1转体牟家村跨同三高速公路特大桥406440m连续梁施工监控方案转体

1、新建青岛至连云港铁路工程牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁施工监控方案兰州交通大学工程检测有限公司2015年4月新建青岛至连云港铁路工程牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁施工监控方案编制：复核：审核：兰州交通大学工程检测有限公司2015年4月1 工程概况牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁结构如图1所示。图1 牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥上部结构图本桥右单线以1-（40+64+40）m连续梁跨越兖日铁路（跨越里程改右dik154+、改右dik154+），主墩18#、19#墩，与线路夹角48，梁

2、全长，共计35个节段；梁高沿纵向按二次抛物线变化，中支点梁高，边支点及跨中梁高，0号块长9m，中跨跨中直线段长10m，边跨直线段长，梁顶板宽度，底板宽度。本连续梁为转体施工，转体长度62m，转角48，单侧转体重量3000吨。 2 施工监控的意义和目的桥梁顺利转体前提条件是成桥后的线形和受力要符合设计要求，所以在桥梁施工过程中要对每个施工阶段进行追踪监控，利用相关软件和分析方法对实测数据进行分析，然后反馈到模型当中进行修正，以保证桥梁成桥后的线形和受力状态。由此可见，转体桥梁的施工监控对今后梁体能否顺利完成转体是至关重要的。由于桥梁施工监控的基本要素是线形和应力监控，但是对于具体的桥梁来说它具有

3、自己的控制要点。例如，对于转体桥梁来说，除了对线形和应力进行控制外，还要对其转体配重、不平衡力矩及转动过程中桥梁的偏心矩等进行监控。桥梁转动体系必须具备转动性强和平稳性高。由于球铰本身的制作和安装都存在一定的不完整性和误差，因此在后期桥梁转动时就已经存在一定的偏差。再此偏差基础上，由于前期的施工控制所导致的误差，也累计到转体偏差上面，因此必须对其进行测量，来分析其转动所需参数。而作为关键部位的球铰，是整个桥梁转动的支撑面，其上面的摩擦力决定着牵引动力的大小。由于桥梁在最后的支架拆完时，需要对梁体进行转体合拢，而在此期间必须要保证稳定性和旋转机动性两个基本条件。为了保证梁体能够顺利的转动，必须提

4、供足够的牵引力，而影响牵引力的主要因素就是摩阻力。此外，由于球铰的上下球铰面的吻合程度是保证结构拥有自平衡能力的前提条件，所以它对整个结构的稳定性的保持起着很大的作用。在实际现场桥梁的施工当中，由于混凝土浇筑、及临时荷载等等不可预计的外界因素的存在，而导致了球铰受力与理论产生一定的偏差，再加上重量分布不均造成的球面润滑剂蠕动性能的影响，使得摩擦力在一定程度上表现不同。为了将这些因素进行量化，则需要对梁体做称重试验及相关的力学计算，为后期转体所需设备、施工技术和安全性能提供重要的参考依据。一旦桥梁脱架悬臂处于悬空状态时，此时其稳定性表现的尤为突出，因为没有足够的稳定性会导致桥梁安全方面的隐患。而

5、不平衡力矩是作为转体构件稳定性的重要因素之一，为了估计转体时的平稳性，需要通过称重试验对其参数进行测量，得到偏心距从而计算不平衡力矩，最终完成配重。本桥预应力混凝土连续梁桥，梁体为预应力混凝土连续箱梁，采用悬臂后转体施工。该类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的不安全。在施工过程中，为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向

6、位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好、保证在施工中主梁截面不出现过大的应力，必须对该桥主梁的挠度、应力等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保该桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁线形符合设计要求。对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。在转体桥梁进行转体之前，必须对整个转体桥

7、梁进行平衡分析，而平衡分析的目的是保证梁部结构悬臂施工完成或者拆完支架之后是个平衡体，以避免发生不必要的安全事故。为了在转动前和拆完支架后保证其形成一个平衡体系，需要对此桥上部悬臂梁端进行配重，而配重比例的多少需要通过称重试验来完成。对该桥连续梁部分进行施工监控的目的就是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形及受力状态符合设计要求，主要控制内容为：主梁线形、受力、转体过程中的不平衡称重。3 施工监控的原则和方法本桥的施工监控包括两个方面的内容：梁的变形控制和内力控制，变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠度，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一

8、阶段更为精确的施工做好准备工作；内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，使其不致过大而偏于不安全或在施工过程中造成主梁的破坏。本桥采用转体+悬臂施工，梁部结构采用的悬臂施工方法属于典型的自架设施工方法，对于本桥来讲，由于在施工过程中的已成结构（悬臂阶段）状态是无法事后调整的或可调整的余地很小，所以，针对主梁的结构和施工特点，梁部的施工监控主要采用预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在

9、后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。梁体从刚开始的浇筑到悬臂到最大悬臂期间，结构的约束和受力，以及变形都有很大变化，还有混凝土从刚浇筑开始到强度达到设计要求之间，它的弹性模量也在发生着变化。因此，需要对全桥受力、变形进行控制，此外还要时时修正物理参数等。本桥的最终成桥状态是否满足设计的要求，取决与对施工过程中每个阶段的控制和施工的质量。其中控制起着关键的作用，对于本桥我们采用上述的正装和预测法进行控制分析。在本桥施工控制中，针对于参数的调整和分析需要一套理论体系，如最小二乘法。其主要原理就是保证误差离散程度在均值附近，以均值代替所测数群。4 施工控

10、制体系为有效地开展施工监控工作，在本桥的施工监控中需要建立如图2所示的施工监控体系。施工体系张拉预应力挂篮前移(下阶段钢筋)施工现场设计体系设计计算设计指定参数砼容重、弹模块件重量、尺寸施工荷载偶然荷载现场测试体系实时测量体系应力测量线形测量温度时间主梁线形物理测量力学测量施工控制预测计算施工控制实时计算施工控制计算体系计算核对实测值现场测试参数参数识别、修正施工控制计算参数施工控制计算值比较修正量计算分析发布施工控制指令下阶段施工资料：立模标高预告及挂篮变形量预测图2 牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥施工监控体系5 施工控制基本理论牟家村跨同三高速公路特大桥（40

11、+64+40）m单线连续梁桥的施工监控中，对梁体线形、应力进行重点控制。在控制过程中，监控方采用自适应控制方法对本桥进行线形控制，采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。 本桥悬臂施工阶段施工控制的特点本桥为两边跨、一中跨结构，合拢阶段有边跨合拢和中跨合拢几个阶段，结构在合拢顺序上不对称，合拢阶段张拉的预应力对悬臂梁端的位移有较大影响，可能造成合拢段两侧的累积位移不同，在施工阶段需要对合拢段两端的梁段设置不同的预拱度，若需设置的预拱度差值较大，会使线形控制的难度增大，本桥线形控制的重点在于合拢段两端梁段的预拱度设置和全桥整体线形控制。连续梁桥在悬臂施工阶段是静定结构，合拢过程中如不施加额外的压

12、重，成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多，因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。若已施工梁段上出现误差，除张拉预备预应力束外，基本没有调整的余地，且这一调整量也是非常有限的，而且对梁体受力不利。因此，一旦出现线形误差，误差将永远存在，对未施工梁段可以通过立模标高调整已施工梁段的残余误差，如果残余误差较大，则调整需经过几个梁段才能完成。根据上述分析，悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是，已完成梁段的误差无法调整，而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关，与已完成梁段的误差基本无关。因此，在图3自适应施工控制原理图中的下半环，即控制量反馈计算，在连续梁施工控制中一般不起作用。同时，上

13、半环，即参数估计及对计算模型的修正就显得尤为重要，只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的。 自适应施工控制系统 对于预应力混凝土连续梁桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。图3为自适应控制的原理图

14、。图3 自适应施工控制基本原理当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按照上述反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，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。对于采用悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶附近的相对线刚度较大，变形较小，因此，在控制初期，参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小，这对于上述自适应控制思路的应用是非常有利的。经过几个节段的施工后，计算参数已得到修正，为跨中变形较大的节段的

15、施工控制创造了良好的条件。 参数识别在本桥的施工控制中按照自适应控制思路，采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析，其基本方法是：当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时，测得已施工梁段悬臂端个阶段的挠度为：设原定理想状态的梁体理论计算挠度为：上述两者有误差量：若记待识别的参数误差为：由引起的各阶段挠度误差为：式中：参数误差到的线性变换矩阵。残差：方差：将上式配成完全平方的形式：+当时，即0时，上述不等式中的等号成立，此时达到最小，因此的最小二乘估计为：引入加权矩阵：有： 在连续梁桥悬臂施工的高程控制中，可以由结构性能计算出，按工程条件定义，由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值，计算，最后获得参数

16、误差估计值，根据参数误差对参数进行修正。6 桥梁施工控制结构分析 结构分析依据及计算参数的确定6.1.1 结构分析计算依据(1) 牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥施工图(2) 铁路桥涵设计规范(3) 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(4) 铁路桥涵地基和基础设计规范(5) 新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定(铁建设函2005140号文)(6) 其他相关规范、规程6.1.2 结构计算参数的确定在进行结构设计和施工控制初步分析时，结构设计参数主要按规范取值，由于部分设计参数的取值小于实测值，因此在多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移

17、均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于施工控制来说即是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求，因此应对部分主要设计参数进行测定以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，从而进一步修正结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。影响结构线形及内力的基本参数由很多个，需测定的参数主要有：（1） 混凝土弹性模量，前期结构计算按照规范取值，在施工过程中根据试验结果确定，混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天龄期的弹模值，为主梁预拱度的修正提供数据。（2） 预应力钢绞线弹性模量，按照现场取样试验结果采用；（3） 恒载按设计图

18、提供的尺寸，并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要的修正，考虑结构自重和临时荷载,并考虑梁面坡度的影响；（4） 混凝土收缩、徐变系数，按照规范采用，计算按规范考虑结构局部温差效应及考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响；（5） 材料热胀系数，按规范取值；（6） 施工临时荷载，现场进行统计，尽量减少材料等的堆放，本阶段不用的材料堆放在0块附近；（7） 预应力孔道摩阻系数，根据现场摩阻试验确定。 施工监控结构计算6.2.1 施工监控结构计算在施工之前，应对该桥在每一施工阶段的应力状态和线形有预先的了解，故需要对其进行结构计算，该桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外，

19、还要考虑诸多相关的其它因素。（1） 施工方案连续梁桥的恒载内力、挠度与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前首先对施工方法和架设程序做一番较为深入的研究，并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。在开始施工前，施工单位应给出挂篮的荷载值及刚度值（或变形），监控单位将根据此数据进行计算分析。（2） 计算图式梁部结构要经过墩梁固结悬臂施工合拢解除墩梁固结合拢的过程，在施工过程中结构体系不断的发生变化，故在各个施工阶段应根据符合实际情况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析计算。（3） 结构分析程序对于连续梁桥的施工控制计算，采用平面结构分析方法可以满足施工控制的需要，结构分析采

20、用bsas程序进行，并利用midas程序对结果进行校核。（4） 预应力影响预应力直接影响结构的受力与变形，施工控制应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。（5） 混凝土收缩、徐变的影响混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体挠度有较大影响，必须加以考虑。（6） 温度温度对结构的影响是复杂的，在本桥的施工监控中，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除，以减小其影响。（7） 施工进度本桥的施工控制计算需按照实际的施工进度以及确切的合拢时间分别考虑各部分的混凝土徐变变形。6.2.2 施工控制的计算方法悬臂施工的连续梁桥梁结构的最终形成需经

21、历一个复杂施工过程以及结构体系转化过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形和受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，必需对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必需采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该桥的实际情况，采用正装分析法和倒退分析方法进行施工控制结构分析。正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可

22、用来指导桥梁施工，还能为桥梁施工控制提供依据，同时在正装计算中能较好的考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如混凝土的收缩、徐变问题。正装分析不仅可以为成桥结构的受力提供较为精确的结果，还为结构刚度、刚度验算提供依据，而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构的施工控制奠定基础。倒退分析方法假定在成桥时刻时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，轴线满足设计线形要求，按照前进分析的逆过程对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响，在每一个阶段分析得到的结构位移、内力状态便是该阶段结构理想的施工状态。结构施工理想状态就是在施工各阶段结构应有的位置和受力状态，每个阶段的施工理想状态

23、都将控制着全桥最终形态和受力特性。施工控制将根据每阶段的实际状态和理想状态的偏差对计算进行调整，分析误差原因，以较为准确的估计下一阶段的梁体挠度。6.2.3 结构分析的目的（1） 确定每一阶段的立模标高，以保证成桥线形满足设计要求；（2） 计算每一阶段的梁体的合理状态及内力，作为对桥梁施工过程中的每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据。6.2.4 牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m连续梁桥施工控制分析（1）按照施工步骤进行计算，考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响，对于混凝土的收缩、徐变等时差实效在各施工阶段中逐步计入；（2）

24、每一阶段的结构分析必需以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段结构受力状态是本阶段时差实效的计算基础；（3）计算出各阶段的位移之后，根据后续施工阶段对本阶段的影响，进行倒退分析即可得到各施工阶段桥梁结构的合理状态和立模标高；（4）施工监控首先根据施工图纸进行初步的计算，在施工过程中会存在许多难以预料的因素，可能导致施工进度安排等与初始计算不符，若有与施工图不同的地方应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析，施工单位应在开始施工前提供详细的施工步骤，包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间、

25、混凝土的加载龄期等。 计算过程（1） 根据施工图提供的施工步骤对本桥进行前期计算，为与设计结果对比，横隔板重量、结构自重系数、摩阻系数、收缩徐变系数等参数按照设计所取参数计算，在最后阶段即成桥运营阶段考虑收缩徐变3650天后的梁体累计位移，并与设计结果进行对比，以校核计算分析模型的准确性。（2） 在施工过程中，按照实际的结构参数修正结构计算模型进行跟踪计算，使得结构预测位移与实际发生的位移吻和。 立模标高的确定在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良

26、好。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。其计算公式如下：式中：阶段立模标高；阶段设计标高；由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和；由张拉本阶段及后续施工阶预应力在阶段引起的挠度；混凝土收缩、徐变在阶段引起的挠度；施工临时荷载在阶段引起的挠度；取使用荷载在阶段引起的挠度的50%；挂篮变形值。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，、在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。7 应力监测应力监控是连续梁桥施工监控的主要内容之一，它是施工过程中的安全预警系统，是对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全

27、顺利的主要依据。结构某定点的应力也同其几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。在某一时刻的应力值是否与分析（预测）值一致，是否处于安全范围内是施工控制关心的问题，解决的办法就是进行监测，在箱梁的控制截面布置应力测点，以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况，并与理论计算值进行比较，从而预告当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态。对本桥进行应力监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥受力状态符合设计要求。 应力测试仪器及测试原理7.1.1 测试仪器的选择由于该桥施工时间较长，故应力监测是一个长时间的连续的量测过程，要实时准确监测结构的应

28、力情况采用方便、可靠和耐久的传感组件非常重要。根据以往的监测经验，钢弦式传感器具有较好的稳定性和应变积累功能，抗干扰能力强，数据采集方便等优点，在本桥的应力监测中采用钢弦式传感器。因此结合本工程的实际情况，在应力监测中采用长沙金码高科技实业有限公司生产的温度型智能钢筋应力计和配套的振弦检测仪作为应力观测仪器，该应力计的温度误差小、性能稳定，可以在量测过程中始终以初始零点作为起点进行应力监测，且具有应变累计功能，抗干扰能力强，适于应力长期观测。7.1.2 测试原理钢弦应力计埋入混凝土内以后，在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短，其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率可得到钢弦的

29、应变值，换算得到同位置处混凝土的应力值为：=式中： 混凝土结构的应力； 混凝土的弹性模量； 钢弦传感器的应变。 监测断面及仪器布置主梁测试断面选择边跨l/2，中跨l/8、l/4、3l/8、l/2、支点等关键截面，共10个测试断面，测试截面布置如图4（a）所示。主梁测试断面仪器布置情况如图4（b）、（c）所示，钢筋应力计分别布置在顶板上层钢筋和底板下层钢筋上，每个截面布置46根钢筋应力计。悬臂施工及转体过程中桥墩的受力也非常重要，故选择墩底截面进行应力监测，如图5所示，每个转体墩的下部截面布置4根应力计。为避开应力集中位置，钢筋应力计应尽量布置在非扩大截面的普通钢筋上，同时在顶底板上均布置应力计

30、，可以测试应力沿梁截面横向的分布情况。钢筋应力计按预定的测试方向（梁部结构为桥梁的纵桥向，梁墩为墩的竖向）焊接固定在主筋上，为防止焊接时温度过高损坏钢筋应力计，焊接过程中，应用纱布包裹住传感器的中间元件部分，并用冷水浇元件部分。为测试方便，同一个截面的测试导线引至梁同一侧的混凝土表面，在施工过程中需要注意测试信号线的保护，这些工作需要施工单位配合完成。 测试内容应力监测针对施工的每个主要施工阶段进行，在每个施工阶段都进行监测，各阶段根据施工进度进行测试，各阶段应力监测主要包括：（1） 混凝土浇筑前的应力测试；（2） 混凝土浇筑后、预应力张拉前的应力测试；（3） 预应力张拉后、挂篮行走前的应力测

31、试；（4） 挂篮行走后的应力测试；（5） 在每一阶段测试完毕后应对测试结果进行分析、比较，若存在误差分析原因；（6） 根据测试结果，给出该桥在成桥时恒载下的应力状态。应力监测技术应力监控所采用的钢筋应力计与普通钢筋焊接，在混凝土浇筑后，混凝土将不可避免的发生收缩及在外力作用下的徐变，在悬臂阶段，每个墩的悬臂结构均为静定结构，混凝土的收缩、徐变不会引起结构的次内力，仅仅引起混凝土的应变，由于假设混凝土和钢筋是协同受力的，则钢筋应力计所测数据中含有非荷载作用下的应变成分；在合拢后，发生体系转换后，混凝土的收缩、徐变将引起结构次内力，该次内力为结构内力的一部分，将引起钢筋应力的变化，此部分为荷载作用

32、下的应变，另外，由于混凝土的收缩、徐变应变也将引起钢筋应力计的应力测试结果的变化，此部分为非荷载下的应变，须将非荷载下的应变扣除。（a） 梁部结构测试断面布置图 （b） 支点断面 （c）跨中断面（4）主梁截面钢筋应力计布置图跨中断面（a） 墩部测试断面布置图 （b） 墩部截面应力计布置图（5）转体墩截面钢筋应力计布置图由于应力测试数据中含有非荷载作用下混凝土应变的成分，所测数据不能真实反映结构的受力，在由测试钢筋应力计算混凝土应力时必须予以消除或进行应力修正。另外，对应力测试数据有较大影响的因素也很多，主要有：测试初值设定、混凝土收缩、徐变、温度等。7.4.1 钢弦计初值设定及测试时间牟家村跨

33、同三高速公路特大桥（40+64+40）m连续梁桥采用悬臂施工，钢弦计根据施工控制前期计算结果埋设在各测试断面，由于混凝土在初凝后将发生很大的水化热，对测试结果影响较大，故一般钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻，可以降低水化热等对测试结果的影响。为减小温度对测试结果的影响，测量时间选择在早晨太阳出来之前，同时记录梁体的温度以进行温度修正。7.4.2 混凝土收缩和徐变的影响对于超静定结构，混凝土的收缩和徐变将引起结构次内力以及钢筋与混凝土之间的应力重分布，须将混凝土的收缩和徐变引起的钢筋应力增量扣除。为消除混凝土收缩、徐变对测试结果的影响可以在每道工序（如张拉预应力钢筋）之前测一次数据，若该

34、施工过程较短，则认为每道工序间发生的混凝土收缩、徐变量很小，不予考虑，以增量的结果形式对每个阶段进行监测，若施工周期较长，必须对测试数据进行处理，处理方法见应力测试数据分析。7.4.3 其它影响因素（1） 混凝土的弹性模量，根据试验结果进行调整。（2） 钢弦计本身质量（稳定性），以往的使用经验证明，监测中采用的zx216at型埋入式钢筋应力传感器稳定性较好，零点随时间漂移很小，且其监测结果可以根据混凝土内部温度进行调整。 应力测试数据分析钢弦传感器埋入混凝土内后，在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短，其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率和传感器内的电子元件可以得到钢弦的应变

35、值，换算得到同位置处混凝土的应力值为：式中：混凝土结构的应力；混凝土的弹性模量；钢弦传感器的应变。施工应变的监测是将传感器埋置在构件混凝土内，测点处传感器变形与周围混凝土的变形是一致的。由于有多种变形的掺入，传感器的显示数值为周围混凝土的总应变值。在时刻承受单轴向应力的混凝土构件，在时刻测得总应变值可用下式表示：式中：加载时初应变；时刻时的徐变效应；收缩应变；温度应变；构件体积几何尺寸变形引起的应变值。7.5.1 混凝土收缩、徐变应变的影响分析混凝土的收缩、徐变对主梁结构的影响主要表现在： 由于收缩、徐变的作用使预应力钢束发生应力损失； 箱梁发生徐变挠度； 由于收缩、徐变的作用，使得钢筋应力计

36、的非受力应变增加，使得测试结果与理论结果相比相差太大，故为得到混凝土的实际应力，须将混凝土的受力应变从总应变中分离出来，即应扣除收缩及徐变对测试结果的影响。若不考虑混凝土的收缩、徐变，即假设混凝土与钢筋协同工作，两者的应变值相同，则由钢筋的应力值可推算混凝土的应力值，如下式所示：式中：混凝土应力，钢筋应力，普通钢筋与混凝土弹性模量比。对于静定结构来讲，收缩、徐变将引起混凝土和钢筋之间的应力重分布，一般情况下，在混凝土收缩和徐变作用下，钢筋将出现受压的应力，使得钢筋应力计测试的压应力结果偏大，拉应力偏小，由于配筋率一般较小，可以认为混凝土没有受力，即箱梁截面上的应力仅为弹性应力而无收缩、徐变引起

37、的应力，由于应力计测试的为钢筋应力，在受压的情况下，由于钢筋应力计测试结果含有收缩、徐变应变，测试结果偏大，若按照上式直接计算，则结果偏大。在工作应力下，混凝土的弹性应变和徐变应变都与应力呈线性关系。因此，只要总应力不超过混凝土强度的50%，分批施加应力所产生的应变可以采用迭加原理。对于时刻施加初应力，又在不同时刻（1，2，）分阶段施加应力增量的混凝土，其在以后任何时刻包括收缩应变在内的总应变可以表达为：式中：在时刻施加的初应力；龄期为的混凝土弹性模量；混凝土在时刻的收缩应变；徐变系数，参考铁路桥规进行计算。设每次施加应力增量后立即读数，即观察时刻，则：式中：应变观测值，需减去传感器初读数。同

38、理可推出：故在时刻，测点处扣除了收缩、徐变效应的混凝土弹性应变即为：由于在混凝土初凝时刻混凝土的水化热还没有使混凝土温度上升，且此时混凝土的收缩也未发生，所以一般选择在混凝土初凝时刻设定应力初值，否则混凝土未承受荷载时钢弦已反映出的应力就不能及时排除。7.5.2 温度影响分析箱梁混凝土的温度变化与大气温度变化密切相关，由于大气温度的影响，传感器钢弦的应变和自振频率均将发生改变。由温度变化引起的应力增量为：一般情况下，则有：因此主梁结构的实际应变为：事实上，日照温度荷载下，主梁上表面近40范围内的温度梯度比较大，温度分布很不均匀，而其它部分的温度分布趋于平衡。由于梁体纵向纤维之间的约束，梁体截面

39、上会产生纵向温度自应力，而传感器受主梁的约束使钢弦在温度作用下的应变发生了改变。改变量可由下式计算：式中：钢弦的热膨胀系数；沿梁高方向的温度梯度；梁高0处的变形值；单元梁段挠曲变形后的曲率。在本桥的应力监测过程中，为了消除温度对测量值的影响，读取数据安排在早晨太阳辐射较小时完成，温度应变按试验值进行修正。8 线形监测 线形控制工作程序为使施工控制的各个步骤程序化，施工控制工作小组根据具体的施工进度安排制定了施工控制工作程序，其中包括两方面的内容。8.1.1 控制流程从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕是本桥施工的一个周期，每个周期中有关施工控制的步骤如下：（1） 按照预报的挂篮定位标高定位挂篮

40、，由施工单位测量定位后的挂篮标高，并向控制小组提供挂篮的定位测量结果；（2） 立模板、绑扎钢筋；（3） 浇筑混凝土前，测量所有已施工梁段上的高程测点，复测挂篮定位标高，墩顶的水平位移，报施工控制小组；（4） 施工控制小组分析测量结果，如需调整，给出调整后的标高；（5） 浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高，测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高，建立测点与梁底标高的关系，提供给施工控制小组；（6） 按铁路工程检验评定标准检查断面尺寸，提供给施工控制小组并向施工控制小组提供梁段混凝土超重的情况；（7） 张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点，并提供施工控制小组；（8）

41、施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值和应力、温度等测量结果计算、预报下一施工周期的挂篮定位标高。工作程序的关键是：每个施工循环过程的结束都必须对已完成的节段进行全面的测量，分析实际施工结果与预计目标的误差，从而及时地对已出现的误差进行调整，在达到要求的精度后，才能对下一施工循环作出预报。8.1.2 误差控制标准本桥施工控制的最终目标是：使成桥后的线形与设计成桥线形的所有各点的误差均满足铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准规定，成桥线形与设计线形误差在1.5cm和-0.5cm之间，合拢误差在1.5cm以内。根据这一目标，在每一施工步骤中制订了如下的误差控制水平：1) 挂篮定位标高

42、与预报标高之差控制在0.5cm以内；2) 纵向预应力钢束张拉完后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过0.5cm，需进行研究分析误差原因，确定下一步的调整措施；3) 如有其它异常情况发生影响到标高，其调整方案也应经分析研究，提出控制意见。 位移测点布置挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据，牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥线形监测断面设在每一阶段的端部，如图6所示。布置0块件的高程测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇阶段高程观测基准点。每个0块的顶板各布置7个高程观测点，见图7（a）。悬浇阶段每个监测断面上布置两个对称的高程观测点，如图7（b、c）

43、所示，不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形，标高测点用16圆钢，圆钢筋顶部磨平，露出顶板23，并用红油漆作为标记。测点布置原则： 尽量靠近腹板； 测点离梁段端部10； 不妨碍施工及挂篮的行走、固定等； 易于保护； 尽量使测量工作减少，如立一次仪器即可以测试全部测点的高程，最好设置在挂篮内侧，这样也可以减少转仪器引起的误差。 观测时间与项目为尽量减少温度的影响，挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行，每个施工阶段的变形测试时间根据施工阶段的进度来定。在整个施工过程中主要观测内容包括：（1） 每阶段混凝土浇筑前的高程测量；（2） 每阶段混凝土浇筑后、预应力张拉前的高程测量；（3）

44、 每阶段预应力张拉后、挂篮行走前的高程测量；（4） 每阶段挂篮行走后的高程测量；（5） 拆除挂篮后、边（中）跨合拢前的高程测量；（6） 最终成桥前的高程测试。图6 牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m连续梁桥线形监测测点示意图 (a) 0号块 (b) 支点断面 (c) 跨中断面标高测点图7 标高测点布置图 悬臂阶段测量工作内容从挂篮前行至本号梁块预应力张拉完毕为一个施工阶段,在每个施工阶段需完成的工作如下。8.4.1 挂篮定位根据监控方提供的立模标高进行挂篮定位,定位底模前端标高及顶板标高。此时需要设置的测点如下，如图8及图9所示。（1） 顶板钢筋头测点，距离该梁块前端10cm，在

45、浇筑该块混凝土前埋设即可。（2） 挂篮底模梁块前端测点，不用设置钢筋头，直接布置在模板上。（3） 挂篮底模钢筋头测点，尽量靠近该梁块底模前端，钢筋头长度10cm左右。注：由于在浇筑混凝土后需要对底模前端标高进行测量，为消除其他因素影响，在定位时，在底模上尽量靠近本梁块底模前端左右两侧各设置钢筋头一个，在定位时需要测量测点2（底模前端模板）与测点3（底模前端钢筋头）的标高差，在浇筑混凝土后及张拉预应力后可仅对测点3（底模前端钢筋头）进行测量，利用标高差换算测点2（底模前端模板）的标高。图8 每阶段测点布置侧立面图图9 每阶段测点布置正立面图挂篮定位时需测量的内容如下：（1） 测点2（底模前端模板

46、）的标高，使其满足监控方标高预报文件中的底板立模标高；（2） 顶板立模标高，为底板立模标高梁高；（3） 所有已施工梁段顶板钢筋头测点标高；（4） 测点3（底模前端钢筋头测点）标高，并计算出每侧底模前端钢筋头测点（测点3）与测点2（底模前端模板）的标高差。8.4.2 浇筑混凝土时检查挂篮定位标高，确保标高无误后再开始浇筑混凝土；8.4.3 混凝土养护期间混凝土养护期间需测量内容如下：（1） 所有已施工梁段顶板钢筋头测点（测点1）标高；（2） 底模前端钢筋头测点标高（测点3），目的是测量（底模前端模板）测点2标高，需要提供测点2的标高；8.4.4 预应力张拉后预应力张拉后需测量内容如下：（1） 所

47、有已施工梁段顶板钢筋头测点（测点1）标高；（2）底模前端钢筋头测点标高（测点3），目的是测量（底模前端模板）测点2标高，需要提供测点2的标高；9 称重试验称重试验目的对于转体施工，转动体系需要易于转动和转动平稳两个基本条件。转体结构的整个重量是由转动球铰来支撑，因此球铰的转动面摩擦系数就直接影响转动牵引力；另外，球铰转动面为上下球缺凸凹面对接形成，那么下球缺（凹面）对上球缺的支撑力所提供的自平衡对整个转体过程中的安全平稳起着至关重要作用。实际施工中，由于混凝土超方量、施工临时荷载、风荷载、环境温度的不确定性及安装误差等，转动时达不到理想状态，球铰受力会产生一定的偏心；转动面涂抹黄油四氟粉由于其

48、蠕动性影响，摩擦系数在不同重量下不同。那么转体前，通过称重试验和理论计算，来量化该部分（摩擦系数与偏心等）参数，为转体过程中设备的选择、技术处理措施和安全性能评估提供依据就尤为重要。对于转体施工，因在施工支架完全拆除后以及在转体过程中，转动体的自平衡或配重平衡对施工过程的安全性和转体顺利实施起着至关重要的作用，为确保转体的顺利实施，对其结构进行称重，测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系数，并完成配重。目前，转体桥梁的不平衡测试方法主要有球铰转动法、砂箱应力初评法以及箱梁根部应力评估法。其中第1种方法较为常用且较精确，而后两种方法适于初步估计及复核。下面分别介绍各种方法的基本原理

49、。球铰转动法基本原理球铰转动测试不平衡力矩是通过测试刚体位移突变的方法进行的。该法受力明确，而且只考虑刚体作用，不涉及挠度等影响因素较多的参数，结果比较准确。当脱架完成后，整个梁体的平衡表现为两种形式之一。(1)转动体球铰摩阻力矩()小于转动体不平衡力矩()。此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的力矩所保持。(2)转动体球铰摩阻力矩()大于转动体不平衡力矩()。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持。考虑施工条件以及不平衡偏情况，千斤顶可布设在在转盘下部或者转动体端部。当转动体球铰摩

50、阻力矩小于转动体不平衡力矩时，意味着支架拆除后，转动体部分在自身的不平衡力矩作用下即发生转动，如图10所示。此时进行不平衡称重试验，转动体东侧支点落顶，使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生顺时针方向微小转动，同时西侧支反力为零。然后东侧支点升顶，发生逆时针方向微小转动，同时西侧支反力为零。记录转动过程中荷重传感器示值和百分表读数。图10 转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时称重试验示意图假设转动体重心偏向东(边跨)侧东侧落顶时有：东侧升顶时有：则：式中：转动体不平衡力矩(单位：)转动体球铰摩阻力矩(单位：)、梁体东侧落顶、升顶时支点支反力(单位：)、梁体东、西侧支点距转动球铰几何中心的距离(单

51、位：m)当转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时，意味着支架拆除后，转动体部分在自身的不平衡力矩作用下不能发生转动，如图11所示。此时进行不平衡称重试验，分别从转动体东、西侧支点顶梁，使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动，记录转动过程中荷重传感器示值和百分表读数。图11 转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时称重试验示意图假设转动体重心偏向东(边跨)侧，从东侧顶梁时有： 从西侧顶梁时有：则：式中：、梁体发生微小转动时东侧、西侧支点支反力(单位：kn)。转动体球铰静摩擦系数的计算称重试验时，转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动，即微小角度的竖转。

52、摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对球铰中心竖转法线的力矩之和(图12)。图12 转动体球铰静摩擦系数计算示意图具体推导如下：， ， 则有： 从而有：将此球铰参数=代入得球铰静摩阻系数：摩擦面按平面计算时，球铰静摩阻系数：计算结果两者相差6，故当球铰球面半径较大而矢高较小时，可将摩擦面近似按平面来计算。根据研究成果及工程实践，使用聚四氟乙烯片并填充黄油的球铰。其偏心距：。 不平衡力挠度估算法该测试方法假设球铰处无转动余量，即梁体绕球铰仅发生弹性转动，且梁体的不对称挠度主要由梁体两侧自重的分布不均所产生。沿梁轴线的竖平面内，由于球铰体系的制作安装误差和梁体质量分布差异以及预应力张拉的程度差异，

53、可能导致桥墩两侧悬臂梁段刚度不同，质量分布不同，从而产生不平衡力矩，使得悬臂梁段下挠程度不同。为了保证转体过程中，体系平稳转动，要求预先调整体系的质量分布，使其质量处于平衡状态。根据铁路连续梁桥的施工特点，可采用挠度对不平衡力进行估算。基本原理图13所示结构，不平衡力矩用表示，球铰c中由于摩阻作用产生的摩阻力矩为，包括动摩阻力矩以及静摩阻力矩。则：图13 不平衡力挠度估算法计算示意图不平衡力矩与摩阻力矩存在三种可能：不平衡力矩小于动摩阻力矩；不平衡力矩大于静摩阻力矩；不平衡力矩在动摩阻力矩和静摩阻力矩之间。（l）不平衡力矩小于动摩阻力矩此状态下，不平衡力矩数值不大。在整个旋转过程中，由于球铰中

54、动摩阻力的作用，梁体不会因不平衡力矩而发生竖平面内的侧倾。不需要加配重。（2）不平衡力矩大于静摩阻力矩此状态下，不平衡力矩数值较大。在整个旋转过程中，梁体会因不平衡力而发生竖平面内的侧倾，需要加配重使之平衡。（3）不平衡力矩在动摩阻力矩和静摩阻力矩之间此状态下，梁体不旋转时，不平衡力矩小于静摩阻力矩，梁体不会因不平衡力而发生竖平面内的侧倾。然而，静摩阻系数大于动摩阻系数，一旦梁体进入旋转态，静摩阻力矩就转变为动摩阻力矩。由于不平衡力矩大于动摩阻力矩，会使梁发生侧倾。此状态下也需要加配重使之平衡。测试方法结合施工方法，选择在撤架阶段进行不平衡力测试。采用力和位移测试方法，得到在撤架阶段设定状态下

55、，悬臂梁a、b断面的竖向反力和位移、桥墩d断面的水平位移。悬臂梁a、b断面的竖向反力用来确定不平衡力(或力矩)的大小，a、b断面的竖向位移用来确定梁体悬臂端的下挠程度，也可对不平衡力加以校核。桥墩d断面的水平位移用来判别球铰是否发生了转动。具体过程见图14图。图14 脱架前图15 a(b)处开辟出测试平台图16 a(b)断面测点布置图16中，1-lvdt位移传感器；2-50t压力传感器；3-50t手动千斤顶；4-梁底钢垫板；5-千斤顶底座；6-方木。图17 d断面水平位移测点布置测试状态准备工作完成后，开始托架作业，同时开始不平衡力测试。不平衡力测试记录分为下列三个状态。 （l）测试状态一1）拆卸支架，待主梁变形发生后，在主梁两端放千斤顶顶升，使两侧梁端上挠度达到2mm时千斤顶持力，记录此时千斤顶的反力值r10和r20，并计算反力差r0；2）调整千斤顶，使梁端两侧上挠度达到3mm，记录此时千斤顶的反力值r11和r21，并计算反力差rl；3）调整千斤顶，使梁