (Bi, Li, Hi) 。然后进行投影变换, 将大地坐标 (Bi, Li) 变换为平面坐标 (xi, yi) , 这样, 可以得到点位的三维坐标 (xi, yi, Hi) 数据序列。
4 结果分析
采用频谱分析法, 可以对试验所获取的三维数据序列时程曲线分别进行处理, 计算出相应的频谱特征[2]。图3～图5为索塔监测数据0～2Hz频谱分析图。
从图3～图5的分析, 我们可以发现:三个方向在0～0.1Hz频段内集中了大量的主频幅值, 因此可以认为苏通大桥索塔振动的主频集中在低频部分。经分析, 该长周期变化成分很可能来源于温度效应和多路径效应。也就是说, GPS动态观测时监测点所受到的多路径效应影响与基站是不一样的, 依靠参考点施加的改正是不能够得到消除的。此外, 周日变形也是不可忽视的因素。此外, X方向在1.6Hz处有主频幅值的出现, 而Y方向和Z方向却没有, 考虑风力因素, 很有可能由于顺桥 (X方向) 向的脉动风对索塔的影响。
为了更确切地了解索塔低频部分的振动特性, 缩小索塔振动主频分析范围, 本文将0～1Hz分成0～0.5Hz, 0.5～1Hz两个频段进行更加详细的分析, 如图6所示。
(1) 根据高层建筑结构的基本自振通常在[0.05～0.1]N间变化, 这里N指的是建筑物地平面以上的总层数, 自振周期的单位为s, 据此分析, 苏通大桥索塔高达306m, 按N=102层计算, 索塔的自振周期应该在5.1～10.2s之间, 即自振频率为0.09～0.2Hz, 根据图6分析, 不难发现在三个方向的0.1Hz附近频段有明显的主频幅值集中。因此, 可以认定此频段属于索塔自振频段, 其主频幅值集中反映了索塔的自振特性。也就是说, 在夜间, 微风的情况下, 索塔的自振频率集中在0.1Hz左右, 即索塔的自振周期为10s。另外, 索塔的振动表现出一种复合状态, 既有沿X, Y方向的分量自振, 又有Z方向分量的自振, 通过与《苏通大桥结构动力特性分析报告》的对比分析, 这完全符合索塔的设计特性。
(2) 在频率为0.5～1Hz频段, 幅值均较小, 呈现明显白噪声。经分析, 除GPS本身观测的误差外, 很可能是由于风脉动对索塔所产生的影响。相同频段H方向的幅值明显大于X, Y方向的幅值也说明了GPS高程观测精度没有平面观测精度高。
(3) 由整个频谱分析还发现, 当索塔振动频率小于0.2Hz时, 其振动特征通过GPS动态观测可以有效识别。可见, GPS测量技术在高大建筑物结构振动特性测试中具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]M.Celebi, A.Sanli.GPS Successfully Monitoring Dynamic Responseof a Tall Building in San Francisco Implications.Earthquake HazardsTeam, USGS (MS977) , 345 Middlefield Rd., Menlo Prak, Ca, 94025.
[2]黄声享, 刘星, 杨永波等.利用GPS测定大型桥梁特性的试验及结果[J].武汉大学学报 (信息科学版) , 2004, 29 (3) :16~19.
苏通大桥 篇7
苏通长江大桥为双塔斜拉桥, 钢锚箱 (图1) 作为斜拉索锚固结构, 设置在上塔柱中, 第4~3 4对斜拉索锚固在钢锚箱上, 钢锚箱每塔30节, 全桥共60节, 每节锚箱长7.118~8.517 m, 宽2.4 m, 高2.3~3.55 m。钢锚箱节段之间采用高强度螺栓连接。钢锚箱为箱形结构, 组成钢锚箱的主要构件有:侧面拉板、端部承压板、腹板、锚板、锚垫板、横隔板、连接板、肋板、斜套筒等构件组成。钢锚箱制造主要采用Q345qD、Q345qC钢材, 拉索套管采用Q345qC钢材, 其材料的牌号、技术要求、试验方法等应符合图纸要求及文献[1]的有关规定。
2 钢锚箱结构特点
钢锚箱的侧面拉板、端部承压板、腹板、锚板之间的焊缝均为需要加钢衬垫的熔透角焊缝, 焊接变形量大, 箱形断面大, 且钢锚箱为多节段连续拼接箱型结构, 对扭转、翘曲、平面度、光洁度要求极高, 属于机械钢结构产品, 因此单元件和锚箱整体机加工在几何尺寸精度控制方面起着十分重要的作用[2,3]。
3 钢锚箱标准段几何尺寸精度控制
3.1 钢锚箱单元件几何尺寸精度控制
3.1.1 侧面拉板工艺要点及尺寸精度
工艺要点:侧面拉板 (图2) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机矫平。划线加工衬垫侧坡口, 划线组装钢衬垫, 精确划线加工焊接边缘, 划线时以中轴线为基准, 将加工边缘线、锚垫板和腹板定位线一并划出。
尺寸精度:划线误差0.5mm, 长度公差±1 m m, 对角线差1 m m。
3.1.2 端部承压板工艺要点及尺寸精度
工艺要点:端部承压板 (图3) 采用火焰精密切割, 用赶板机矫平。精确划出加工边缘线、坡口线和锚箱椭圆孔中心线及连接孔定位线, 并将椭圆孔长轴线延长到钢板边缘用样冲做好标记。承压板上部连接孔待整体拼装时用连接板投制。检验合格后焊接剪力钉。
尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差±1mm, 高度0~0.5mm, 对角线差2 m m, 椭圆孔长、短轴长度偏差-1~3mm, 椭圆孔孔壁倾角±1°。
3.1.3 腹板工艺要点及尺寸精度
工艺要点:腹板采用数控火焰精密切割, 用赶板机矫平。划线加工周边坡口, 上边缘坡口机加工困难可采用火焰切割后修磨, 划加工线时要将定位中心线一并划出并作样冲标记, 边缘及坡口机加工一定要保证各部尺寸准确, 并特别注意坡口方向。划线组装钢衬垫, 组装钢衬垫时要预留机加工量5 m m待整体组焊后机加工。
尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差0~0.5mm, 宽度-0.5~0mm, 对角线差1mm, 上边缘角度±0.1°。
3.1.4 锚板工艺要点及尺寸精度
工艺要点:锚板 (图4) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机赶平, 此部件要求不平度0.5mm。孔内壁在单元件组焊后加工, 下料时孔壁留5 m m加工量, 划线加工周边及两头坡口。再精确划线组装钢衬垫, 组装时要预留机加工量5 m m。压弯成型, 成型后在平台上检测平面度及扭曲。此部件的成型角度至关重要, 一定要严格控制。
尺寸精度:划线误差0.5mm, 长度公差±0.5mm, 宽度±1mm, 对角线差1mm, 成型角度±0.1°
3.1.5 法兰盘及套筒工艺要点及尺寸精度
工艺要点:法兰盘 (图5) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机矫平。连接孔卡样钻制, 套筒 (图6) 采用锯切下料, 精确划出长短轴位置线用样冲标记。火焰切割并修磨与法兰盘焊接端的套筒内侧坡口。
尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差±2 m m。
3.1.6 隔板工艺要点及尺寸精度
工艺要点:隔板单元 (图7) 下料时隔板长度方向预留焊接收缩量、宽度方向以及加劲肋长度方向预留机加工量。焊接时将两块横隔板平面对靠用卡具紧固后焊接, 以减小变形, 在平台上修整合格后整体划线机加工两边缘, 以保证整体尺寸精度。
尺寸精度:长度公差±2 m m, 宽度公差-1~0 m m。
3.2 钢锚箱组装几何尺寸精度控制
划线组装锚头单元, 采用CO2气体保护焊以减少变形, 焊后采用火焰修整在平台上检测成型角度。
根据侧拉板上的拉索中心线、腹板、锚垫板定位线, 组装锚头单元。组装时使侧拉板边缘与胎型挡角密贴, 用平尺检测并调整使锚垫板平面延长线与侧拉板上的锚头定位线重合, 其误差控制在±0.5 m m。用锚孔定心工具配合角尺、钢卷尺检测锚孔中心距, 误差控制在+2~+4 m m;锚孔对角线差不大于3 m m。
划线组装横隔板。组装上部侧面拉板, 首先使侧拉板与胎型挡角密贴, 同时用平尺检查锚垫板平面延长线与侧拉板上的锚头定位线重合情况, 微调使其误差控制在不大于1 m m的范围内。保证两块侧面拉板的相对位置准确, 再次测量锚孔中心距和对角线差, 在经专检确认合格后用CO2气体保护焊以对称施焊的方法完成侧拉板与锚头单元、隔板单元的焊缝焊接, 为了控制焊接变形要严格执行《焊接工艺规程》采用边焊接边进行反变形的工艺方法。焊缝检验合格并对规定焊缝锤击后转入修整工序。
在平台上划线组装端部承压板, 组装时以端部承压板的中心线为基准分别向两侧返出侧拉板的组装边缘线。公差要求:箱口对角线差≤4mm, 错边量≤1mm, 并经专检确认合格后在焊接平台上采用CO2气体保护焊以对称施焊的方法完成相关焊缝焊接和检验, 转入修整工序。
划线组装槽型连接板及竖肋板, 槽型连接板的中心线要与端部承压板的中心线重合, 其误差≤2 m m。
在平台上划线组装套筒单元, 组装时使用专用定心工具测量并调整套筒出口点坐标满足±3 m m要求后定位焊接。
3.3 钢锚箱整体机加工尺寸精度控制
钢锚箱端面机械加工质量直接关系到钢锚箱的轴心垂直度及标高的控制, 是至关重要的关键控制点, 必须引起高度重视。
3.3.1 划线及加工前的检测
在划线平台精度得到确认的情况下, 划出精确的平台横纵基准线。将钢锚箱构件三点支撑平放在平台上, 调整支撑, 使钢锚箱垂直并平行于平台后, 划出钢锚箱二个方向上的垂直基础线, 并使钢锚箱上的垂直基准线与平台上的横纵基准线重合, 然后进入加工前的检测工作。将全站仪架设在钢锚箱内部, 以平台横纵基准线交点为已知点, 利用激光对点器对中后进行整平及校验。
全站仪检测的项目为:
(1) 锚垫板与垂直方向的夹角γ
(2) 锚垫板与水平方向的夹角α
(3) 锚垫板坐标 (X, Y, Z) 和斜套筒出口中心坐标 (X, Y, Z) 。
对于钢锚箱的外形尺寸进行检测。以上检测结果确认合格后, 划出加工端面线。
3.3.2 钢锚箱吊装及翻转操作
不正确的吊装及翻转势必会造成对划线平台、装夹平台精度的损害。更严重的后果会造成锚箱几何尺寸的变化。所以, 必须加以注意。确定正确的吊装位置, 吊装索具安全可靠、场地无障碍物。
面铺设木枕等保护、辅助器材。专人操作、指挥。
3.3.3 钢锚箱装夹
装夹工作总的原则是:
(1) 所有角点需予以支撑。
(2) 锚箱在装夹后本身要处于无应力状态。
(3) 待加工表面位置正确, 并尽量接近于镗床主轴端面。
(4) 装夹可靠, 不能在加工过程中发生振动及位移。
采用的方法是:主要支撑用于调整待加工表面位置、辅助支撑布于各个角点。在主要支撑点上方予以垂直的下压夹紧。在锚箱的三个侧面施以水平方向上的施力定位。在锚箱的指定部位用仪表予以监测, 并严格执行“机加工工艺规程”。
3.3.4 端面机械加工
端面加工质量的影响因素很多, 其中包括:
(1) 机床的精度;
(2) 装夹的质量;
(3) 环境温度 (温差) 的影响;
(4) 检测数据的正确性;
(5) 刀具的耐用性;
(6) 综合因素引起的振动等。
主要采取以下措施来保证端面加工质量:
(1) 密切观察设备的加工性能及精度变化, 时刻注意噪音、温升、压力是否异常, 出现问题及时处理。
(2) 装夹工作台侧面, 铣出一条与机床纵向导轨平行的基准表面。便于准确、快捷的测量、避免机床往返次数过多。
(3) 将机床主轴伸出距离缩至最短、增强主轴支撑的刚度。
(4) 加工前, 对于指定的钢锚箱温度监测点用雷泰红外测温仪进行检测, 保证钢锚箱内外的温差小于2℃。
(5) 用于钢锚箱的监视、测量设备必须经计量单位检定合格后方能予以用。
(6) 选择合理的切削三要素进行加工, 刀具在精铣时必须保证刀片的数量齐全、锋利。
4 结论
钢锚箱为斜拉桥索塔的关键构件, 它的几何尺寸精度在全桥处于举足轻重的地位。本文对钢锚箱在加工制造过程中的精度控制进行了比较详细的介绍, 采用这些措施保证了钢锚箱的尺寸精度, 为同类型的钢锚箱加工制造提供参考。
摘要：介绍了苏通大桥钢索塔锚箱在加工制造工程中如何进行几何尺寸的精度控制, 为同类桥梁钢锚箱的加工制造提供参考。
关键词：钢锚箱,几何尺寸,精度控制,机加工
参考文献
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苏通大桥 篇8
关键词：苏通大桥,高性能混凝土,徐变,收缩,预测模式
混凝土收缩徐变及其影响是大跨度预应力混凝土桥梁设计施工中十分棘手而又不容回避的问题。目前,国内一些大跨度的连续梁桥和连续刚构桥在运营几年以后不同程度地出现了跨中挠度过大和截面开裂的问题,同时裂缝和挠度随时间在不断发展,加剧了桥梁工作状况的劣化。收缩徐变是产生上述问题的主要原因之一。
苏通长江公路大桥辅航道桥为预应力混凝土连续刚构,主跨布置为140 m+268 m+140 m。主梁设计采用上下行分幅布置,箱梁顶板宽16.4 m,底板宽7.5 m,根部梁高为15 m,跨中梁高为4.5 m,梁底线形按1.6次抛物线布置。施工阶段悬臂节段多、持续时间长、影响因素复杂。即使在给定材料和特定环境下,施工过程中各节段的加载龄期、混凝土的应力历史、应力水平、截面配筋率等因素仍将影响混凝土结构的徐变变形和内力重分布。另外在设计和进行施工监控时,需要正确地估算出各施工阶段的桥梁变位和内力,其中徐变和收缩引起的各施工阶段挠度变化、预应力损失和体系转换后的内力重分配等都是不容忽视的。
1 试验概况
1.1 试验技术路线
对于大跨度预应力混凝土桥梁,采用实际结构混凝土进行材料参数试验,通过短期试验获得该材料的实际参数,用它代替预测模式中经验参数,可以更准确地反映实际混凝土材料特性,提高对混凝土长期收缩徐变预测的精度。ACI和RILEM把这种通过材料的短期试验确定预测模式中的材料参数,作为提高长期预测精度最为可靠和有效的方法进行推荐。
为了合理地描述苏通大桥用60#高强高性能混凝土的收缩徐变性能,以及使研究成果能更好地指导施工,并预测后期运营阶段的变形规律,拟分别根据材料层次、构件层次和结构层次上的试验成果,对现行收缩徐变模型进行修正,得到适用于高强高性能混凝土收缩徐变的预测模型。
本试验研究的技术路线如图1所示,这里主要介绍部分材料层次和构件层次的收缩徐变试验。
1.2 材料和配合比
砼的配合比见表1,水泥采用P.II.52.5硅酸盐水泥;粉煤灰为I级粉煤灰;砂子产地为江西赣江;石子为镇江茅迪石灰岩,粒径级配为5～10 mm和10～20 mm,2种级配的比例为4∶6;外加剂采用JM-PCA高效减水剂。
1.3 徐变试验方法
(1)试件:恒温恒湿环境试件有3组,龄期分别为3 d、7 d、14 d,试件尺寸为100 mm×100 mm×300 mm;工地试验房内试件有7组,龄期有7 d、14 d、21 d、28 d,配筋率有1.71%、0.76%、0.38%,试件尺寸为250 mm×250 mm×1 000 mm。
(2)测试元件:在试件的内部埋入振弦式应变计,在试件表面布置光纤光栅传感器,测试试件应变时效变化,考虑到温度的影响,同时在试件内部埋入温度传感器,测试试件的温度变化,对测试结果进行处理,同时测试试件环境的湿度变化。
(3)加载方法:恒温恒湿室内试件采用弹簧式压缩徐变仪;工地试验房内徐变试件采用预应力加载,考虑到预应力损失对徐变应力的改变,采用损失较小的镦头锚固体系,预应力损失较大时进行补张加载。
(4)温湿度条件:素混凝土的徐变试验在恒温恒湿室(温度20±2℃,湿度60±5%)进行,配筋混凝土徐变试验在与实桥环境相仿的工地试验房内,工地试验房内不作温、湿度控制,试件实测时的温度范围在-8～31℃,环境湿度范围在20%～80%。
1.4 收缩试验方法
(1)试件:恒温恒湿室内的收缩试件主要分析湿养护时间、相对湿度、理论厚度对干燥收缩的影响,试件截面的边长有70.7 mm、100 mm和150 mm3种。工地试验房内试件主要研究不同配筋率对收缩的影响,配筋率分别为1.71%、0.76%、0.38%和0,试件尺寸为250 mm×250 mm×1 000 mm。
(2)测试元件:恒温恒湿环境的试件用手持应变计测量收缩量;工地试验房内试件内部沿试件长方向埋设振弦式应变计和温度传感器。
2 徐变试验结果
2.1 恒温恒湿室内素混凝土徐变试验
混凝土试件在单轴应力作用下变形主要由瞬时弹性变形、干燥收缩、徐变和温度变形组成。由于本部分试件是在恒温恒湿的条件下进行的,可以忽略温度对变形的影响。徐变系数为徐变变形与瞬时弹性变形之比,不同龄期加载试件在温度20±2℃,湿度60%±5%恒温恒湿室内的徐变系数随持荷时间的发展关系如图2所示,t0表示加载龄期。
随着加载龄期的增加,混凝土的徐变系数显著降低,7 d和3 d加载的混凝土在持荷180 d时徐变系数之比约为0.78;7 d和14 d加载的混凝土在持荷180 d时徐变系数之比约为1.16。徐变系数在前期发展很快,徐变系数在加载5个月后仍有很较快的发展,后期曲线大致平行,即不同加载龄期试件的后期徐变发展速率近似相等。在前期,徐变主要是由于在应力作用下毛细孔和孔径较大的凝胶孔中水分的迁移和重新分布造成的,水分的迁移相对容易,所以徐变速率较大,而后期徐变则主要是由于孔径较小的凝胶孔以及层间水的迁移造成的,水分的迁移相对困难,徐变速率较小。在后期,混凝土内部结构比较接近,因此徐变速率也相近。
2.2 工地试验房内配筋混凝土的徐变试验
工地试验房的试件加载后4个月的平均湿度为62%,温度变化范围为-7～31℃。配筋率为0.38%的试件的徐变系数如图3所示。加载龄期愈短,徐变系数越大,加载龄期为7 d的试件徐变系数明显大于14 d、21 d、28 d的徐变系数。持荷4个月后,加载龄期为7d的徐变系数为1.07,与加载龄期14 d、21 d、28 d的徐变系数之比分别为1.3、1.5、1.63。徐变系数对加载龄期大于14 d的试件不是很敏感,加载龄期为14 d、21 d、28 d试件的徐变系数相差不大。加载1个月后,不同加载龄期试件的后期徐变发展速率近似相等。
加载龄期为7 d时,配筋率分别为0.38%、0.76%、1.71%试件的徐变系数随持荷时间的发展如图4所示。大多数混凝土构件都配有一定数量的钢筋,钢筋对混凝土的变形起约束作用,从理论上讲可以减小混凝土的收缩和徐变。但迄今为止,绝大多数的收缩徐变试验均没有考虑配筋的影响,应用于结构分析时为简化计算一般也忽略钢筋的影响,这势必带来误差。通过本试验可以看出,相同条件下配筋率大的试件徐变系数小,持荷4个月后,配筋率为0.76%、1.71%的试件与0.38%试件的徐变系数之比为0.93、0.82,这说明钢筋对混凝土徐变的约束很明显,且约束随配筋量的增加而增大。
3 收缩试验结果
3.1 湿养护时间对收缩的影响
混凝土收缩试件成型后,标养至不同的龄期(t0=3、5、7、14 d)放入恒温恒湿室后开始干燥,收缩的测试结果见图5,tc表示湿养护天数。
很多收缩模式没有考虑湿养护时间的长短对混凝土的干燥收缩的影响,但对于高强混凝土,早期强度发展较快,混凝土的内部微观结构变化较快,潮湿养护时间的不同有可能会造成干燥收缩值的差异,从本试验的结果看来,潮湿养护的时间对高强混凝土的干缩值有一定的影响,潮湿养护的时间越短,干燥收缩值越大,这点在养护时间在7 d之内尤为明显。
每组的干缩在前1个月内发展较快,1个月后逐渐趋于平缓。湿养护3 d的混凝土试件的收缩值明显高于湿养护7 d和14 d的试件,干燥28 d后收缩应变比7 d和14 d的试件高出了57με、55με,湿养护7 d和14 d后开始干燥的试件收缩值比较接近。这是由于在早龄期(7 d之内)混凝土的亚微观结构变化显著,3 d时,混凝土中孔隙较多,孔径较大,混凝土的强度较低,水分的扩散迁移和散失相对容易。另外,试验所测的收缩实际上是同期的干燥收缩和自收缩之和,部分自收缩也会对所测的收缩值产生影响。而7 d和14 d之间,无论是混凝土的亚微观结构差异还是自收缩的影响都明显减小。
3.2 试件尺寸和相对湿度对干燥收缩的影响
本试验中,3种不同尺寸的混凝土试件(尺寸分别为70.7 mm×70.7 mm×230 mm、100 mm×100 mm×400 mm、150 mm×150 mm×450 mm),标养7 d后分别在2种不同的相对湿度下(60%、90%)开始干燥,测试结果如图6所示。图中a代表混凝土棱柱体试件的截面边长;H代表环境的相对湿度。
湿度梯度是干燥收缩的驱动力,试件的尺寸影响干燥收缩过程中水分迁移平均距离的大小,混凝土干燥收缩的尺寸效应非常明显。试件的尺寸越小,早期的收缩越大。在60%的环境相对湿度下,在干燥时间28 d时,截面边长为70.7 mm、100 mm和150 mm的收缩值依次为338με、256με和185με。干燥6个月时干燥收缩值依次为375με、292.4με和231με。这是由于试件尺寸越小,体表比越小,比表面积越大,单位体积的试件暴露在干燥环境中的面积越大,干燥收缩发展得越快。从图6中也可以看出,不同尺寸的试件在干燥1个月后,收缩发展比较缓慢,趋于不同的收缩终值,尺寸越小收缩终值越大。
在相对湿度为90%的环境下,试件尺寸对干燥收缩的影响规律和相对湿度60%环境下类似,只是不同尺寸试件的干燥收缩值之间的差异比在低湿度条件下要小得多。
3.3 配筋对收缩的影响
此试件是在仪征工地试验房内观测,5 d后拆模,测得的混凝土收缩应变值如图7所示,试件尺寸为250 mm×250 mm×1 000 mm,配筋率分别为1.71%,0.76%,0.38%和0。
在混凝土收缩的早期,4组试件的收缩值大致相仿,28 d时,收缩值均为50με左右。1个月以后配筋率小的试件收缩的速率比配筋大的试件收缩速率大,167 d时,配筋率为1.71%,0.76%,0.38%,0%试件的收缩值分别为127με、150με、175με、174με。与室内标准环境下收缩试件比较可以看出,配筋试件的收缩量明显减少,主要有以下原因:(1)试件的尺寸比室内试件稍大,而且振弦式应变计埋于混凝土内部,内部的干燥收缩比表面收缩小;(2)配筋对混凝土的收缩起约束作用。
4 试验结果与现有收缩徐变模式比较
4.1 收缩徐变预测模型建立机理的比较[2,3,4,5,6]
从混凝土徐变预测模式的建立机理上分析,徐变预测模式主要分为两类:一类是通过对大量的试验数据分布现象进行观察研究,构造出如双曲函数、幂函数、指函数类的预测公式,人们早期按照这种方法建立了大量的预测模式;其中影响较大的是Ross教授1937年提出的双曲幂函数预测模式,该模式于1970年被ACI209委员会修正后采用,至今ACI209委员会仍然保持这种预测模式的框架仅对参数进行了修正。另一类是以理论分析为基础,建立预测模式的框架,根据试验数据回归确定参数。这类模式一般具有比较明确的物理意义,并随着理论的发展而不断发展完善。CEB-FIP(1978)、BP-KX、B3模式均为此类模式,现桥规采用的CEB-FIP1990徐变预测模式对CEB-FIP78模式进行了较大的调整,由连加形式变为连乘形式,从公式的形式上看更接近前一类公式。
对混凝土收缩预测模式的建立机理,几乎所有的预测模式都是按照双曲函数或双曲幂函数构造,并通过试验和理论分析调整模式的拟合参数。从目前的研究报道看,不论采用哪种形式建立的预测模式,只要参数选取正确、恰当,其预测结果与实测结果都是可以比较吻合的。现行6种收缩徐变模式所考虑的因素见表2。
4.2 几种常见模式对试验混凝土的适用性分析
高强高性能混凝土在工程实际中得到广泛的应用,而针对高强高性能混凝土收缩徐变特性的研究,国内外进行得相对较少。试验研究发现,由于高强高性能混凝土具有较低的水灰比,并掺有一定量的外加剂,所以,相对于普通混凝土具有较低的收缩徐变量。现有的收缩徐变预测模式能否较好地描述高强高性能混凝土的收缩徐变发展规律,已成为工程界越来越关注的问题。
本文将苏通大桥辅桥高强高性能混凝土在恒温恒湿条件下的收缩徐变试验数据与CEB-FIP78、现桥规采用的CEB-FIP 90模式、ACI209(82)、B3、GL2000以及GZ模式进行对比,分析了以上几种预测模式与试验数据的吻合程度。
4.2.1 收缩试验数据比较
混凝土收缩试件成型后,标养7 d后在相对湿度为60%、温度为20℃的恒温恒湿室内开始干燥,试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm,几种预测模式的收缩应变计算值与实测值随时间的变化情况如图8所示。
由图8可以看出,CEB-FIP78模式明显低估了收缩,现桥规采用的CEB90模式在干燥前期低估了收缩的发展,后期预测收缩发展和实测值逐渐相近。在前4个月,CEB90模式均低估了收缩,文献[7]指出CEB90收缩应变预测值低估实测值的数据点数占总数据点数的83%,本试验结果也反应了这一现象。ACI209(82)、GL2000和GZ模式对收缩应变的预测较实测值大,随着时间的增长,ACI209(82)、GL2000模式收缩值预测与实测值偏离越来越大,而GZ模式2个月之后发展趋势和实测值较吻合。B3模式在早期干燥收缩20 d内对本试验收缩的预测较为准确,而后期高估了收缩发展。
4.2.2 徐变试验数据比较
在恒温恒湿室内,混凝土徐变试件的加载龄期为7 d,几种预测模式的徐变系数计算值与实测值随时间的变化情况如图9所示,徐变系数已经统一换算为徐变变形与加载时弹性变形的比值。
从图9中可以看出,对于本试验所用的混凝土,不同模型计算值之间差异较大,6种徐变模式均高估了徐变变形。旧桥规采用的CEB-FIP78模式预测徐变的后期发展速率较快,与实测值差异最大,并且随着持荷时间增长越来越大。而新桥规采用的CEB-FIP90模式无论是在数值上还是在徐变的发展趋势上和实测数据的吻合程度比CEB78都有很大的提高。这是由于CEB-FIP78模式提出较早,所针对的混凝土的强度较低,而高强混凝土的徐变值要明显低于普通混凝土。ACI模式对试件徐变的预测和实测值较为接近。另外,B3、GZ模式对加载龄期为7d试件徐变的预测和CEB-FIP90模式相近。
4.3 对CEB-FIP90收缩徐变模式的参数修正
从上述6种收缩徐变模式比较可以看出,对本试验收缩预测较为接近的为CEB-FIP90收缩模式,从徐变发展曲线来看,CEB-FIP90徐变模式符合程度较高。我国现桥规对收缩徐变的预测采用的是CEB-FIP90模式,它是几部分连乘,对徐变和收缩的预测均为双曲幂函数形式。从公式形式看接近于第一类收缩徐变模式,即通过对大量的试验数据分布规律现象进行观察研究而得。为了更准确地把握实桥所用混凝土收缩徐变的发展规律,有必要根据短期的试验结果,对混凝土的收缩徐变预测模式作适当修正。
对CEB-FIP90模式参数回归时,可将其表达成如下形式[6]:
式中,0,εcs0,A和B为待定参数,0,εcs0分别为徐变终极值和收缩终极值,是影响收缩徐变的参数乘积。为了使拟合出的收缩徐变模式有更广泛的适用性,可以引入强度修正因子[8],作进一步的研究。
5 结论
(1)混凝土的收缩徐变对大跨径预应力混凝土桥梁的长期变形、预应力损失和内力的影响是显著的,应通过短期的收缩徐变试验,并进行参数修正,选择预测实桥所用混凝土的较高精度收缩徐变模式,提高计算精度。
(2)根据测试结果,苏通大桥辅桥主梁所用混凝土在加载持续时间为半年时,在恒温恒湿室内测得加载龄期为3 d、7 d、14 d的试件徐变系数分别为1.65、1.29、1.11;在工地试验房内配筋率为0.38%试件加载龄期为7 d、14 d在加载持续时间为4个月时的徐变系数分别为1.07、0.78。
(3)从本试验结果与6种收缩徐变模式比较可以看出,对收缩预测较为接近的为CEB-FIP90收缩模式,从徐变发展曲线来看,CEB-FIP90模式吻合程度较高。所以,可以根据短期收缩徐变试验结果对CEB-FIP90模式进行修正。
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