悬臂施工连续梁桥的施工监控

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　　摘要：对桥梁施工过程实施监控就是桥梁施工监控的任务，把施工过程中桥梁结构的内力和变形确保在容许的范围内。悬臂施工在我国应用较广应属预应力混凝土连续梁桥施工。本文主要对悬臂施工连续梁桥的施工监控内容、悬臂施工连续桥梁的结构仿真计算、悬臂施工连续梁桥施工监控的结构分析方法、悬臂施工连续梁桥的施工监控流程进行了分析。
　　关键词：悬臂施工；连续梁桥；监控
　　
　　一、悬臂施工连续梁桥的施工监控内容
　　（一）线形控制
　　对于桥梁结构施工阶段和成桥状态的几何线形有悬臂施工方法和顺序决定的，加之结构内力和线形随着施工阶段结构体系和荷载形态不断变化而变化，因此，必须对成桥状态的理想几何线形按照设计要求来进行确定是首要完成的工作，然后对各个阶段的结构变形的计算采用倒退分析或逐步逼近的方法来进行，从而使得各个施工状态的阶段结构的几何线形得以确定。但是，无论是采用哪种施工方法，桥梁结构在施工过程中的实际位置往往要比预测状态高，从而使得成桥线形形状与设计要求不相符。因此必须进行过程控制，只有这样才能使成桥后的标高和平面位置能够符合设计要求。线形控制分为两个方面：（1）平面线形控制，也就是说，在平面上桥梁轴线的控制符合设计要求。（2）竖向线形控制，也就是说，在梁上选一些点，对这些点的标高进行控制从而来实现对线形的控制，使竖向线形符合设计要求。由于平面线形基本上都是直线，因此在连续梁桥上比较容易控制，而比较难控制的就属竖向线形，这是因为竖向线形的影响因素有很多。
　　（二）应力控制
　　在施工监控中应力控制是一项很重要的内容，结构的安全性和使用寿命受应力的影响是很大的。应力破坏在我国多座桥梁都曾发生过。由此可见，在施工过程中对于桥梁结构中的应力应该进行严格监控。人们一直都在关注悬臂施工的连续梁桥在施工过程中的结构应力计算。对结构应力而言，实际与计算不符的话，就会导致较为严重的结构强度问题的出现。目前使用比较广泛地应用桥梁计算软件的计算都是把实体结构简化为平面杆系结构来实现的。因此这就导致对某些构件的计算得出的应力不准确的，可见这些软件也存在他们的局限性。例如，在进行箱形截面正应力计算的时候，把约束扭转正应力以及截面畸变产生的纵向翘曲正应力忽略掉；在进行箱形截面剪应力计算的时候把自由扭转剪应力、截面畸变产生的剪应力和约束扭转剪应力忽略掉。因此，用那些软件计算出来的结果是不安全的，计算应力和实际应力的差异一直都存在。另外，就算是使用三维实体结构分析软件，计算出的理论值域实际测量值还是存在差异。导致这样的现象的原因主要是因为实际受力与理想受力有差距，实际受力要复杂的多。因此，把重点放在对实际应力进行监测，与理论值相比较，如果二者之间的差距较大，那么就要分析原因所在，并采取一定的措施进行调控。
　　（三）稳定控制
　　桥梁结构的安全与其稳定性关系密切。如果结构失稳将会产生巨大的后果。例如魁北克大桥在竣工之际，大桥杆件发生失稳，造成19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。魁北克大桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥。目前，对于施工过程中可能出现的失稳现象还有可靠的检测手段。目前主要通过稳定分析计算，并且综合评定和控制稳定性时要与结构应力和变形情况结合来考虑。
　　（四）安全控制
　　在桥梁施工控制中，其重要内容也包括安全控制，只有安全得到保证，才能对其他进行控制以及才能建成桥梁。事实上，安全控制体现在以上三种控制之中，只有把上述三种控制好，那么安全控制也就得以实现了。安全控制重点必须根据施工控制中的实际情况来进行确定，这主要是由于结构形式不同以及施工安全的影响因素也不一样所致。
　　
　　二、悬臂施工连续桥梁的结构仿真计算
　　悬臂施工连续桥梁的结构最终形成经历了一个较长而又复杂的施工及结构体系转换过程，桥梁施工监控的最基本内容就是对施工过程中每阶段每一工况下结构进行计算分析。悬臂施工连续桥梁的结构仿真计算主要采用有限元分析法，从正装分析、倒装分析、实时追踪分析3方面入手，互相结合，从而能够使得桥梁施工过程中每个阶段的受力和变形及最终成桥线形和受力状态能够准确地确定出来。大多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力和位移与实际测的值相比都比较大，这对设计是偏于安全的，但对于结构施工控制来说是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线型及内力是否符合设计要求。因此悬臂施工连续桥梁的结构仿真分析的设计参数取用原则是：(1)在进行结构设计参数的取值时，应该遵循尽量和实际相吻合的原则；(2)对于主要的可以测定的设计参数，则用试验数值；(3)对于难以测定的则依照设计规范，修正则根据以往的工程经验来进行。在进行悬臂施工连续桥梁的结构仿真计算时，应对混凝土收缩徐变效应进行准确的考虑，混凝土的收缩徐变需要3a左右才能完成，因此分析施工阶段从施工开始到成桥后1000d结束。
　　
　　三、悬臂施工连续梁桥施工监控的结构分析方法
　　悬臂施工连续梁桥的施工是一个较为复杂的过程，变形计算和受力分析在施工过程及结构体系转换的每个阶段中。正装计算法和倒装计算法是悬臂施工连续梁桥的施工监控中桥梁的结构计算分析方法。
　　（一）正装计算法
　　正装计算法对结构的受力和变形分析是根据桥梁结构的实际施工加载顺序来进行的。它对桥梁结构的实际施工过程能够进行较好的模拟，对桥梁结构形成的过程中有关的影响因素能够进行全面的考虑。这种计算方法的特点是：结构形式、荷载形式、边界约束随着施工阶段的不断推进而进行不断地改变，几何位置也发生了改变，本次施工阶段结构分析的基础就是前一阶段的结构状态。在各施工阶段逐步计入混凝土收缩的时差效应和结构的非线性效应。正装计算法把较为精确的结果提供给成桥结构的受力，而且为结构的强度提供相应的依据，同时还可以为施工阶段桥梁结构的施工监控提供良好的基础。悬臂浇筑施工预应力混凝土连续梁桥的正装计算步骤：（1）结构初始状态的确定。其主要包括：体系转换信息、混凝土徐变信息、二期恒载信息、材料信息、中跨、边跨的大小、桥墩的高度、施工临时荷载信息、桥面线形。（2）基础、桥墩和0号块浇筑完成后，在每一个桥墩上对称地对各个块件依次进行悬臂浇筑，直到完成为止，挂蓝拆除。上一阶段结束时结构变形后的几何形状是每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力计算的基础和依据。（3）计算边跨合拢、次边跨合御、中跨合拢结构的变形和内力。（4）桥面铺装：对二期恒载作用下结构的变形和内力进行计算。
　　（二）倒装计算法
　　倒装计算法对结构的行为进行分析是按照桥梁施工加载顺序的逆过程来进行的。采用倒装计算法时要注意以下几点：（1）倒装分析时的初始状态的确定是由前进分析来进行，但是初始状态中的各杆件的轴线位置可以取设计轴线位置。（2）在进行单元的等效荷载拆除时，在剩余主体结构接缝处把被拆单元接缝处的内力反作用在上面然后再加以模拟，由前进分析计算这些内力值。（3）本阶段结束时，本阶段荷载作用下的结构受力与前一阶段结构受力状态相叠加得到本阶段的结构受力状态。
　　以上这两种方法确实都有其优点，但是他们同时也存在各自的不足的地方。就正装计算法而言，虽然对个阶段的内力分析可以严格按照设计好的施工步骤来进行，但是由于分析中结构节点坐标发生迁移，以及往往采用规范上的一些设计参数来进行计算，同时也有一些理论性的假定，桥梁实际状态与预测状态总是存在一定的差距，设计线形最终不能在结构现形中完全实现。对于悬臂施工的连续梁桥，只有给出各个施工阶段结构物控制点的标高，才能保证桥梁竣工后的线形，但是就是采用正装计算法也无法解决此问题。用正装计算法指导的桥梁施工立模标高的设置是以设计标高加施工预拱度和运营预拱度的形式来进行的，根据正装分析法的挠度资料来获得施工预拱度，此预拱度等于模型中该节段施工开始到结束过程中该点的理论计算挠度的反号值。因此，当桥梁竣工时，该点下挠，抵消了预设的施工预拱度，设计标高和运营预抛高之和就是成桥竣工标高，这正是人们所希望的。然而实际上，实际结构的应力和挠度与模型理论计算值会存在误差。对于倒装计算法而言，对于上面这个问题正好能够很好的解决掉。它的基本思想是，假设t=t0时，对于当t=t0时利用正装计算法计算的结果能够满足内力分布的要求，此时线形能够满足设计要求。在刚开始时，倒拆结构并按照正装分析的过程进行，对每次拆除一个施工阶段对剩余结构的而影响进行分析。结构施工的理想状态，就是施工各个阶段结构应有的位置和受力状态。全桥最终的形状和受力特性都受每个阶段的施工理想状态控制。当前倒装计算也有其自身的不足之处，对于混凝土的收缩以及结构的非线性计算用倒装计算时无法实现的。由此可知，在桥梁的监控中，倒装计算法与正装计算法得出的结构是不能完全闭合的。
　　
　　三、悬臂施工连续梁桥的施工监控流程
　　 （一）施工现场控制系统
　　在施工控制系统中施工现场控制系统是核心，整个施工控制的主要分析过程都在施工现场控制系统中包含，具体包括误差分析、未来预测、数据比较、参数识别、结构当前状态把握等功能。通过上述分析处理，得出调整后的最优状态，同时对下一施工阶段进行预测，提供一些措施来进行下一步施工。
　　（二）结构状态监测系统
　　结构状态监测系统包括设计参数监测和结构状态监测。设计参数监测主要是为模拟分析控制提供合理的基本参数，结构状态监测是为了当前施工阶段状态是否与设计值相符进行判断而提供的结构实际参数。结构状态监测系统主要应用现代化的传感技术、测试技术、计算机技术、现代网络通讯通信技术对桥梁的工作环境、桥梁的结构状态、桥梁在车载等各类外部荷载因素作用下的响应进行实时监测，及时掌握桥梁的结构状态，全面了解桥梁的运营条件及质量退化状况，为桥梁的运营管理、养护维修、可靠性评估以及科学研究提供依据。
　　
　　四、结语
　　总而言之，施工控制是一个复杂的系统工程。悬臂施工连续梁桥的施工监控要想有效地得以实施，就必须确保施工管理和控制技术，否则监控就会失败。完善的施工监控系统的建立以及实施计划的制定能够保证施工监控的有效实施，与此同时，还要求要根据实际情况进行调整。
　　
　　
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