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厦漳跨海大桥南汊主桥边跨合龙施工研究

时间:2018-05-10 16:42作者:学位论文网
本文导读:这是一篇关于厦漳跨海大桥南汊主桥边跨合龙施工研究的文章,主梁每一块挠度实施控制的结果都会影响之后的节段, 所以当施工几个梁段时, 我们就要对所有测点进行测量, 及时地考虑整个控制工作中全桥线形的监控,。

  摘要:悬臂浇筑法施工过程中因受到各种因素影响, 易使结构实际状态产生误差, 为确保预应力混凝土连续梁桥施工安全、线性平顺, 以官林特大桥为依托, 建立了施工监控系统, 利用midas建立仿真模型, 结合实测数据值, 将施工过程中的桥梁变形和受力控制在规定的有效范围之内, 确保了官林桥特大桥的施工安全, 为同类桥梁的施工监控提供一定借鉴。

  关键词:悬臂浇筑施工; 有限元仿真计算; 施工监控;
  
  随着经济快速发展, 国家逐渐加大西部山区的基础设施建设, 许多的大跨径桥梁投入建设。变截面连续梁由于其跨越距离大, 投资少, 被广泛运用。变截面连续梁桥是多次超静定结构, 为了确保桥梁整个过程中受力适当及成桥后线形平顺, 需要确切控制施工过程中的应力与变形。施工监控就是在施工过程当中适当选取参数, 以真实参数及时进行仿真分析计算, 修正桥梁的有限仿真模型与运行的结果, 并估测接下来施工阶段的参数。在施工监控中, 当发现实际的应力线形状态与理论上有差别时, 必须找出其原因, 并在后续施工中限制参数在规定范围内。

  1 工程概况

  此工程为贵州省沿河县到德江县的高速公路项目, 官林特大桥为此项目建设中的代表性特大桥, 官林特大桥位于贵州省德江县观音滩乡官林村附近, 上跨大倔头河及坳家河, 桥轴线与河道夹角为80°左右。大桥终点接官林隧道, 桥梁为分离式双幅布置。桥梁右线中心桩号为K80+250.832, 跨径组合为6×40m+ (70+130+70) m+8×40m+ (70+130+70) m+26×40m, 桥梁全长2145.741m;桥梁左线中心桩号为ZK80+229.444, 跨径组合为7×40m+ (70+130+70) m+7×40m+ (70+130+70) m+26×40m, 桥梁全长2150.315m。主桥为 (70+130+70) m的预应力混凝土变截面连续刚构, 单幅桥宽11.25m, 最大主墩高为74m, 主桥主墩为双薄壁空心墩, 过渡墩为空心实心薄壁墩。引桥为40m装配式预应力混凝土T梁, 引桥墩为墙式薄壁空心墩、实心墩和双柱式圆形墩;桥台均为柱式台。

  图1 官林主桥桥型图

  2 仿真分析

  主桥上部结构静力分析分别采用了桥梁专用程序“MIDAS”和同济大学桥梁工程系的“桥梁施工控制”程序。对施工整个过程进行仿真分析计算, 分别包括收缩徐变 (按1000d计算) 、预应力恒载、活载等作用, 并复核两个程序的模拟结果。施工阶段根据施工顺序和工艺、梁段划分、施工临时载荷, 并对各个梁段施工过程进行了计算。计算按左幅和右幅分别进行。仿真分析模型如图2。

  图2 官林主桥仿真分析模型图 (单位:m)

    3 计算

  3.1 计算参数的选取

  官林特大桥主跨跨径130m, 材料为C50混凝土, 容重为26.25k N/m3 (考虑超重等影响) , 弹性模量为3.45×104MPa, 挂篮总重58.5t, 每一节段梁的计算施工周期为10d, 二期恒载取值为6.46t/m。依照以前施工经验, 影响上部结构线形和内力产生主要有日照温度、挂篮变形、混凝土弹性模量、施工临时荷载、预应力的张拉、混凝土外形偏差、徐变和容重。上述参数在施工前的计算中应采用设计取用值进行理论分析, 并随着施工过程的开展, 通过实测和相关试验对其进行修正。根据修改后的参数进行仿真分析, 从而使计算模型与实际结构状况相吻合, 具体修正方法详见后述。

  3.2 计算内容

  官林特大桥要经过0号块、1号块整体浇筑→悬臂施工→边跨合龙→中跨合龙的过程, 因此首先要按实际施工过程对结构进行仿真计算。为了掌握官林特大桥的变形及受力情况的理论值, 进行此次施工控制仿真计算。施工控制计算中先依照理论值取用混凝土容重、截面上下缘温差、收缩徐变和弹性模量, 然后通过分析实际数值与理论间的偏差, 依照实测数值对施工控制计算中的每个参数进行修正, 并精确预估测下节段箱梁立模标高。
  施工计算前首先深入了解并掌握设计图纸, 然后根据设计单位采用的基本参数和设计计算所确定的施工工序进行仿真分析计算, 可算得各施工段期间和成桥状之后的应力与变形等监控数据。并与图审和设计单位互相沟通校核, 确保此数据准确后可用作本桥施工监控理论轨迹。

  3.3 计算参数的修正

  在施工过程中, 对高程控制挠度影响比较大的参数:结构自重、预应力张拉、挂篮变形、温度和收缩徐变等。各参数的修正方法分述如下:
  (1) 结构自重。结构自重修正内容包括混凝土实际容重值及浇筑后箱断面与理论值偏差。容重值大小可以由量测材料重量确定;当出现跑模现象时, 立即对容重及截面几何特性进行修正, 重新计算确定结构安全可减小浇筑带来的误差。
  (2) 预应力的影响。首先, 施工中应当精确定位预应力管道, 然后按规定要求适时标定张拉千斤顶, 并实施双控以此尽可能消除与设计值偏差。
  (3) 挂篮的刚度修正。在悬臂浇筑施工中, 挂篮变形含有弹性和弹性变形。其刚度直接就对挂篮挠度产生影响, 利用预加载试验对挂篮刚度进行修正。通过固定好每一个锚点, 拧紧螺栓和校正杆件不合理变形, 来减少非弹性变形带来的影响。
  (4) 收缩、徐变的影响。收缩与徐变的影响与龄期和徐变预拱度设置问题有关, 因此很多大跨径连续梁桥在成桥时都需要设置徐变预拱度。
  (5) 温度的影响。季节升温和日照温差均会对变形产生影响, 实际的挠度计算通常也只考虑这两方面, 为减少日照温差的影响, 对挠度的观测时间一般定在夜间至凌晨之间。

  4 施工监控过程

  桥梁在整个施工过程当中, 会被各种各样的因素影响, 并且随着结构与施工方法的不同, 造成施工误差也相继不同。在施工现场中, 必须找出主要的矛盾并思考提出解决方案, 这样才能既经济又高效。因此, 监控计算分析和方法需要根据不同的情况分别考虑, 把精力和资金更多地用来控制主要误差。
  4.1 高程监控
  4.1.1 高程控制方法

  箱梁理论立模标高计算式:
  

  式中:Hi—i节点的设计高程;
  fyi—i节点的预拱度;
  fni—i节点从n施工阶段到成桥的累计挠度;
  Hni—第i节点在第n阶段高程 (若第n施工阶段为i节点的安装阶段, 则Hni为i节点的立模标高) 。
  在施工过程中, 因为各种主观和客观因素的影响, 现实情况相比理论设计值有一定偏差。所以不停地改进理论计算公式, 最后得出实际立模标高公式:

  

  式中:fg—挂篮弹性压缩变形;
  Hsi—第i节点实际立模标高;
  β—依照挠度实测结果, 搜集整理得到的挠度折减系数;
  △fi—依照挠度实测结果与悬臂梁上下挠度趋向定出挠度调整值。
  测控点布置断面选取很关键, 高程监控中将测控点布置在节点断面上。总共有三个测点, 将其对称设置在顶板上, 两边的两个测点置于腹板上方, 中间一个测点还可当作平面线形监控测点来使用。且按要求, 侧节点测控点应该分部在此节点10cm的范围内, 若有特殊情况可以按照详情调整位置。此外与其余断面测点位置一致, 还须向0号块纵向对称面顶板上布设3个测点。

  图3 测控点

  4.1.2 高程控制流程

  悬臂浇筑的挠度观测周期包括挂篮前移、浇注混凝土及张拉预应力阶段, 并通过三阶段挠度观测法进行监测。第一阶段:挂篮移动就为测量现浇段;第二阶段:本阶段在张拉前测量现浇段;第三阶段:本阶段在张拉之后测量现浇段及已浇段 (用来分析累计位移线形) 。图4为三阶段法测量示意图。

  4.2 合龙段控制

  连续梁合龙施工是连续梁整个施工中重要的环节, 结构体系产生变化, 引起内力和标高的变化, 使得施工监控往往在这个环节出现问题。所以必须做到以下几点:

  图4 三阶段测量示意图

  (1) 施工单位根据设计和监控单位要求尽早提供合龙方案, 方案中包括合龙时的机具重量 (如挂篮桁架、底篮或其他) 和采用配重方式, 并且在施工过程当中必须确保桥墩两侧的重量平衡。
  (2) 悬臂施工完成后, 施工单位先根据方案进行配重并调整标高, 标高调整完毕前, 不得将模板锁死或者绑扎钢筋。
  (3) 锁定劲性骨架和模板并绑扎钢筋 (连续梁桥需要张拉临时预应力束) 。
  (4) 观查浇注合龙段标高的变化及混凝土的养护。
  (5) 主桥合龙完成后测量全桥梁顶标高以调接桥面铺装标高。

  4.3 控制误差分析

  (1) 浇注混凝土误差。由于现场估计得到顶板和底板混凝土厚度, 以及模板变形和混凝土容重变化, 会造成其误差产生。当施工过程中两侧荷载不平衡时, 通过向轻的一侧增添材料, 使其荷载重新平衡, 就没有很大的影响。
  (2) 桥面临时荷载误差。桥面荷载有不确定性, 只可以经由现场观测, 估测荷载值大小和作用点, 一般可以先试算出荷载影响结果, 然后用作修正值在施工现场修正。此外必须加强施工管理, 实时清除没用机械设备, 尽量保持桥面荷载平衡。
  (3) 预应力束张拉力误差。由于估读张拉千斤顶的油压表读数以及各类预应力损失, 会产生预应力束张拉误差。如果预应力不够, 会造成主梁的混凝土开裂, 更严重者还会造成结构的损坏。可以通过严格标定千斤顶和油表、控制加强张拉力以及疏通管道来减小摩阻力, 来消除预应力张拉误差。在监控计算分析中应当考虑其预应力的损失。
  (4) 施工方案变化影响。施工方案的改变对主梁线形和结构内力会产生很大的影响。一般确定了施工方案之后, 就不会再变更施工程序, 如实在需要改变, 施工控制程序也应当随施工方案一同变更。

  5 主桥线性控制

  5.1 线性控制结果

  主梁每一块挠度实施控制的结果都会影响之后的节段, 所以当施工几个梁段时, 我们就要对所有测点进行测量, 及时地考虑整个控制工作中全桥线形的监控, 然后依照所得到的计算数据调节后续段的理论标高。本桥在进行挠度控制工作时, 在第5、第10、第15号块施工完成之后分别测量全桥所有块段的测点。左幅8#墩控制结果第5、第10、第15块预应力张拉完成后高程对比见图5、图6、图7。
  图5 左幅8#墩5号块预应力张拉完成后高程对比图

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  图6 左幅8#墩10号块预应力张拉完成后高程对比图
  

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  5.2 合龙后线形

  本桥总计12个合龙段, 其中包括8个边跨和4个中跨合龙段。合龙段的施工顺序:先进行边跨的合龙, 最后进行中跨的合龙。完成合龙之后, 对全桥的桥面点高程实施联测, 再根据顶底差算出成桥全桥底板的高程。图9~图11分别为实测与理论标高的对比图。

  图7 左幅8#墩15号块预应力张拉完成后高程对比图

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  图8 左幅第一联标高对比图

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  图9 右幅第一联标高对比图

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  6 结论

  通过以上监测结果可以得到如下结论:

  图1 0 左幅第二联标高对比图

     注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合
  (1) 由于精确的数据分析, 合理的计算和预拱度设置, 准确无误的立模标高指令, 官林特大桥施工得以顺利进行;
  (2) 主桥的标高满足设计及规范要求, 在施工中一直保持在安全可控范围内;
  (3) 成桥后的主梁线形平顺, 其每项技术指标都符合要求, 达到了施工监控的目的。

  图1 1 右幅第二联标高对比图

  注:由于目标值与实测值非常接近, 曲线基本重合

  参考文献

  [1]王亚洲.大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控研究[D].成都:西南交通大学, 2009.
  [2]谢明志, 张涛, 杨永青.快速铁路大跨连续梁桥施工监控及控制体系研究[J].铁道标准设计, 2017, 61 (12) :59-64.
  [3]殷华涛, 张海, 田翠翠.预应力混凝土连续箱梁桥施工监控[J].北方交通, 2010 (11) .

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