白坭河钢管混凝土拱桥的施工监控方案.doc

白坭河钢管混凝土拱桥的施工监控方案白坭河58.4+128+58.4米的钢管混凝土拱桥施工监控方案目 录第一部分 桥梁基本状况说明11工程概况12设计规范及技术标准2第二部分 分段施工分析与控制方法简介51分段施工法的形成51.1 分段施工概念52分段施工法的特点52.1 适用跨径62.2 主要优点62.3 存在问题73施工方法对结构受力的影响84分段施工桥梁的结构状态问题84.1 分段施工荷载95结构状态分析115.1 结构控制与稳定性分析115.2 强度破坏与应力验算115.3 线性控制与变形计算126结构状态误差126.1 施工荷载变化136.2 结构性能差异136.3 周围环境影响14第三部分 施工监控体系设计151钢管混凝土拱桥施工监控目的152钢管混凝土拱桥监控基本原则153钢管混凝土拱桥监控基本方法164钢管混凝土拱桥施工监控的任务175白坭河58.4+128+58.4m的刚管混凝土拱桥施工控制的工作内容185.1 建立施工控制体系185.2 设计计算与施工控制计算的校核196施工控制中的现场测试226.1 实际施工中的材料物理力学性能参数226.2 实际施工中的荷载参数226.3 实际施工中的截面几何参数237施工控制中的实时测量237.1 建立实时测量体系及其信息传递体系247.2 物理测量247.3 线形测量267.4 力学测量288监控测试进度计划368.1 前期准备368.2 实施监测阶段368.3 施工控制精度368.4 总结阶段379白坭河58.4+128+58.4m钢管混凝土拱桥设计复核3710白坭河58.4+128+58.4m钢管混凝土拱桥抗震性能评估3711监控测试组织机构及人员配备38附件1 相关资质40附表 桥梁施工监控附表4320白坭河58.4+128+58.4米的钢管混凝土拱桥施工监控方案第一部分 桥梁基本状况说明1工程概况白坭河特大桥跨西南涌主桥桥式采用（58.4+128+58.4）m连续梁拱桥。主桥平面位于缓和曲线和直线上，99#墩到100#墩之间的范围为缓和曲线，线间距为4.096m4.0m；直线段线间距为4.0m。纵坡G=0。1、主梁结构本连续梁拱大部分梁段平面均位于直线上，小里程侧边跨部分位于缓和曲线上，梁体轮廓尺寸均以直线梁绘制，梁体各纵向尺寸均以沿左线中心线的展开尺寸。位于缓和曲线范围内的0#梁段安直线梁的布置，平曲线上其余梁段，施工单位可根据具体平曲线要素，按结构中心线平行左线中心线进行梁体平面布置，保持径向截面尺寸不变。主梁为预应力混凝土结构，采用单箱单室变高度箱型截面，跨中及边支点处梁高3.2m,中支点处梁高6.5m，梁底按圆曲线变化。箱梁顶宽12.5m，中支点处局部顶宽15.0m；箱梁顶板厚0.45m，中支点处局部顶板厚1.05m，边支点处局部顶板厚0.75m；箱梁底宽8.0m，中支点处局部底宽10.2m；底板厚度0.501.065m，中支点处局部底板厚1.55m，边支点处局部底板厚0.85，边支点处底板设0.600.8m检查孔。箱梁采用直腹板，腹板厚边跨分0.60m、0.80m两种；箱梁共设4道横隔板，边支点横隔板厚3.0m，中支点横隔板厚3.0m，各横隔板均设进人孔；箱梁于各吊杆处共设14道吊点横梁，主梁共分61个梁段，除0#梁段、K17梁段在支架上施工外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑，悬臂梁段最重1998.4KN。3、拱肋拱肋计算跨径L=128.0m，设计矢高f=25.6m,矢跨比f/L=1：5，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程：Y=-1/160+0.8X。拱肋于拱顶设置最大0.10m预拱度，施工矢高f=25.7m,拱肋实际施工均采用施工拱轴线制作和拼装。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高度2.8m。拱肋钢管在工厂制作加工后，用至现场拼装。3、预应力体系主梁设纵向、横向和竖向三向预应力。纵向钢索均采用两段张拉，腹板钢索锚下张拉控制应力=0.72fpk,顶板（17-15.24mm）和底板钢索锚下张拉控制应力=0.68fpk，顶板其余部分钢索锚下张拉控制应力=0.62fpk，钢索张拉锚固后，钢索管道均采用抽真空压浆。横向钢索锚下张拉控制应力=0.70fpk；主梁竖向预应力采用直径32mm、25mm的高强精轧螺纹钢筋PSB830，锚下张拉控制应32mm精轧螺纹钢筋为N=567.4KN、25mm精轧螺纹钢筋为N=346.3KN。2设计规范及技术标准（一）设计规范1.铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）2.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）3.铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）4.钢管混凝土设计与施工规程（CECS2：90）5.铁路钢桥制造规范（TB10212-2004）6.建筑钢结构焊接规程（JBJ81-2002）7.钢结构工程施工及验收规范（GB50205-2001）8.铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）9.新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定（铁路桥涵2005285号）10.铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）11.关于发布等两项铁路工程建设标准局部修订条文的通知（铁建设2007140号）12.铁路钢桥保护涂装规范（二）设计基本情况1、线路等级：双线级铁路；电气化；轨底至梁高0.668m。2、设计活载：中-活载。3、设计速度：设计速度为120/h客货共线。4、建筑限界：满足双层集装箱列车开行条件。5、环境类别及作用等级：一般大气条件无保护措施的地面结构，环境类别为碳化环境，作用等级为T2级。6、地震基本烈度：六级设防烈度，地震动峰值加速度：0.05g，动反应谱特征周期为：0.35s。7、设计正常使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。8、施工方法：主梁适用于挂篮悬臂灌筑施工。（三）主要技术标准1. 恒载（1）结构自重：混凝土结构容重按=26.5kN计，钢结构容重按=78.5kN/计。（2）二期恒载：二期恒载重量包括钢轨、轨枕、道碴、防水层、保护层、人行道、三角垫层、栏杆、挡碴墙、挡碴块等附属设施重量。桥上按126.1kN/m计。（3）混凝土收缩徐变：钢管混凝土拱肋中，管内混凝土的收缩和徐变进行适当折减。（4）基础变位：各墩布均匀沉降按2cm计。2. 设计活载（1）列车竖向活载：中-活载（如图1），图2为特种活载图式。横向计算时取特种活载，轮重分布宽度纵向取1.5m。双线按90计。图1.1中-活载图式图1.2 特种活载图式（2）列车竖向动力系数：全桥纵向计算取1+=1.09。（3）列车横向摇摆力：取100kN一个集中荷载作用在最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。3. 附加力（1）风力：设计风速40m/s,基本风压=1000Pa。（2）结构温度变化：整体升降温15；主梁顶板非线性升温+5；拱肋与主梁温差15；吊杆与主梁温差15。第二部分 分段施工分析与控制方法简介1分段施工法的形成 在分段施工中，桥梁结构一般是由称之为梁段的钢构件或混凝土构件组成，借助进固件或预应力钢筋将梁段连成整体。一般认为，桥梁结构分段施工始于悬臂施工法，这种施工方法以对称的形式由墩顶连续向两边悬伸，一个梁段一个梁段的分段施工，一个桥孔一个桥孔地连续作业，最后完成整个上部结构的施工。随着悬臂施工法的不断深入发展，结合分段施工原理，又形成了一些其它的分段施工方法，例如逐跨施工法和顶推施工法等，从而丰富了分段施工的作业形式，扩大了分段施工的应用范围，完善了分段施工的技术体系。1.1 分段施工概念 与整体施工法和满堂支架施工法相比，桥梁结构分段施工是指桥梁结构的主要受力构件是由称之为梁段的单个块件，按预制或现浇（混凝土桥梁）的方式分段连成整体的施工过程。按照这一分段施工的概念，结合桥梁结构特别是混凝土桥梁结构的架设特点，桥梁分段具有三种基本形式，即“纵向分段施工”和“横向分段施工”和“竖向分层施工”。但在实际工程中，“横向分段施工”通常被称之为“装配式桥梁施工”，而“竖向分层分段施工”又被看做是“组合桥梁施工”，唯有梁段纵向连接的施工方法“纵向分段施工”，才是真正意义上的分段施工。2分段施工法的特点 分段施工法的变革促进了桥梁结构体系的和桥梁跨越能力的发展，扩大了钢桥和混凝土桥梁的适用范围。目前，大部分新建桥梁都首先考虑采用分段施工方法，主要原因在于分段施工方法具有一系列的特点。2.1 适用跨径根据实际运输、起吊、支承和立模等条件的限制，预应力混凝土悬臂施工的桥梁跨径可以达到300m，当采用斜拉体系后，桥梁跨径可以提高到450m，而悬臂施工法常用的跨径为60m-180m，其中悬臂浇注的跨越能力大于悬臂拼装；预应力混凝土逐跨施工的桥梁跨径可以达到150m，而常用跨径为20m-80m，其中逐跨现浇的跨径略大于逐跨拼装，逐跨施工方法修建的桥梁全长不宜小于300m；预应力混凝土逐段施工的桥梁跨径可以达到100m，而常用跨径为20m-60m，逐跨现浇与逐段预制的跨越能力相差不大。虽然，跨径很大的预应力混凝土桥梁的分段施工对设计和施工都提出了严峻的挑战，但是分段施工法在中等跨径和场地有限的桥位上得到了大量的应用，尤其在施工困难的城区或生态控制的工地，分段施工已经被证明是一种很有价值的技术，随着可用材料的增加，跨径可望达到更大。2.2 主要优点 目前几乎所有新建桥梁工地都具有采用分段施工法的条件，因而有必要认真总结和归纳分段施工法的优点。（1）对于各类桥型、各种跨径和不同桥长，分段施工均是一种经济有效的施工方法，并且对于斜、坡、弯桥也比较容易调整。（2）大量的设计投标和实际投资比较表明，分段施工法可以节省10%-20%的工程费用，因而合适的分段施工方法可以保证较低的投资。（3）分段施工可以有效缩短施工周期，特别是采用预制拼装式分段施工时，梁段可以在下部结构施工时同时预制，然后到现场快速拼装在一起。（4）分段施工有利于现场交通组织和桥位环境保护。与整体施工相比，分段施工占用更小的桥位空间。（）分段施工对现场施工的条件较低，可以结合具体工程实际，建造各种美观、新颖的桥梁结构。（）分段施工通常可以利用当地的材料和劳力，对整个劳动力的要求低于传统的整体施工法。对于预制块件，由于在工厂或工地施工，可以就地取材，避免大量的材料运输。（）分段施工的质量比较容易保证。采用预制拼装时，由于预制块件在工厂或预制厂施工，其质量当然有保证；即使是现场浇注，也因为分段浇注块件的局部性，其质量也要高于整体施工的大体积块件。（）由于分段施工技术在整个施工过程中要反复使用多次，无论是机具设备还是操作人员，所进行的都是一种重复性的工作，因此具有很高的安全性和可靠性。2.3 存在问题 尽管分段施工法在许多方面都具有明显的优势，但与整体施工法相比也存在一些问题或复杂性。例如：分段施工法一般具有更加复杂和严格的施工程序、具有更多更先进的机具设备、要求数量少但素质高的劳动力等等。而更重要的问题还体现在分段施工过程中结构受力分析和结构状态控制的复杂性上。（1）分段施工法最终形成的成桥状态结构受力与整体施工法一次落架的受力状态相比，存在很大的差异。整体施工成桥后结构受力状态与施工过程无关，而采用分段施工时，成桥后结构受力状态不仅与不同的分段施工方法相关，而且还与相同分段施工中不同的施工顺序密切相关。因此，确定各个施工阶段和成桥状态的结构受力状况显的尤为重要。（2）分段施工过程中的结构受力体系不断变化，各个施工阶段的受力状态即相互影响又相互独立，这使得施工过程中的结构受力分析变得更加复杂，但却更加重要。为了确保整个施工过程的安全性，必须对关键施工阶段进行实时结构受力状态的跟踪分析和实测监视。（3）分段施工要经历许多施工阶段，每个阶段都不可避免地存在施工误差、测量误差和环境误差，例如风载和温差等引起的误差。如何消除或修正这些误差，使得成桥后的最终受力状态更好的逼近于所确定的合理状态，这是桥梁分段施工中所面临的最大问题。分段施工法经过对现有材料（例如钢材和与应力混凝土）特性的进一步改进和各种适用范围的选择以及各项主要优点的发挥，与其它施工方法相比，已经显示出越来越大的优越性。如果能克服分段施工过程中结构受力分析和结构状态控制方面的问题，分段施工法可以在更广阔的应用范围内更具竞争力。3施工方法对结构受力的影响 桥梁结构特别是大跨度桥梁结构的分段施工，一般总是要经历一个长期而又复杂的施工过程以及结构体系转换过程。随着施工阶段的推进，桥梁结构形式、支承约束条件、荷载作用方式等都在不断地变化。一般意义下的桥梁结构分析认为，整个结构施工是一次形成的，即所谓的一次落架计算法。这种分段施工只是一种近似模型，并不能真实反应实际结构的受力性能。分段施工中的结构受力状态是逐工况逐阶段累计形成的，每个工况或每个阶段的结构受力分析必须独立进行，而中间施工阶段或最终成桥状态的结构受力是已经完成的各个工况各个阶段的结构受力性能，以及施工方法和施工顺序对这种结构受力性能的影响。桥梁施工是以桥梁结构最终成桥状态的结构受力（包括几何线性和截面内力）达到原定理想状态为目标的。采用整体施工时，这一目标比较容易实现，即所谓一次落架达到理想状态。但当采用分段施工时，这一目标的实现要复杂得多。造成这一复杂性的主要原因在于：一方面分段施工要经历多个施工阶段，每个施工阶段的结构受力都将伴随着结构体系、约束条件和荷载作用的变化而变化；另一方面不同的施工方法在确保桥梁结构几何线性实现成桥状态预期目标的前提下，由于施工中结构体系的不同，对超静定结构将形成不同的成桥状态截面内力。4分段施工桥梁的结构状态问题 桥梁结构特别是大跨度桥梁结构的分段施工要经历一个复杂而又漫长的施工过程，结构中的各个部分（例如梁体）是在分段施工中逐步形成的，各个施工阶段不仅结构形式不同，而且施工荷载也与成桥状态的设计荷载有一定的差异。一般意义下的结构分析是将荷载（除车辆荷载外）一次性地施加整个结构物施工完成时的图式上，这并不真实反应实际结构分段施工中受力特性。分段施工中的结构分析必须在正确描述整个施工过程中的荷载作用以及真实反应不同结构体系中的受力性能的前提下，确定各个施工阶段的结构理想状态并对实际结构体系在最不利条件的稳定性，安全性（强度）和适用性（刚度）进行验算。此外，结构分析中所采用的参数，例如材料性能、构件尺寸、轴线位置、施工荷载等，与分段施工中的实际取值存在一定的差异，即在整个施工过程中存在着随机误差的干扰，使各个施工阶段的实际结构状态（包括几何线性和内力状况）很难精确地达到理想状态。4.1 分段施工荷载4.1.1 结构恒载 结构恒载是指结构在施工过程中其值部随时间和施工阶段变化，或者变化与平均值相比可忽略不计的荷载。根据分段施工的特点，作用在各个施工阶段实际上部结构上的恒载，主要指块件重力、块件重力偏差和块件不平衡荷载等。结构恒载的作用位置、大小和方向都是固定不变的。 块件重力可以按照块件的实际体积或设计时所假定的体积及材料的容重进行计算，但是，必须考虑两种情况，即正在吊装时的块件的静重力以及由于意外原因释放或增加的块件荷载，或本来应该按静力荷载施加时突然产生的动力作用，最大应取静重力的2倍。块件重力偏差荷载主要考虑由于施工误差所造成的横截面重力的可能变化。块件不平衡荷载主要适用于平衡悬臂施工中。 4.1.2 施工活载 施工活载是指结构在施工过程中其值随时间或施工阶段变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。各个施工阶段的施工活载必须视结构体系、施工设备、施工顺序等具体条件而定，基本上可以分为分布活载、集中活载、动力活载和顺桥向活载等。施工分布活载主要指特定施工设备以及附属机具、装备等的分布重力，由于各个施工阶段机具设备的位置和大小都会有所变化，因此视其为随施工阶段变化的荷载，即活载。施工集中活载与分布活载一样，也主要来自于特定施工设备，包括由挂篮、支架、导梁、桁架、绞车等大型设备在施工过程中施加到结构上的最大集中力。但是集中活载的数值一般比较大，必须视具体施工情况而定。施工动力荷载是指机械设备运转时所引起的动力作用，例如在缓慢提升块件时，为了考虑块件的动力影响，必须将块件提升重力扩大为10%-20%等。顺桥向施工活载主要来自于施工设备所引起的纵向荷载。4.1.3 其它荷载 其它荷载是指结构在施工过程中所受到的除了结构恒载和施工恒载之外的任何荷载或作用，主要包括结构预加力、混凝土收缩即徐变影响力、温度影响力、风载作用等等。对于预应力混凝土桥梁结构，预加力在结构使用极限状态设计时，是作为永久荷载（恒载）计算其效应的，但在分段施工中应按照预应力筋的实际布置和预加应力的实际大小，分阶段跟踪计算结构预加力及其效应。如果是临时预应力筋，还必须考虑适当的施工阶段将其拆除。在成桥状态桥梁结构设计计算中，混凝土收缩及徐变的影响主要体现在超静定结构或结合桥梁中的内力或应力分布计算上，但在分布施工结构分析中，不仅要计算超静定结构或结合桥梁中的混凝土收缩及徐变影响力，而且还要计算结构变形。由于分段施工中各个施工阶段的混凝土龄期不同，因而收缩及徐变影响力会有所改变，不宜按恒载计算。在分段施工中，如果结构体系是超静定的，温度变化不仅会引起结构的变形，而且会产生结构内力。由于施工过程中结构体系不断变化，结构温差变形和结构温差内力的分析显的尤为重要。在温度影响力分析中必须同时考虑均匀温差（年温差）和温度梯度（日照或降温）两种情况。对于大跨度桥梁，不仅成桥状态而且施工阶段的风载作用力都是极其重要的设计荷载，有时甚至起到决定作用。风对桥梁结构的作用一般可区分为静力作用和动力作用。静力作用只需根据平均风速和体型系数按静风压力的方法确定静风荷载，动力作用不仅涉及到脉动风特性，而且还关系到结构振动特性，计算较为复杂。为了方便起见，在施工过程中，通常将动风荷载按静力等效的原理换算成等效静风荷载，静风荷载与等效静风荷载之和即为等效风荷载。对于分段施工中的结构风载作用力，一般应考虑来流方向的顺风向等效风荷载分量和垂直于来流方向的横风向等效风荷载分量，一般忽略扭转方向等效风荷载分量。5结构状态分析 分段施工方法和施工顺序直接影响到施工阶段以及成桥状态的桥梁结构状态-结构内力状况和结构几何线性。分段施工过程按不同的结构体系和施工内容应该分为若干个阶段，每个不同的施工阶段或者结构体系有别、或者是施工荷载不同、或者是结构受力体系发生了转换，分段施工结构状态分析必须包括严格按照各个施工荷载的实际结构形式和相应施工荷载以及按照实际结构形式和最大施工荷载来进行结构计算。前者用以确定各个施工阶段和成桥状态的理想结构状态-理想内力状态和理想几何线性，而后者用以验算各个施工阶段和成桥状态的实际结构强度、刚度和稳定性要求。5.1 结构控制与稳定性分析桥梁结构特别是大跨度桥梁结构的稳定性不仅在成桥状态，而且在分段施工中各个阶段是非常重要的。国内外曾经有不少桥梁，由于稳定计算不当或稳定性储备不够，在施工过程中发生失稳而导致全桥坍塌。目前，施工过程中桥梁结构的稳定计算已经引起人们足够的重视，随着计算能力和检测手段的不断提高，分段施工中桥梁结构稳定验算和稳定性监控的准确性有了很大的提高。5.2 强度破坏与应力验算桥梁结构的强度关系到桥梁的安全性和经济性，它与稳定问题具有同等重要的意义，特别是在分段施工中，要对各个施工阶段的结构内力或应力进行跟踪计算和验算。桥梁分段施工中结构的应力计算一直是人们关注的焦点。但是结构实际应力状态与计算应力状态不符，将造成严重的结构强度问题。但是，一方面分段施工中结构应力状态的精确计算受到种种条件的限制，另一方面结构实际应力检查复杂，必须借助特殊的结构传感器才能识别。5.3 线性控制与变形计算分段施工中桥梁结构的变形涉及到各个施工阶段特别是成桥状态的几何线性，一般只影响桥梁建成运营后的美观和舒适，远不如会造成结构安全问题的结构稳定和结构强度来的重要。由于分段施工方法和施工顺序对桥梁结构施工阶段和成桥状态的几何线性具有决定性的作用，特别是施工阶段结构体系和荷载形态不断变化直接引起结构内力和变形的不断变化，所以必须按照设计要求首先确定出成桥状态的理想几何线性，然后采用倒退分析或逐步逼近方法计算出各个施工阶段的结构变形，从而确定各个施工状态的结构几何线形。在最后具体实施各个施工状态几何线形时尽量减小设计值和设计值的偏差，使成桥状态的结构尺寸和几何线形的最后误差降低到施工规范所允许的范围。6结构状态误差 桥梁结构分段施工的最终目标，是使成桥状态的结构实际状态（包括受力和线形）最大限度地逼近理想设计状态。要实现这一目标，可以按照前述的适合于分段施工的结构状态分析方法分别确定出按先后次序排列的各个施工阶段的理想结构状态误差的因素很多，为了便于分析说明，下面将其归纳为四大类，即施工荷载变化、结构性能差异、周围环境影响和计算模型失真等，如表2.1所示。表2.1 结构状态误差因素分类表误差来源误差类别相关因素施工荷载变化结构重力几何尺寸和材料容重施工活载荷载密度和作用位置预应力或索力张拉机具、锚固设备收缩和徐变系数取值、龄期差异、受力状态结构性能差异截面特性几何尺寸材料模量材料离散性周围环境影响温度变化环境温度、结构温度、热胀系数风载作用体型系数、风速特性、静力等效原理计算模型失真单元离散化单元类型、单元划分、单元连接单元变形性能线性单元和非线性单元边界条件临时约束条件6.1 施工荷载变化桥梁结构在分段施工过程中，始终存在着施工荷载的作用，无论是结构恒载，还是施工活载或其它荷载都不可避免地存在着随机误差的干扰，主要体现在下列四个方面：（1）结构重力误差：结构重力误差主要来自两个方面。一方面任何施工方法都可能引起构件几何尺寸的差异，在验收规范允许或不允许的偏差限值内都将引起结构重力误差；另一方面材料容重，特别是混凝土材料容重在施工过程中也会出现波动，在几何尺寸不变的前提下，将引起结构重力误差。（2）施工活载误差：无论是分布活载还是集中活载都可能出现误差，这种误差主要包括两个方面：即活载密度和作用位置。（3）预应力误差：引起预应力误差的因素很多，包括张拉机具、锚固设备、管道摩擦等等。（4）收缩和徐变误差：引起分段施工中混凝土收缩和徐变影响力误差的原因是多方面的，有收缩和徐变的系数的取值、混凝土加载龄期大小、各节段之间龄期差异、各部分结构受力状态不同等。6.2 结构性能差异桥梁结构本身在分段施工中逐步形成的，结构性能主要是指结构受力变形性能都将受到随机误差的影响，主要体现在下列两个方面：（1）截面模量误差：既然构件几何尺寸的差异会引起结构重力误差，那么同样也会造成截面模量的误差，最终影响结构刚度及结构受力变形性能。（2）材料模量误差：材料弹性模量，特别是混凝土材料的弹性模量离散性很大，直接影响到结构受力变形性能。6.3 周围环境影响引起桥梁结构分段施工误差的环境因素很多，但最主要有两个，即温度变化和风载作用：（1）温度变化误差：桥梁结构周围环境温度的变化带有一定的随机性，会引起结构温度的变化，并通过材料热膨胀系数影响桥梁结构的变形和受力。因此，温度变化误差涉及到周围环境温度误差、结构本身温度误差和热胀系数误差三个方面。（2）风载作用误差：风对于桥梁结构的作用是一种十分复杂的现象，当风绕过桥梁结构时，会产生涡旋和流动的分离，形成复杂的空气作用力，这种风载作用本身就是一个随机过程。第三部分 施工监控体系设计1钢管混凝土拱桥施工监控目的施工监控目的是通过对施工过程进行监测，收集控制参数，分析施工中产生的误差，通过理论计算和实测结果的比较分析、误差调整，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的技术措施，调整必要的施工工艺和技术方案，使成桥后结构内力和线型处于有效的控制之内，并最大限度地符合设计理想状态，确保施工质量和安全性。根据以往钢管混凝土拱桥施工及控制经验，施工过程中影响桥梁结构内力和线型的因素主要有：桥梁施工的临时荷载;缆索吊塔架的变形；日照的影响；主拱肋混凝土浇注顺序；混凝土浇注方量的控制；混凝土的容重；混凝土弹性模量：混凝土收缩及徐变的影响。当上述因素与估计不符，而又不能及时识别是引起控制目标偏离的主要原因，其结果必然导致施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积。钢管混凝土拱桥跨度大、桥面宽，结构新颖，施工工艺复杂、技术难度大，必须根据施工过程监测的结果进行及时修正。因此施工监控己经成为桥梁施工过程中不可缺少的工序。2钢管混凝土拱桥监控基本原则根据拱桥拱肋主要受压的特点，及钢管混凝土拱桥施工控制的主要原则是稳定性、变形和内力的综合考虑。其中稳定性控制是关键和前提，而变形与内力控制则根据拱肋本身的特性和施工方法应采取以下控制策略：在稳定性满足要求的前提下，对变形、应力进行双控，其中以变形控制为主，严格控制各个控制截面的挠度和拱轴线的偏移，同时兼顾应力发展情况。上述策略的制定主要考虑到虽然挠度和内力都能反映结构的当前状态，但应力反映的是拱肋截面上某一点的受力情况，而挠度是某一截面所有受力点的综合反映，是结构的整体表现，挠度的控制属于“整体”控制，应力的控制相对来说属于“局部”控制。此外，挠度测量除了受外界温度的影响外，受外界的其它干扰小，能够达到控制精度：而应力测量则受外界因素影响大。因此桥梁施工控制中应加强结构参数的识别，建立准确的结构计算分析模型。考虑外界的环境因素(温度、湿度等)、施工附加荷载等对实测应力、变形的影响，考虑材料的收缩、徐变产生的附加应力和变形。选择温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，适合于长期观测的应力和变形测量系统。通过上述措施使所测得的应力和变形能正确反映结构的实际状态，从而为后续施工提供可靠的依据。3钢管混凝土拱桥监控基本方法在上述控制原则的前提下，采用自适应控制法对钢管混凝土拱桥进行施工控制，再加上一个系统参数识别过程，即施工一量测一参数识别一分析一修正一预测一施工的循环过程，然后比较结构测量的受力状态与模型计算结果，依据两者的误差进行参数调整，使模型的输出结果与实际测量结果相一致。再利用修正的计算模型参数，重新计算各施工阶段理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。在这一基础上，将产生的误差的原因尽量予以消除，给出下一个工况的施工控制指令，使现场施工形成良性循环。这样，经过几个工况的反复识别后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。在运用上述思路时，应根据具体桥型控制的不同特点，采取不同的对策；在施工前确定合理的施工步骤、现场严格按预定的施工步骤进行施工、及时发现和纠正已经存在的误差是桥梁施工控制的关键。钢管混凝土拱桥施工误差主要出现在以下几个方面：桥梁施工临时荷载，包括临时机具、人员重力等；多种材料复合断面的应力应变关系不明确；拱肋定位时温度影响，包括钢骨架的预制初始温度及安装温度等；桥面横梁及主梁重量的误差；混凝土配合比及弹性模量等的不准确；混凝上徐变及收缩参数的不确定引起的应力重分布；浇筑阶段温度的影响；混凝土参与受力龄期的影响等。根据以上特点，施工控制采取在结构稳定性满足要求的前提下，对结构变形、应力进行双控，其中以变形控制为主，严格控制拱肋关键截面在危险工况的挠度变化、拱轴线偏位，同时关注材料应力发展状态及趋势。这样做的原因在于高程的变化反映了结构的总体宏观表现，是结构各控制截面整体位移的综合反映，而应力是控制截面某一点的微观受力状态。具体采用以下方法：(1)结构施工前期分析：在对施工图充分理解的基础上，与施工单位广泛接触，尽可能详细地了解施工过程，调查施工荷载的大小与位置。根据设计及施工单位选定的施工方法进行每一工况有限元理论分析，尽可能预先精确模拟计算施工全过程，获得结构各施工阶段的期望状态，给出各施工过程中断面的内力、应力和变形的期望值，对选定的施工控制主要参数及主要成果应形成施工控制预备文件，在此基础上进行施工误差灵敏度分析，确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的内力及位移调整方案，作为施工依据。(2)现场测试与现场计算分析调整：在施工全过程中，对全桥结构进行现场测试跟踪，将实际测量结果与理论计算结果进行分析对比，在出现误差时，通过结构线型、材料弹性模量、温度场等的现场测量结果，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施、调整以后的施工要求。(3)关键部位的应力及变形跟踪：根据前期分析的结果，确定结构在施工期间的薄弱环节，对施工期的危险状态进行结构应力状态监测及结构状态刚度变形测量。4钢管混凝土拱桥施工监控的任务预应力混凝土箱形连续梁拱桥是一种结构合理的桥式，支点的负弯矩和柔性拱的作用极大的降低了跨中正弯矩的数值，它能使混凝土和预应力钢绞线材料充分发挥各自的特长，因此，这一特点使其成为中等跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。但连续梁拱桥的施工却是一项比较困难的任务。按设计指定的施工方法和施工工序进行施工后，由于现场实际的千差万别，也会发生结构体系的各类响应值与预期值不一致的情况。国内外已有不少桥梁在建成后主梁的最终外形曲线与设计严重不符合。如重庆石门大桥。这样不仅严重影响桥梁的美观和行车舒适，同时也使桥梁的最终内力状态偏离设计值，影响桥梁使用寿命。并且为纠正线形往往会给施工带来较大的麻烦。例如，美国P-K桥，合拢时误差17厘米，法国的Brotone桥采用压重法才使大桥合拢。特别对于大跨径桥梁，系杆拉力增量将产生很大的变形，根据位移变形协调条件，拱的水平推力的增量主要由桥墩和拱助自身承受，因而考虑系杆变形后它是有推力的结构。系杆的作用是对拱施加预应力以抵消拱的大部分水平推力（主要是恒载产生的水平推力），因此通常把系杆看成预应力体外索。除去系杆承受的水平推力后余下的拱的水平推力一般来说不大，还可以通过适当的超张拉给予最大限度的减小，从这个角度可以看成无推力拱。系杆拱由于系杆的存在，降低了对下部结构和基础的要求，使拱桥的应用范围从山区扩大到了平原和城市。在施工方面，系杆拱的施工可以像固定拱一样采用无支架施工，因而桥梁的跨越能力也较大，也能够充分发挥钢管混凝土拱桥施工方便的优越性。由于这些优点，这种桥型出现以后得到较广泛的应用。桥梁施工控制的任务就是要根据全过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力(应力)与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差异并找出原因，提出修正对策，以确保在全桥建成以后桥梁的内力和外形曲线与设计值相符合。桥梁施工控制的工作从广义来讲就是指施工控制体系的建立和正确的运作，从狭义来讲是指施工控制理论的建立和实现。一方面根据选定的施工方法对施工的每一阶段进行理论计算，求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值，形成施工控制文件；另一方面，针对实际施工过程中由于种种因素所引起的理论计算值与实测值不一致的问题，采用一定的方法在施工中加以控制、调整。白坭河特大拱桥，本桥桥孔布置为58.4+128+58.4连续梁拱梁，全长244.8m（不含两侧梁端至边支座中心各0.7m）。桥梁构造及力学性能复杂，施工难度很大。对该拱桥主梁施工过程进行合理的控制是使桥梁施工结果与设计要求相吻合的重要保障。5白坭河58.4+128+58.4m的刚管混凝土拱桥施工控制的工作内容5.1 建立施工控制体系 预应力混凝土箱形连续梁拱桥的施工控制与其设计和施工有密切的联系。根据白坭河58.4+128+58.4m的连续梁特大拱桥施工的特点，参考国内外施工控制工作的开展情况，我们拟建立如图3.1所示的施工控制体系进行主梁和拱肋的施工控制。施工控制体系主要由实时测量体系、现场测试体系和施工控制计算体系组成。桥梁的施工控制过程实质上是一个信息的采集、处理、反馈的控制过程。图3.1中的实时测量体系和现场测试体系是施工控制信息的采集系统。在信息采集之后，按照控制理论对施工信息进行分析处理，对施工过程中的施工误差进行评价分析，并根据情况提出控制的目标量以及调整、修正的对策，反馈给施工单位指导下阶段施工，从而完成控制的工作。为保障施工控制过程的顺利实施，尤其是为保障信息传递的通畅，在组织体系上应成立专门的施工控制组。根据白坭河58.4+128+58.4m的连续梁特大拱桥的实际情况，建议由甲方、设计院、施工、监理和监控单位的人员组成施工控制协调组。为保障施工控制过程中信息传递的准确、高效，在施工控制的具体工作中还应建立一套完整的报表体系。报表体系由施工控制组根据施工现场具体的情况和施工控制工作的特点来设计。施工单位在一个施工阶段完成后的实测数据通过施工控制报表及时传递给施工控制组；施工控制组对施工信息分析处理后得到的施工控制参数也通过报表以指令的形式及时报告监理，由监理发给施工单位。对各施工阶段的施工结果，采用误差通报的形式供相关部门参考。5.2 设计计算与施工控制计算的校核桥梁施工控制的目的就是使施工与设计尽可能一致。在预应力混凝土箱形连续梁拱桥设计计算中通常会采用一些假定参数用于计算，比如：梁段块件材料的弹性模量、容重、施工时间等。另外，在设计计算中还有大量的指定计算参数，比如：施工顺序、预应力张拉等。在预应力混凝土箱形连续梁桥的施工控制计算中通常会采用尽可能真实的参数用于计算。由于预应力混凝土箱形连续梁拱桥的设计和施工中存在着两种既不相同又相互联系的计算过程，并且在实际工作中这两类计算可能采用不同的计算模型，由不同的单位来完成，因此，为达到使施工控制指导的施工能与设计结果相一致，首先要校核设计计算与施工控制计算的闭合性。这一校核过程主要是在施工控制计算初期，根据设计图提供的资料，建立施工控制计算模型，采用设计计算的主要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者是否在计算模型及施工方法模拟间存在实质性差异。只有在二者计算结论基本一致的前提下施工控制的开展才有实际意义，否则要与设计人员一起仔细核对两种计算过程，找出并解决存在的问题。图3.1 预应力混凝土箱形连续梁拱桥施工控制体系白坭河钢管混凝土拱桥的施工监控方案6施工控制中的现场测试在施工控制计算中要根据实际施工中的现场测试参数进行仿真计算，并根据施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合，以使施工控制计算能与实际施工相符。需要进行现场测定或采集的参数包括以下一些内容：6.1 实际施工中的材料物理力学性能参数(1) 混凝土的容重、弹性模量、拉压强度在以往的施工控制工作中曾发现混凝土的弹性模量实测值较设计取值存在一定差异。因此应对工地现场用于主梁施工的混凝土进行专门的弹性模量测试。实验时取几组试件做混凝土7天和28天的静弹性模量测试，用其统计平均值作为混凝土施工控制计算的实测值。混凝土的容重、强度参数直接使用工地试验室进行的此类常规测试的资料。此部分数据应由施工单位提供。(2) 混凝土的收缩徐变系数混凝土的收缩徐变系数的实验室测试需要一个较长的周期及较大投资的设备，对施工现场混凝土收缩徐变系数则按规范取值，并在施工控制过程中进行分析和修正。(4) 其它物理参数在钢管混凝土拱桥的施工控制中为考虑温度效应对结构体系的影响，还需对材料的线膨胀系数和热导系数进行测试。这些数据由相应材料的制造单位提供。6.2 实际施工中的荷载参数(1) 主梁恒载(a) 一期恒载主梁的一期恒载基本是根据设计资料进行统计，再根据现场测试出的材料容重进行计算，并依据实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差进行修正。一期恒载统计计算的重点是确定每一主梁梁段的实测自重。对于梁体内的锚头、锯齿快等的重量也应考虑计入。在施工控制计算中横梁自重以集中力的形式作用在结构模型上。(b) 二期恒载主梁的二期恒载也是根据设计资料与现场调查相结合，并采用现场测试的材料参数加以计算。主梁二期恒载的统计内容包括：桥面铺装、栏杆、缘石、灯柱等。(2) 施工荷载要根据施工单位提供的资料，经现场核对，确定在主梁施工过程中施工机具的使用造成的作用在结构体系上的荷载的大小及位置。(3)临时荷载在实际施工过程中施工单位由于种种原因会在结构体系上增减某些临时荷载。对于其中影响较大的荷载，要根据施工单位提供的数据及施工控制组成员现场调查分析，将这些荷载进行量化模拟，反映在施工控制的实时计算中，以便对施工控制的指标进行及时的修正。这些荷载如：施工过程中施工机具荷载的变化；主梁施工现场临时堆放的机具、材料等；施工过程中对结构临时或意外约束。6.3 实际施工中的截面几何参数这主要是指对主梁断面几何尺寸的测定。钢管混凝土拱桥主梁及拱肋断面的几何误差对结构体系的影响表现为对主梁恒载和主梁及拱肋刚度的影响，施工中对此部分的监控是为了使施工控制计算能更准确反映结构的挠度变化。主梁和拱肋截面尺寸数据在施工过程中进行采集。7施工控制中的实时测量在结构进入悬臂浇注施工之后，各种施工误差会不断出现，使实际结构状态与结构理想控制目标相互靠近，并以此为基础预测未来状态。下面以挂篮施工每一节段作为一个循环介绍这一实时控制过程。1、挂篮前移就位挂篮前移后，立即测出结构悬臂段端的挠度变化值。根据待浇节段结构预变位与挂篮系统变形的预抛高，进行挂篮底模前端标高的放样。2、混凝土浇注完毕混凝土浇注完成后，立即测出已建结构悬臂端的挠度变化值。根据新浇节段外端的挠度增量检查挂篮系统变形的情况。混凝土材料试验，求出素混凝土容重，测出弹性模量与抗压强度，并定时分批维持到28天。3、张拉预应力筋张拉预应力钢筋及记录实际张拉力，张拉结束后测出结构悬臂端的挠度变化。7.1 建立实时测量体系及其信息传递体系钢管混凝土连续梁拱桥的施工控制过程实际上是一个信息的采集、处理、反馈的过程。从施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外，大量的是现场的实时测量的数据。在施工控制中所关心的是三大类实时测量数据。(1) 物理测量，包括时间、温度等；(2) 线形测量，主梁线形、拱肋线形；(3) 力学测量，主梁应力、拱肋应力、拉索索力。这部分数据的准确采集、及时传递是施工控制工作有效进行的保障。为此应根据施工的具体特点制定出一系列施工控制表格，要求施工测量人员在关键施工环节中进行数据测量，并将结果填写于表格交由施工负责人及监理签字认可后报给施工控制组进行分析。对其中一些明显或可疑数据经提出后进行及时复测。施工控制组采用现场测试参数和实时测量数据进行计算分析，将结果以指令的形式发布于施工控制表格中指导施工单位进行下一步施工。7.2 物理测量(1) 时间测量钢管混凝土连续梁拱桥桥施工各工序完成时间的数据在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。在设计计算中这部分数据只能按通常施工水平进行评估。而施工控制计算进行的是实时计算，必须按实际的施工时间参与计算。时间的测量按年、月、日、小时来计量，由此可得到各关键施工工序的周期。(2) 温度测量预应力混凝土箱形连续梁桥施工过程中环境温度的大小即日照温差直接影响到结构体系的内力分布。并且温度因素使结构体系发生变形还影响到施工中构件的架设精度及主梁标高测量的结果。特别在大跨度预应力混凝土箱形连续梁拱桥施工中日照温差影响较大，一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中，某些工序的标高测量由于工期限制需要立即进行，这部分的测量数据就必须在施工控制分析中考虑温度的影响导致的修正量。对环境温度的测量通常是用普通温度计进行测量。对梁的温度测量采用接触式温度计来测定结构表面温度，接触式温度计测试精度为0.1C，主梁内部的温度则通过预埋高灵敏度温度传感器进行测量。表3.1 白坭河特大桥主梁温度场测试结果测试起止时