淮萧铁路预应力混凝土连续续梁桥线性监控

1、淮萧铁路预应力混凝土连续续梁桥线性监控 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 本科毕业设计（论文） GRADUATION DESIGN(THESIS) 论文题目： 本科生姓名：李发全 学号：201202237 指导教师姓名：陈权 职称：副教授 申请学位等级：学士学位 专业： 论文提交日期： （小四号楷体加黑）论文答辩日期：（小四号楷体加黑） 毕业设计（论文）版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者完全了解 兰州交通大学 有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。特授权 兰州交通大学 可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同

2、意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明） 毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 本科毕业设计论文 兰州交通大学本科毕业设计（论文）格式规 范 Format Criterion of Undergraduate Graduation Design (Thesis) of LZJTU 姓 名：李发全 学 号：201202237 学 院：土木工程学院 专 业 班 级：土木1205班 指 导 教 师：陈权 完 成 日 期： 兰 州 交 通 大 学

3、 Lanzhou Jiaotong University 摘 要 近年来预应力混凝土连续梁桥发展迅速，在城市和公路桥梁中广泛采用。其施工难度大，过程复杂。对此大跨度桥梁采用线性监控是确保成桥状态符合设计要求的重要措施，同时也是保证施工质量和施工安全的重要措施。因此有必要对大跨径桥梁施工控制技术进行更进一步的深入研究。本人借鉴前人工作的基础上，结合跨郑徐连续梁桥的线性监控的过程，对大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工监控方法、关键技术等进行了研究。本文研究的内容主要有如下几个：（1）、对预应力混凝土连续梁桥施工监控的内容、方法及特点、现状等进行了称述。（2）、分析了连续梁桥施工控制过程中的误差调整方

4、法及影响因素。 (3)、为了对施工中桥梁的实际状态进行跟踪观测，从而建立了一个完整的施工监控系统。运用有限元软件MIDAS/civil，对大跨度梁桥的整个施工过程进行了数值模拟分析。同时对主要结构设计参数进行了分析，确定主要对结构的影响参数，以及进行了调整。(4)、确定连续梁桥悬臂施工过程中的挠度观测的方法及测量方案; 确定了连续梁桥悬臂施工过程中各控制截面的各控制点的应力观测的方法及测量方案。将箱梁混凝土在各个施工阶段的挠度变形值和箱梁顶底板的应力的实测值与MIDAS/civil数值模拟分析中得到的的理论值进行了对比，结果表明实测值与理论值吻合良好。 关键词:大跨度桥梁；施工控制；仿真分析；

5、参数识别 Abstract Recent years, prestressed concrete continuous beam bridges develop quickly. It is widely used in the city and rode bridge building. Its construction is more difficult, - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） and process more complicated. The bridge construction control is an essential measure and step t

6、o ensure that the quality and safety are obtained during bridge construction, also to ensure that the final structural state is in agreement with what the designer requires. And it is necessary to do more research on the construction control technologies for the long-span prestressing concrete bridg

7、es, this article has conducted the research to the methods and key technology of construction control of long-span prestressed concrete continuous bridge. The main contents are as follows: (1). The content, method, characteristic and present research situation of pre-stressed concrete cantilever bri

8、dge have been analyzed, and different structural analysis methods have been compared in course of construction control. (2). Analysis of continuous beam control factors and error adjustment method. (3). Established a complete monitoring system, the construction of a bridge on the actual status of fo

9、llow-up observations. Using finite element software MIDAS/civil, simulated and analyzed on the Bridge throughout of method on deflection examination and fulfillment measures in the course of cantilever construction；definition of method on stress examination in every control section and fulfillment m

10、easures in the course of cantilever construction. Compared the actual value of the beam deflection during the construction of the roof and floor box girder deformation and stress measured value to the MIDAS/civil computation theory value of the box beams concrete stress, finally indicates that the a

11、ctual value and the theory value identical well. Keywords: Long-span prestressed bridge, Construction control, Simulation parameter analysis, Identification 1绪论 1.1 研究的背景和意义 预应力混凝土连续梁桥现在越来越成为普遍采用的一种桥型。在城市高架桥的建设中， 大部分都是采用这种桥型。其施工方法，由满堂支架法浇筑，发张到挂篮悬臂浇筑，推顶法施工等后，适用范围更广。 我国是从20世纪60年代中期，将悬臂施工方法，从刚桥引入到预应力混凝

12、土桥梁施工，打破了建造预应力混凝土桥梁只能采用预制装配和在支架上现浇施工的单一局面，使预应力混凝土桥梁结构的设计与施工得以全面发展，出现了预应力混凝土T型悬臂桥梁，连续梁桥，连续钢构桥，桁架拱桥和斜拉桥等各种新结构。从而使预应力混凝土桥梁成为我国桥梁工程的主要类型，并且在100-500,m范围内的大跨桥的建设中，打破了刚桥一统天下的局面，在竞标及经济利益比较下，预应力混凝土大跨度桥梁使用悬臂施工方法的方案，往往优于钢桥方案。自从1824年水泥研制生产以后，混凝土材料已经广泛运用于土木结构工程中。混凝土桥梁和钢筋混凝土桥梁都相继在国际上建成。国外从20世纪40年代末开始又将悬臂施工方法用于建造预

13、应力混凝土桥梁，其中拱桥当属南斯拉夫的克拉克桥，最大跨径为390m。到1928年，Freyssinet已用悬臂施工方法建造了主跨为185m的钢筋混凝土大跨径拱桥，1930年又由E.Baumgart用悬臂施工法建造了68m主跨的钢筋混凝土大跨径桥梁，但是由于钢筋混凝土结构容易开裂的材料特性，使其在悬臂施工中造成钢筋浪费，后来较少采用。 我国第一座预应力混凝土桥梁采用悬臂施工的方法是在20世纪60年代中期建造的第一座T型钢构桥。70年代以后修建了几十座大中跨径的预应力混凝土T型钢构桥，如1971年建成的福建乌龙江公路大桥，主跨径为3144m；1980年建成的重庆长江公路大桥，该桥共8孔，总长为10

14、00m，最大跨径为174m。随后使用悬臂施工法还建造了预应力混凝土连续梁桥，连续钢构桥，桁架拱桥，斜拉桥等。 在经过长时间对预应力混凝土梁桥的研究，我们的专家同样也对桥梁施工监控技术有了深刻的了解。 分阶段悬臂浇筑方法是目前国内外预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法，当桥梁下部结构施工完成后，在主墩的顶部进行浇筑箱梁的0号块，逐段进行立模浇筑混凝土各个施工节段，张拉预应力钢绞线，直到全桥合拢。由于在桥梁施工过程中各个阶段结构的内力和变形都与设计值相不吻合，这是由于在施工过程中还要受到荷载、混凝土收缩、徐变、预应力损失、温度及施工误差的影响。所以在施工过程中要不断的进行跟踪监测。分析实际状况与设计

15、状况的关系，对施工控制过程及有关控制参数进行调整和监控。这样才能保证桥梁成桥之后结构的 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 线形和受力与设计状态相符合。因此在施工过程中对桥梁进行施工监控，提供施工方准确的控制数据对桥梁的施工质量有着中大的意义。 1.2 国内外研究现状 国外早在20世纪50年代初就已经展开了桥梁施工监控技术的探索。美国的P-K桥、加拿大的安纳西斯桥在修建时，同样都采用了施工监控技术。最早把工程控制理论引入到桥梁管理中的是日本。20世纪80年代初，在日夜野预应力混凝土连续梁桥修建时建立了施工控制的观测系统。到80年代后期，日本建立了施工控制的自动监控系统，利用计算机网络传

16、输技术自动对拉索应力调整。此后，日本有研制一个斜拉桥施工双控系统。次系统可以在现场完成自动测试、分析和控制的全过程，并可以进行设计值敏感分析和实际结构行为预测。 我国在20世纪八九十年代才开始施工监控技术的研究。20世纪80年代起，桥梁施工监控技术逐渐成为我国桥梁工程界的新兴研究动向，至90年代中后期，我国桥梁工作者经历了大量理论研究与实践，对涉及包括悬索桥、斜拉桥及连续钢构桥在内的大跨度桥梁的施工控制问题。 我国采用悬臂法建造预应力混凝土桥梁，始于20世纪60年代成昆铁路悬臂拼装法施工的旧何庄河1号桥和悬臂灌注法施工的孙水河5号桥，两座预应力混凝土铰接悬臂梁桥，30年代来悬臂法在我国得到了广

17、泛的应用，对推动大跨度混凝土梁的发展起到很大的作用。 钢筋混凝土拱桥采用悬臂法施工建造，大大提高了他与其他桥型的竞争能力。1974年日本首先采用悬臂灌注法，修建了170m的外津桥。1980年前南斯拉夫采用悬臂拼装法，建成当时世界上最大的跨度为390m的KRK大桥。二十世纪八十年代以来，我国在南方采用悬臂拼装法，修建了多座大跨度悬臂 拱桥。斜拉桥梁体尺寸较小，有拉索支持，塔索还可用来设置辅助拉索，因为悬臂施工法是混凝土灌注施工的，在施工技术、施工监控方面，积累了丰富的经验。 虽然施工控制的应用最先起于斜拉桥，但今年来，预应力施工技术的进步使混凝土桥梁向着大跨度方向发展，也使施工控制技术在大跨度预

18、应力混凝土桥梁中的应用上引起了桥梁专家的重视。 1.3论文的主要研究内容 本文从淮北到萧县北连续梁桥的施工监控内容主要包括两个方面：箱梁的变形和内力控制，变形控制就是控制每一施工阶段梁体的竖向挠度，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，要使在合拢时候更为安全的进行施工或在施工过程中造成主梁的破坏。 对于分析悬臂浇筑施工的预应力混凝土梁结构来说，施工控制就是根据施工监测过程中得到的结构实际参数进行施工阶段计算，确定出每个悬臂浇筑阶段的立模标高，并在施工过程中根据施

19、工监测得到的成果与有限元分析所得到的的设计值进行误差分析、预测和对下一阶段立模标高的调整，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂合拢精度的大小。对该桥进行施工控制的目的就是确保施工过程中结构的线形和内力符合要求，及可靠又安全。主要控制内容：箱梁线形、受力。 2 连续梁桥施工控制的基本理论和方法 2.1 施工监控的内容 衡量一座桥的质量标准就是看保证已城桥的线形以及受力状态是否符合设计要求。如何实现这一要求就需要通过桥梁施工监控来控制，桥梁施工控制的具体内容包括：结构线性控制、结构稳定性控制、应力控制、安全控制四个方面 2.1.1 结构线性控制 对于大跨度预应力混凝土连续梁桥而言，桥梁结构尺

20、寸的控制是施工控制的基本要求。由于施工阶段要受结构自重、预加应力、环境温度、湿度、混凝土的收缩徐变、施工临时荷载等多种因素的影响，结构在施工过程中均要产生变形，加之施工过程中各种误差的积累，因此任何一个结构不可能达到设计尺寸准确无误的吻合，因此我们对结构进行线性控制才能保证桥梁的标高和平面位置能符合设计要求。 桥梁线形控制是施工的核心内容，在施工过程中准确的设定梁段的立模标高是保证线形合理重要标志。线形控制不仅要控制桥梁的标高，还要控制桥梁轴线在平面内的走向。即需要进行平面线形和竖向线形的双向控制，竖向线形控制即就是严格的控制每一阶段梁的竖向挠度，若有偏差就必须立即进行误差分析并确定调整方法，

21、竖向线形不仅关乎于桥梁成桥后的外观美，同时是桥梁是否能顺利合拢的关键。竖向线形如果控制不好，合拢段梁段标高相差超过规定容许误差，就会造成合拢困难。并且强行合拢还会使得桥梁内部内力产生应力重分布，造成安全隐患。 在施工过程中误差是难免的的，但要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差并将其降低到允许的程度。悬臂浇筑混凝土梁允许偏差见表2.1。 表2.1 悬臂浇筑混凝土梁允许偏差 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 2.1.2 结构的稳定性控制 桥梁施工过程中存在多种影响因素与不确定的外力作用，从而使桥梁的整体稳定性与局部稳定性发生变化，对此要求浇筑过程中一定按照操作规定进行确保人员的安全结构的受

22、力合理。施工过程中应各尽其责，避免施工差错，及时解除安全隐患。世界上有不少桥梁因失稳而丧失承载能力，或在施工过程中发生坍塌等。关于结构的稳定性目前已经引起了人们的重视。目前主要通过稳定分析计算，并结合结构应力、变形情况来综合评定控制其稳定性。 2.1.3 应力控制 为保证结构构件的安全，桥梁在施工过程中以及成桥后的应力状态应满足设计的要求，这是施工控制的一个重要的内容。因为结构的应力状态随着施工的进行各个阶段的应力由于各种因素的影响都会发生变化。若控制不当，结构将趋于不安全会发生严重事故，结构应力监控的内容包括：自重下的应力、施工荷载下的应力、结构施加预应力、斜拉桥拉索张力、悬索桥主缆及吊杆拉

23、力、拱桥吊杆拉力、温度应力、其他应力。 2.1.4 安全控制 安全控制是保证桥梁安全施工和运营的重要内容，保证了桥梁施工过程的安全，桥梁才能顺利建成。而桥梁安全控制实际上是线形控制、应力控制和稳定控制的综合体现。实际施工控制中，应根据桥梁的结构形式，影响因素等，确定安全控制的重点。 2.2 施工控制的方法 桥梁施工中的控制方法很多，但是根据桥梁施工控制的方法随桥梁结构形式、施工特点及具体控制内容不同，方法也不同，可以选择不同的施工控制方法。目前常用的控制方法有以下几种：事后控制法、预测控制法、自适应控制法、最大宽容法等。总的来讲桥梁施工控制的方法分为:开环控制法、闭环控制法、自适应控制法以及最

24、大宽容法等。 2.2.1 开环控制法 开环控制法一般用于小跨径并且结构比较简单的桥梁结构。这类桥梁按照设计荷载计算出成桥阶段的结构理想状态，并根据各个施工阶段的施工荷载作用进行叠加从而求出预拱度值，施工完成后结构状态基本上能够达到结构理想状态。开环控制法是单向向前的，不需要根据实际结构状态来改变预拱度值，不需要考虑施工过程中各种因素的影响，即预拱度值在整个桥梁建设中是确定的。施工完成后应保证大桥的结构安全强度、刚度验算符合规定、线形变为满足要求。 2.2.2 闭环控制法 开环控制法是桥梁施工控制的主要方法。开环控制法以现代控制论为理论基础，针对施工每一阶段索要达到的设计目标状态，全面考虑影响桥

25、梁结构变形的各种因素，对结构的每一个施工阶段（或节段）形成前后的状态进行预测。其预测方法常见的有卡尔曼滤波法、灰色理论法等。在施工中，对结构施工状态进行跟踪控制，即对结构标高和内力的实测值与目标值进行对比，对结构的主要参数进行识别，发现与预测目标不符时，即应找出原因，采取措施进行调整，是施工沿着预定状态进行。由于目标状态与实际状态间不可避免地会有误差存在，某一阶段形成的误差对后续阶段或成桥目标状态的影响，将作为后续桥梁状态的预测及调整。如此循环渐进，直到施工完成并获得与设计符合的结构状态。 这种方法的关键在于对影响结构变形和内力的主要参数进行识别，并通过对偏差参数的及时调整，是结构实测状态与预

26、测目标良好拟合。 这种方法适用于所有梁桥的施工控制，而对于那些已成结构状态不可调整的桥梁则必须采用此法。如悬臂施工的预应力混凝土连续梁体系桥，其已建成节段的状态是无法调整的，只能通过后续的施工阶段的预测状态进行改变。 2.2.3 自适应控制法 自适应控制法是可以进行预测并且预先调整，也能对参数进行识别。在悬臂施工过程中，挂篮移动、浇筑混凝土、张拉预应力重复进行的状态下，可能会引起状态误差的参数进行识别的工作，把这种识别结果应运于结构研究，尽量可以使结果误差最小化。利用最小二乘法和灰色理论的方法进行参数识别和预测，从 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 而达到施工的实际状态趋于现场实际模

27、型模拟。实时监测和调整存在误差，进行及时的跟踪施工控制。 2.2.4 最大宽容法 最大宽容法是在设计时，主梁的高程和内力有一个最大容许值。这种产生了其他问题，如斜拉锁支座长度问题等，同时这种做法减少了桥梁施工控制的难度，对于跨郑徐连续梁桥的施工中的支架变形控制则主要是通过支架应力，变形进行跟踪监测，得到监测实测值与理论值进行对比，判断是否在安全容许范围内，查找原因进行误差分析，确保施工安全可靠性。 本论文所涉及的研究对象是预应力混凝土连续梁桥，施工工艺为悬臂现浇施工，具有施工阶段重复性很强的特点，因此可以运用自适应控制法对某些参数进行识别及实时调整。 2.3 桥梁施工过程模拟分析方法 桥梁施工

28、控制结构模拟分析方法是指理论模型的建立及结构分析方法。目前施工控制中主要采用的结构计算方法有：正装分析法、倒装分析法、无应力状态法。对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥，施工控制结构计算的计算方法也采用正装分析法和倒装分析法。 2.3.1 正装分析法 对于大跨度径桥梁结构，一般是采用分阶段的施工方法。随着施工阶段的推进，结构形式、边界条件、荷载形式等在不断的改变，前期结构将发生徐变、预应力张拉和体系转换等，其几何形状也在改变。因而，前一阶段结构状态将是当前施工阶段结构分析的基础。 正装分析法，也称前进分析法，就是按照桥梁施工阶段的前后顺序，根据实际结构的状态和施工方案的设计

29、，分阶段地模拟计算结构的变形和受力，最终得到成桥之后结构的受力状态。它能较好地分析桥梁结构的实际施工过程，能得到桥梁结构在各个施工阶段的挠度变形和受力状态，达到桥梁设计与实施，为施工监控提供依据。正装分析法在桥梁结构形成过程中对结构的影响因素，如结构的变形和混凝土收缩、徐变等问题。正因为如此，正装分析法在桥梁结构的施工分析中占有重要的位置。 2.3.2 倒装分析法 倒装分析法是按照桥梁实际的施工阶段顺序的逆过程，从而进行桥梁结构的分析。倒装分析法，对于分阶段施工的连续梁桥、斜拉桥、悬索桥等复杂梁桥，为了是桥梁竣工后梁体的线形满足设计要求，一般都会给予施工控制点标高或设置预拱度。它的原理是：假设

30、某一阶段结构内力分布满足该时刻正装分析的结果， 线形满足设计要求，在此初始状态下，按照正装分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每一个拆除一个施工段对剩余结构的影响，在一个阶段内分析的出的结构位移、应力状态，便是该阶段结构施工的理想状态。 一座桥梁的设计图，都会给出最终成桥状态的设计线形和标高，但一般不会明确给出桥梁结构各施工过程中间的状态要求。要想得到桥梁结构施工初始状态和施工中间各阶段的理想状态，就要从设计图给出的最终成桥状态开始，逐步进行倒拆计算，得到施工各个阶段中间的理想状态和初始状态。只有按照倒装分析给出 的各个阶段标高指导施工，才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。正因为倒装分析可以解决这

31、一问题，所以它适用于各种桥型结构的施工计算，尤其适用于以悬臂施工为主的大跨度连续梁桥、钢构桥和斜拉桥。 2.3.3 无应力状态法 无应力状态法是以桥梁结构各构件的无应力长度和曲率不变为原理，将桥梁结构的成桥状态和施工各个阶段中间状态联系起来，进行结构状态分析的方法。无应力状态法可用于各种桥型的安装计算，特别适用于大跨度拱桥和悬索桥的施工控制。由于大跨度拱桥的主要承重结构主拱圈、悬索桥的主要承重结构主缆索等，都是按无应力状态加工成型后在现场安装的，并且在安装时，其长度一般难以调整，因而如何确定这些主拱圈和主缆索的加工长度，是大跨度拱桥或悬索桥施工控制的关键。 2.4 桥梁施工控制的影响因素 大跨

32、度连续梁桥施工过程复杂，影响参数多，如施工荷载、混凝土收缩徐变、温度及预应力等。无论何种桥梁的施工控制，结构参数都是必须考虑的重要因素。事实上实际桥梁结构参数一般是很难与设计所采用结构参数吻合，总存在一些误差，施工控制中如何恰当的计入这些误差，使实际状态与设计状态相一致，是首先需要解决的问题。 1、结构参数 （1） 结构构件截面尺寸 结构构件截面尺寸，任何施工都可能存在截面误差，在规范要求总也允许出现截面尺寸误差但不超过限值的误差，因为这种误差会导致桥梁后续施工的结构内力与变形发生变化。所以，对结构构件截面尺寸的控制过程中要实时跟踪动态取值。 （2） 结构材料弹性模量 结构材料弹性模量：对经常

33、遇到的超静定结构来说，结构分析得到的结果主要受到弹性模量的影响，并且它与结构变形有直接关系，对于那些竣工后的桥梁结构而言其弹性模量与设计值不完全吻合，所以在桥梁施工过程中根据施工进度 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 要经常对现场试件进行抽样调查，特别注意混凝土试件的调查，随时在监控过程中对各个材料的取值进行及时的修正。 （3） 材料容重 材料容重是引起施工材料结构内力和变形的主要因素，施工过程中必须要计入实际的材料容重与设计取值间可能存在的误差，特别是混凝土材料，不同的材料与钢筋含量都会对容重产生影响，施工控制中必须进行准确的识别。 （4） 施工荷载 在桥梁施工过程中，都存在施工荷

34、载，这部分荷载对桥梁结构构件内力与变形都会有很大的影响，所以要实时取值。 （4） 预加应力 预应力水平是影响预应力桥梁施工控制目标实现的主要因素之一。预应力张拉过程中，会由于锚口摩阻、梁体弹性压缩及上拱、钢丝回缩、锚具回缩等产生预应力损失，影响预应力筋的真是张拉应力及实际剩余预应力值。对于张拉预应力，一般通过在张拉千斤顶与工作锚板之间设置压力传感器测量。 （5） 施工工艺 预应力混凝土连续梁桥的施工控制是为了施工的各个方面服务，施工的好坏直接会影响施工控制目的的精确度，因此必须要严格的进行施工工艺的进程，此外在施工控制中由于各种构件的制作安装等误差的情况下，施工工艺显得尤为重要，良好的施工工艺

35、才能使施工状态保持在施工控制中。 （6） 施工监控 施工监测采用何种测量仪器、测量方法，对施工控制结果的好坏有很大影响，测量仪器精度不同，测量方法不同，产生的误差也就不同。所以应该尽量选取合适的施工监测方法，并保证测量结果的可靠性。 （7） 结构分析计算模型 计算模型中要与实际的桥梁状态符合，应以能够准确描述施工过程中受力与变形状态为准。 （8） 温度变化 对于超静定结构，温度发生变化，就会使结构内力产生重分布。而温度变化表较复杂，类型多样，如季节性温差、日照温差、箱梁梁体内外的不均匀温度等。因此在监控过程中要加以考虑温度的影响。但是在施工前期是无法知道温度是如何变化的。因此通常在施工控制中，

36、采用选定温度变化较小的时间段对温度进行修正。 （9） 材料收缩、徐变 混凝土的收缩徐变是施工控制中必须要考虑的一个因素，混凝土收缩时对钢筋产生压应力，对混凝土产生拉应力，而徐变在后期会导致梁体产生较大变形，同时，对于超静定结构而言，收缩徐变还会使梁体产生次内力，使梁体发生变形， 影响桥梁结构的使用寿命。 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 3 桥梁施工控制管理 3.1 预应力混凝土连续梁桥悬臂施工 3.1.1 挂篮试验 在连续梁桥梁悬臂施工中，挂篮在承受混凝土梁段重量是会发生弹性变形。在制造和使用挂篮时，施工单位应对挂篮进行静力加载试验以验证其安全性并确定其弹性刚度，并通过分析计算确定

37、其刚度在合理范围之内。挂篮加工完成后，进行预拼验证挂篮加工的精度。试拼后即对每套挂篮进行静载试验，根据浇注梁段重量并考虑一定的安全储备确定加载吨位。试验采取逐级加载方式，每级荷载加载完成后并持荷载半小时以上，检查各杆件的安全状况，同时记录力与位移的关系。加载至试验加载吨位后，逐级卸载，检查各杆件的安全状况，同时记录力与位移的关系。挂篮试验应进行数次加卸载循环（3-5次），尽量完全消除非弹性变形。由试验测出力与位移的关系曲线，求出挂篮弹性和非弹性变形，作为施工控制时调整立模标高的依据。 在施工过程工作中，监控单位根据每个悬臂浇注节段的实际变形情况，分析校核挂篮的变形与刚度，并采用预测手段推演随后

38、阶段施工的挂篮变形值。 挂篮施工过程中，除了发生变形外，还可能出现挂篮锚固松动，挂篮横梁弯曲，以及挂篮刚度不足使挂篮横梁两侧变形不一致，一端变形大，另一端变形小等情况，这些必然造成挂篮测量不准，并且浇筑梁段不规则等问题。因此在施工中应该严格监测，出现问题，及时调整维修。 其次，挂篮发生弹性变形时，还存在这顶横梁和底横梁的弹性变形规律不一样的情况，但是在挂篮弹性加载试验时，测定底横梁的弹性变形规律作为整个挂篮的变形规律，确定立模标高时，也以底模为立模标高控制点，因为底模变形偏大，所以结果是偏保守的。关于挂篮加载试验操作事项如下： （1）在0号块上安装完成挂篮以后，应首先进行挂篮加载试验，以获取加

39、载与挂篮变形的关系曲线。 （2）试验方案应经指挥部、监理和监控小组批准后实施。 （3）加载时应注意分级加载，且分级应均匀。 （4）条件允许时应逐个进行挂篮加载试验，以便于检测全部挂篮的性能。 图3.1挂篮加载试验图片 3.1.2 立模高程的确定 在桥梁施工悬臂浇筑过程中，有很多因素会与理想状态有差别，如：混凝土模量，混凝土收缩、徐变，箱梁截面尺寸，张拉预应力，施工温度等，实际状态与设计状况不会完全吻合产生偏差，这些偏差必然会对桥梁发生变形使实际变形与理论变形存在一定的误差，从而影响成桥高程，偏离设计意图，因此必须根据施工实际，及时调整理论计算模型使之与施工实际情况相吻合，再按照修正模型确定新的

40、立模标高，从而达到标高控制目的。 1、设计高程 理论上，设计高程即为桥梁正常使用下的高程，即桥梁的设计高程就是看桥梁竣工多年以后，在承受1/2静力活载情况下高程。在这里要求“竣工多年（一般3-5）年以后是为了保证混凝土后期徐变大体完成，桥梁不再发生明显的后期变形；承受1/2近似活载近似模拟桥梁正常使用下的活载工况。 高程监控的目的就是要使桥梁的线形满足设计要求。因此设计高程是高程监控的依据。 2、竣工高程 竣工高程即为桥梁刚刚竣工时的成桥高程。 如前所述，桥梁在竣工后还要发生后期徐变变形及活载变形，因此可得： H竣工H后期徐变H1/2静力活载=H设计 （3.1） 式中： H竣工：桥梁竣工高程；

41、 H后期徐变：桥梁竣工后混凝土徐变引起的变形，以向下为正； H1/2静力活载：桥梁承受1/2静力活载引起的变形，以向下为正； - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） H设计：桥梁设计高程； 3、立模高程 立模高程即施工时模板的放样高程。悬臂浇筑施工的立模高程： H立模=H设计+H计算预拱度+H挂蓝变形+H施工调整值 (3.2) 式中 H设计：箱梁顶面（底面）中轴处设计高程，采用设计值； H计算预拱度：采用施工计算分析值，主要包括横载，施工期间收缩徐变，温度影响，二期横载，成桥后收缩徐变及1/2静力活载等产生的竖向变形； H挂篮变形：挂篮变形调整至，一般由试验确定； H施工调整值：施工过程中

42、产生竖向变形的调整值； 在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模高程合理确定，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。要使最终桥面线形较为良好，在确定立模高程时考虑的因素需要符合实际要求，并且加以正确控制，否则最终桥面线形会与设计线形有较大偏差。 3.1.3 立模高程的控制 1、施工控制方法：对于梁式桥可以采用自适应控制方法进行施工控制，采用最小二乘理论调整结构参数，在施工中可以采用灰色理论等预测方法对梁体的变形进行辅助预测； 2、为保证梁面的高程符合要求，对于无砟轨道客运专线桥梁在提供立模高程应给出混凝土浇筑即将完成时的梁面高程，这样可减少由本阶段挂篮变形及梁体变形预测误差引起的梁面高

43、程误差，减少以后梁面的修整工作量。 3、由于一般无砟轨道客运专线工程工期较紧，在梁体合拢前，已开始了梁面的修整工作，需要根据倒退分析各个阶段的理想状态给出梁面的修整高程； 4、施工监控需要对每阶段的测量结果进行分析，并对下一阶段的梁体立模高程进行预测； 3.1.4 挠度观测 挠度观测工作是结构线性控制工作的基础。在通常情况下，有施工单位承担桥梁施工的测量工作，监控单位则直接采用经监理认可的测量数据。 挠度观测在每个施工块件上布置两个对称的高程观测点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每一截面需要进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力钢筋张拉前、

44、预应力钢筋张拉后的高程观测，以便观察个点的挠度及箱梁曲线的变化历程，保证箱梁悬臂的合拢精度及桥面线形。高程控制点布置在离块件前段10处，采用16钢筋在垂 直方向与顶板的上下层钢筋牢固连接，并要求竖直。测点（钢筋）露出箱梁混凝土表面1cm，测点磨平并用红油漆标记。 测点布置如图3.2所示： 图3.2 测点布置图 3.1.5 挠度观测规定 1、在混凝土悬臂浇筑过程中应该进行3种工况的标高测量，即立模之后、浇筑混凝土后、张拉完预应力钢绞线后。 2、测量时间一般应在早晨太阳出来前。 3、在进行高程测量的同时，应进行中轴线位置观测，墩沉降观测，根据施工的进度情况，进行周期性观测。 4、在施工过程中各个施

45、工阶段的标高和中轴线进行测量时，若现场实测值与测量单上预测值对应误差为15mm（高程）、5mm（中轴线偏位）时，应向监理和线形控制小组报告，如果相对应的误差在容许范围内则可以结束挠度观测。 3.1.6 应力监测 应力监测就是对预应力混凝土连续梁桥的关键性截面进行应力控制，其中主梁上测点的布置就本文而言布置在主墩0号块两侧、中跨L/2处、以及中跨L/4处、边跨L/2共有9各应力控制截面。应力测量的步骤，一般在施工过程中，每一施工阶段即立模前后、浇筑混凝土前后、张拉预应力前后都应该进行应力测量，经过分阶段测量得到的数据与理论值进行对比，得到的实际数据与理论数据差值不能过大，如果超过规范要求，那么就

46、要进行分析，主要是通过对张拉预应力筋的张拉控制应力进行控制调整直至实测值与理论值之间的误差小于容许范围。由于施工设计误差和施工误差的存在，结构应力的理论值不可能与实际值向一致。当桥梁结构应力理论值与实际值的差值在允许范围之内，结构内力不予调整。当理论值与实际值的差值过大时，那么就要根据我们实际测量得到的截面控制应 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 力，对结构参数进行调整，分析。最终确定一个合适的张拉控制应力，是结构满足设计要求。 1、桥梁结构应力监测的仪器： 目前应力监控主要采用电阻应变片传感器、钢弦式传感器等。电阻应变片传感器只能用于短暂的荷载增量下的应力测试，并且使用不便、耐久性

47、差，所以，一般用于辅助应力测试与校核。对于适合于现场复杂情况、连续时间较长且量测过程始终要以初始零点作为起点的应力监测。 如图3.2所示为常用的钢弦式传感器，图为埋入式应变传感器，用于混凝土结构内部的应变（应力测量）。图为SCJM-ZH1综合测试仪。配合钢弦式传感器直接测量构件的应力、应变。 图3.3 应力监控仪器 SCJM-ZH1测试仪是一种便携式、多功能、智能式读数仪。该测试仪监测速度快、精度高、使用简单方便等特点。仪器体积小、重量轻，可充电电池，使用携带极为方便。该传感器能在传感器内自动记录传感器编号、自动计算应变、自动监测温度的结果，保存记录测试结果。 2、传感器的布置方案： 由于箱型

48、截面整体性好，本身刚度大，承受正、负弯矩及抗扭能力强，是一种合理的截面形式。对于本文所述预应力混凝土三跨连续梁桥而言，在桥梁施工过程中各个控制截面在施工过程中的应力差别很大，考虑到施工顺序、施工时间、预应力损失测定等因素，箱梁应力测试断面选择在0#块附近(悬梁根部)、L/4和合龙段(L/2)等处(L为桥梁主跨)。应力控制截面见图3.3所示。共9个断面（其中0#块附近(悬梁根部)截面4个、L/4处截面2个、合龙段1个和边跨1/2处2个），总共9个控制界面。 图3.4 应力控制截面 由于混凝土材料应力测试的离散性、应力滞后性和剪力滞后性等影响因素对箱梁应力测试断面的重要性。在箱梁关键控制截面（箱梁

49、根部、L/4处和L/2处截面）上拟布置4个传感器（顶板和底板分别2个），顶板传感器安装在顶层纵向钢筋上，底板传感器安装在底层纵向钢筋。如下图所示： 图3.5 3号截面应变传感器布置图 图3.6 5号截面应变传感器布置图计 3.7 1、6、9号截面应变计布置图 图3.8 2、7、8 号截面应变计布置图 图 通过纵向传感器测量箱梁的受力应变大小，获取控制截面的应力分布信息；并与设计值比较，做出合理评价，并及时将分析结果反馈给设计现场监理和施工单位等，完成信息化施工控制全过程。 3、箱梁结构应力测量 预应力混凝土连续梁桥在悬臂浇筑过程中，要经过下面三个步骤进行：挂篮前移和立模；混凝土浇筑；预应力钢绞

50、线张拉。应力测量也按上述三个施工工况划分，分别在浇筑混凝土前后、张拉预应力前后、立模前后进行分阶段跟踪测量，最后在边跨以及中跨合拢之后要对体系转换之后的梁体进行应力监测。确保在合拢之后梁体应力不至于过大。由于混凝土应力测量的特殊性。测量时间选定在每一工况结束后5小时为宜，同时，在每一施工阶段，各施工工况测量时的温度变化不能太大。 4、测试应力误差分析 预应力混凝土结构的测试应力误差主要是由结构设计参数误差、施工误差、测量时的误差、模型建立的误差等因素所导致。混凝土结构的应力是通过应力测试仪所测得，桥梁结构应力的实测值与理论值是存在着一定的误差， 要想较准确 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（

51、论文） 地掌握结构的真实应力状态。只有通过误差分析手段，使应力实测值尽可能接近理论值。由于混凝土材料的特殊性，测量下的应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的测量和混凝土的收缩徐变的计算。 预应力混凝土箱梁温度的变化对内力有一定的影响，温度变化可由振弦仪测出，通过温度变化数据对应力进行进一步观测。 4 施工控制的实施与结果 4.1 工程概况 本文以新建淮北至萧县北客车联络线为例进行施工控制论述。新建淮北至萧县北客车联络线，跨郑徐客专特大桥桥梁全长上行线为2611.34m、下行线为2539.655m，起讫里程上行线为DK24+978DK27+589.340、下行线为Y2K25+141.625Y

52、2K27+517.655。本桥共3联（48+80+48）m连续梁，墩号为153#156#、162#165#、Y152Y155，主墩连续梁0#块共计6个，分别位于154#、155#、163#、164#、Y153#、Y154#墩墩顶。0#块结构尺寸为：梁长10m，梁底宽4.4m,梁顶宽7.1m（两边翼板1.35m宽），中支点处梁高6m，端支座处和边跨直线度及跨中处为3.6m；梁顶板厚32cm,底板厚80cm，腹板厚为80cm。本文主要以第三联为例Y152Y155. 该连续梁一联三跨分两个AO段；悬臂浇筑段分两个A1A8、B1B8；两个A10为边跨现浇段；两个A9为边跨合拢段；一个B9为中跨合拢段。

53、全梁中跨中心对称，如图4.1所示： 图4.1 阶段划分图 主要技术指标： 铁路等级：客运专线 正线数目：单线 设计速度目标值：160公里/小时 最小曲线半径：1600米 使用年限：100年 轨道类型：有砟轨道 地震动参数：地震动峰加速度Ag=0.1g。 4.2施工有限元仿真分析 跨郑徐线连续梁桥施工控制计算的主要计算参数根据跨郑徐线连续梁桥施工图的资料，并结合施工单位提出的主梁施工方案来确定。在主梁施工开始之前进行施工控制的初步计算，在施工开始初期根据初步计算的结果对梁的线形和内 - 1- 兰州交通大学本科毕业设计（论文） 力进行控制。在主梁施工开始后，对主梁进行施工过程中的跟踪计算分析，跟踪

54、计算中的各类参数按照施工中的实际情况考虑，结构分析参数如下 4.2.1 结构形式 （1）梁全长137.2m,计算跨度为（48+80+48）m,中支点截面中心高度为6.00m，中跨跨中处及边跨9.65m直线段截面中心梁高为3.60m，梁底下按半径R=286.408m,圆曲线变化，变支座中心线至梁端0.65m 。 （2）梁体为单箱单室直腹板、变高度变截面结构箱梁顶板宽7.4m,箱梁底板宽4.4m顶板厚度32cm,底板厚度为40cm至120cm,按圆曲线变化。（具体参数见新建铁路淮北至萧县北客车联络线工程施工图 有砟轨道预应力混凝土连续梁（单线）跨度：（48+80+48）m）。 4.2.2 设计荷载

55、 （1）结构构件自重：按26.0KN/m3计。 （2）附属设施重（二期恒载），本设计二期恒载按111KN/m设计。 （3）混凝土收缩徐变计算至全桥合拢后1000天。 （4）列车竖向活载纵向计算采用ZK活载。 （5）挂篮重取60t，采用600KN的集中力和1200KN.m的弯矩来模拟。 （6）预应力荷载： 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数=0.25 管道位置的偏差系数k=0.0025 锚头变形，钢筋回缩（考虑反摩阻）L=6mm。 预应力筋T1-T9为顶板束，W1-W9为腹板束，B1-B5为边跨底板束，B6-B10为中跨底板束；其中T1-T12采用12-75钢绞线，M15-12锚具；W1-W9采用15-75