宿淮6标京杭运河特大桥应力监控15

1、局桥梁上部结构施工技术现场会交流材料之五 京杭运河特大桥应力监控总结路桥集团第二公路工程局江苏省宿淮高速公路SH-SQ6标项目部二四年四月京杭运河特大桥应力监控总结 王君 摘要：本文介绍了京杭运河特大桥应力监控的设计与施工控制，应力监控主要目的是了解施工过程中的应力详细情况，确保长悬臂施工时结构的安全性和稳定性，再与设计计算应力相对照，从而可以反映出施工过程中的质量情况。关键词：应力监控；钢弦式应变计；设计与施工一、工程概况宿淮高速公路SH-SQ6标段京杭运河特大桥分为左右两半幅桥，主桥上构为75+110+75m变截面单箱单室连续梁，垂直腹板。单箱顶宽13.5m，底宽6.5m，单侧翼缘板宽度3

2、.5m，支点处梁高6.5m，跨中梁高2.6m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。主桥下构桥墩为薄壁式桥墩，基础采用钻孔灌注桩。二、应力监控的项目和方法 应力监控的项目本项目的应力监控以京杭运河特大桥左幅箱梁为主，对右幅箱梁部分截面进行应力监控。在箱梁施工过程中，主要进行了如下项目的监控：1纵向预应力钢绞线束对混凝土张拉效应的监控。主要通过监测张拉前、后的混凝土纵向正应力和钢筋正应力进行综合分析其对混凝土的张拉效应。2悬臂浇筑混凝土和挂篮移位对结构内力的影响。主要通过监测浇筑前、挂篮移位后的混凝土纵向正应力和钢筋正应力进行综合分析。3桥面横向预应力钢绞线束对桥面板的张拉效应的监控。主要通过在顶层预埋

3、横向混凝土计来监测横向预应力钢绞线束张拉前后的应力。4腹板竖向预应力筋对腹板混凝土竖向正应力的张拉效应的监控。主要通过在腹板中预埋竖向混凝土计来监测竖向预应力筋张拉前、后的应力。5监控箱梁对称位置的纵向应力对称性，进而对挂篮平衡施工的安全可靠性监控。主要通过对箱梁对称位置的纵向应力在主要工况下的数据对称性的分析，从而控制施工中箱梁上堆积物等引起的不平衡力矩。6监控箱梁边跨、中跨合拢块段现场施工的配重调整和浇注速度调整之间的协调关系，从而确保浇注过程的安全和减小浇注过程中结构的内力变化等。7对全桥和设计单位合理变更某些设计后的结构安全性进行监控。8施工过程中实测应力状况与设计计算应力相对照，从而

4、可以反应出施工过程中的质量情况。应力监控的方法应力监控主要通过在箱梁的应力监控截面内预先埋设GHB-3型钢弦式应变计即混凝土计和GJL-2型钢筋应力计即钢筋计二种传感器，然后测出有关施工工况下的频率，按照相应的理论计算出实测的混凝土应力和钢筋应力。1传感器工作原理传感器中的钢弦在微幅振荡下，其自振频率f和轴向应力的关系为：式中L为钢弦有效长度；为钢弦体密度。2应力计算的原理和处理方法（1）混凝土应力的计算和处理方法混凝土应力c的计算公式为：c=Ecc 其中c=(f)函数由传感器标定资料给出；Ec为埋设混凝土计块段的混凝土弹性模量；f为实测传感器频率。由于c=(f)函数和零应力时的初始频率f0的

5、二次方有关，因此初始频率f0的确定对混凝土应力计算精度非常重要。对于初始频率f0的确定可选择三种处理方法：选择传感器标定时的数据，其缺点是无法考虑其标定后一段时间中的数字漂移，改进方法可选择埋设传感器时的实测频率；选择安装传感器后，浇注混凝土前时的实测频率，其优点为考虑了施工现场条件但其缺点是会受施工现场影响；浇注混凝土后，张拉前时的实测频率，选择理论分析上应力接近于零，其优点为数据一般较稳定。通过分析，发现在0#块、2#块、7#块上的埋设的传感器在各自块段浇注混凝土后，张拉前传感器所示应力理论上接近于零，而中跨合拢段浇注混凝土后且张拉前的纵向正应力从理论上不接近于零。根据如上分析，实际中初始

6、频率f0的确定具体如下处理：0#块、2#块、7#块上的传感器所示纵向应力计算时选择的初始频率f0采用埋设传感器的各自块段张拉前的实测频率。7#块竖向、横向应力计算时选择的初始频率f0 采用各自在竖向、横向张拉前的实测频率。中跨合拢段应力计算时选择的初始频率f0采用埋设传感器时的实测频率。初始频率f0采用浇注混凝土后且张拉前时的实测频率时一定要注意：实测频率时间与浇注完混凝土的时间间隔要长。这样可以避免浇注混凝土后的水化热造成局部温度影响。此外，计算中使用的混凝土弹性模量Ec一般采用埋设传感器块段同体养生的标准试验试块在3天、7天、14天、28天、60天龄期测定的数据进行拟合，依据弹性模量和龄期

7、之间的拟合曲线得到计算采用的混凝土弹性模量Ec。钢筋应力的计算和处理方法钢筋应力s的计算公式经推导可表示为：s = P Es/（EsA1+EcA），其中P=K(f02-fi2-b)初始频率f0的确定对混凝土应力计算精度非常重要。对于初始频率f0的确定可选择二种处理方法：(1)选择安装传感器后且浇注混凝土前时的实测频率，其优点为考虑了施工现场条件但其缺点是会受施工现场影响；(2)浇注混凝土后，张拉前时的实测频率，选择理论分析上应力接近于零，其优点为数据一般较稳定。实际中初始频率f0的确定具体如下处理：0#块、2#块上的传感器所示纵向应力计算时选择的初始频率f0采用埋设传感器的各自块段浇注混凝土后

8、，张拉前时的实测频率。中跨合拢段应力计算时选择的初始频率f0采用安装传感器后，浇注混凝土前的实测频率。初始频率f0采用浇注混凝土后，张拉前时的实测频率时一定要注意：实测频率时间与浇注完混凝土的时间间隔要长。三、应力监控截面和测点布置应力监控以先行施工的左幅箱梁为重点，其应力监控分析对右幅箱梁有重要指导意义，同时也适当兼顾右幅箱梁的应力监控。在左幅箱梁中设置了9个断面（如下附图），即支架现浇的22#墩0#-1#块上对称位置的2个断面，22#墩和23#墩挂篮悬壁浇注的2#块上各自对称位置的2个断面，1/4中跨截面（22#墩7#块向河心的1个截面），边跨跨中截面（23#墩7#块向河岸的1个截面），中

9、跨跨中（中跨合拢段）1断面。其设置依据如下：为了监控首先施工的支架现浇的22#墩0#-1#块应力情况如对称性等，在其上对称位置设置2个断面（22#墩左幅0#块），此外，监控在中跨合拢前、撤除主墩临时支架后的各工况下上述2个断面的应力情况很有必要。但其设置的2个断面在临时支架下，撤除前应力情况复杂，有应力集中现象，不能满足监控要求。为此，在第一个挂篮施工块段即2#块上对称位置各设置2个断面（22#墩左幅2#块和23#墩左幅2#块）。在以上各个断面安置纵向的混凝土计和钢筋计，对纵向应力进行监控。在7#块上（22#墩左幅7#块和23#墩左幅7#块）除设置了纵向的混凝土计外，为了监控桥面横向预应力钢绞

10、线束对桥面板的张拉效应，还设置了横向的混凝土计。为了监控腹板竖向预应力筋对腹板混凝土的张拉效应，设置了竖向的混凝土计。中跨合拢后发生体系转换，跨中截面的纵向应力情况监控特别重要。为此设置了纵向的混凝土计和钢筋计。（中跨左幅合拢块）在右幅箱梁中设置了5个断面，即22#墩右幅0#块，22#墩右幅2#块，中跨右幅合拢块，23#墩右幅2#块、23#墩右幅7#块各设置1个断面，设置了纵向的混凝土计或钢筋计。埋设混凝土计总计为62个，钢筋计总计为40个,埋设完好率99%。具体传感器布置详见传感器布置图如下(仅示左幅)。- 94 -四、应力数据分析为了对8个应力监控项目及时、科学、系统的监控，应力测定保持和

11、施工的主要工序同步，应力测定一般围绕4个工况：浇注箱梁混凝土前（简称浇注前）；纵向预应力束张拉前(简称张拉前)；纵向预应力束张拉后(简称张拉后)；挂篮移位后(简称挂篮移位)。对于合拢块适当增加一些工况。应力数据分析只有正确、及时才能对现场施工起到良好的监控和指导作用。为此，对箱梁的每各块段的4个工况进行了应力测定、计算和分析。下面重点列出边跨合拢、中跨合拢体系转换等对0#块的应力影响并作简要的分析。22#墩边跨合拢段各工况下0#块传感器埋设处应力统计表传感器位置编号浇注前张拉前张拉后传感器向河顶层左2467 18.2 16.5 16.7 混凝土计右2548 17.9 17.4 17.4 底层左

12、2497 15.1 14.1 14.3 右2600 11.5 10.9 11.1 向岸顶层左2528 14.9 14.0 16.7 右2475 14.1 13.8 13.8 底层左2587 10.3 9.4 9.4 右2597 10.5 9.7 9.2 向河顶层左4952 81.9 79.8 79.3 钢筋计右4970 81.4 89.5 86.6 底层左4975 76.4 71.1 71.1 右4991/ / / 向岸顶层左495581.6 79.4 78.6 右497985.7 80.4 80.6 底层左496955.9 50.5 51.3 右498860.6 56.7 57.8 说明：本

13、表压应力用正值表示，拉应力用负值表示；应力单位为Mpa。 现场监控应力情况正常 ： 边跨张拉对0#块应力几乎无影响，这和预应力张拉束位置有关，情况正常。 22#23墩中跨合拢段各工况下0#块传感器埋设处应力统计表传感器位置编号浇注前张拉前张拉后传感器向河顶层左2467 17.1 16.1 18.1 混凝土计右2548 17.3 16.4 18.5 底层左2497 14.4 15.7 14.2 右2600 11.0 11.9 10.4 向岸顶层左2528 13.1 12.5 14.4 右2475 12.7 12.1 14.1 底层左2587 9.9 11.1 9.8 右2597 9.3 10.4

14、 9.2 向河顶层左4952 76.8 73.8 82.2 钢筋计右4970 83.2 79.6 88.2 底层左4975 73.3 78.2 73.3 右4991/ / / 向岸顶层左495572.6 69.8 80.4 右497975.4 71.7 81.6 底层左496951.3 56.2 49.9 右498856.4 61.7 54.4 说明：本表压应力用正值表示，拉应力用负值表示；应力单位为Mpa。现场监控应力情况正常 ：撤除临时支架对0#块的混凝土应力影响很小；与同幅的22#墩2#块上传感器在张拉后相比要小一些10%左右。 五、应力监控对现场施工的监控和指导作用应力监控的主要目的是

15、确保结构的安全性和稳定性。结构的安全性和稳定性关键取决于施工的质量控制。因此，应力监控只有和施工过程紧密相连才有指导意义。否则，只能滞后判断是否合格的问题而不是能事先克服严重的结构安全等问题。施工单位在施工过程中与东南大学监控组在应力监控等方面采取了和工程实际相结合的原则，不断完善监控方法，不但对现场施工进行了监控，而且对现场施工进行了指导。监控和指导作用主要表现在如下方面：对平衡施工的监控依据对称位置埋设的传感器所示的应力的对称性变化情况，可以监控施工中的平衡问题，然后作出有关调整。比如，在23#墩左幅箱梁施工时就发现原来对称性很好却突然发生变化，根据变化情况推断箱梁上某侧有不少堆积物。到现

16、场后发现的确有许多捆钢绞线和许多包水泥（十多吨重）。进行有关调整后又恢复了对称性。对平衡施工的监控，对于防止结构的倾覆和结构内力的合理有重要意义。对纵向预应力束张拉效果的监控在悬壁挂篮施工箱梁的工艺中，纵向预应力束的张拉至关重要。一般来说，张拉控制由张拉力和伸长量进行双控。实际中，往往偏重于张拉力的控制，因为有时伸长量不能满足设计值。这样预应力的损失是未知的，张拉效应（果）自然不能保证。通过测定张拉前、后的应力，对张拉效应（果）的监控是一个很好的补充。比如，在左幅桥有过张拉力已经为105%的设计张拉力但伸长量不能满足设计值，此时从张拉前、后的应力来比较，张拉效果已经很明显了，可以认为张拉合格了

17、。对边跨合拢段浇注混凝土时的调控边跨合拢时，为了克服不平衡施工对现浇支架、主墩及其临时支架的不利影响，也为了结构受力的合理，要在浇注混凝土的过程中进行配重。本桥采用水箱加水配重（水箱放在靠河的13块段附近）。方法是预先选定对称位置的传感器测定其数据，然后一边浇注混凝土，一边往水箱加水，期间，每隔一定时间（如10分钟）同步测定其数据，输入现场准备好的电脑中计算应力，依据应力情况（对称位置应力变化是否相等）可调节混凝土浇注速度，使之和加水速度协调。对中跨合拢段浇注混凝土时的调控中垮的合拢更重要。为了在合拢过程中使结构内力合理和合拢后合拢段没有过大的变形，预先在合拢块的两边水箱配重，然后在浇注混凝土时，一边浇注砼，一边排水。浇注混凝土和水箱排放水间的协调可以通过应力监控达到。方法是预先在合拢块两边加好一定量水（本桥加水重量各为合拢块重量的一半）后，分别在两边选定一定数量的传感器测定其数据，在砼浇注过程中，一边浇注混凝土，一边排水箱的水，期间，每隔一定时间（如10分钟）同步测定其数据，输入现场准备好的电脑中计算应力，依据应力情况（是否不变）可调节排放水速度，使之和混凝土浇注速度协调。对混凝土的受力状态等监控主要监控混凝土顶、底层是否存在受拉危险状态，