中南大学土木工程学院-预应力混凝土连续梁桥悬臂施工课件

1、预应力混凝土连续梁桥悬臂施工控制中南大学土木建筑学院 肖 丹 博士二 一 一年 一 月前 言 1施工控制的目的、内容2施工控制结构分析(计算)3施工控制监测内容与方案4提 纲前 言 11 前 言悬臂施工法概述悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥的主要施工方法。采用悬臂施工法施工有若干关键问题需要解决。例如：如何保证合拢前两悬臂端竖向挠度的偏差和主梁轴线的横向偏移不超过容许范围；如何保证合拢后的桥面线形良好；如何避免施工中主梁截面出现过大的应力； 这些问题若处理不当，不仅会对结构受力不利，而且可能会使主梁梁底曲线不顺畅，形成永久性缺陷而影响外形美观。为了解决好这些问题，唯一的办法就是对施

2、工过程实施监测和控制。 施工控制的目的、内容22 施工控制的目的、内容施工控制的目的定义： 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，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端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。目的： 桥梁施工控制的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求。2 施工控制的目的、内容施工控制的内容内容：变形控制和应力监测。变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏移，若有偏差并且偏差较大

3、时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一节段更为精确的施工做好准备工作。应力监测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，避免在施工过程中造成主梁破坏。2 施工控制的目的、内容悬灌施工连续梁桥施工控制过程主要体现在：施工控制模拟结构分析；施工监测(包括结构变形与应力监测)；施工误差分析；后续状态预测（提供下一节段立模板标高）。施工控制结构分析(计算)33 施工控制结构分析(计算)施工控制结构分析(计算)的作用：为了达到施工控制的目的，我们首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态(施工阶段理想状态)

4、，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。3 施工控制结构分析(计算)施工控制结构计算的一般原则： 预应力混凝土连续梁桥施工控制计算需要考虑如下因素：施工方案： 由于连续梁桥的恒载内力与施工方法密切相关，施工控制计算前应首先对施工方法作一番较为深入地研究，并对主梁不同施工阶段各节段的挠度和应力给出一个较为精确的数值。计算图式： 连续梁桥一般要经过墩梁固接悬臂施工边跨合拢解除墩梁固接中跨合拢的过程。可见，在施工过程中结构体系不断地发生变化，因此在各个施工阶段应根据符合实际状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 施工控制结构分析(

5、计算)结构分析程序： 对连续梁桥的施工控制计算而言，采用平面结构分析方法基本可以满足实际施工控制的需要。可采用桥梁博士3.1、Midas/Civil进行计算。非线性影响： 非线性对中小跨连续梁桥的影响可以忽略不计，对大跨径则有必要考虑非线性的影响。预加应力影响： 预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。3 施工控制结构分析(计算)混凝土收缩、徐变的影响： 连续梁桥施工控制计算必须计入混凝土收缩、徐变对变形的影响。温度： 温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响

6、。施工进度： 施工控制计算须按实际的施工进度以及确切地预计合拢时间，分别考虑各个部分的混凝土徐变变形。3 施工控制结构分析(计算)施工控制的结构计算方法前进分析法： 对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥，施工控制结构计算的计算方法一般采用前进分析法。为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种计算方法的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因此，前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。3 施工控制结构分析(

7、计算)前进分析法的基本步骤：1、确定结构初始状态：主要包括：中跨、边跨(次边跨)的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力索信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。2、基础、桥墩和0号块浇筑完成：计算已浇筑部分在自重和外加荷载作用下的变形和内力。3、在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力，每一阶段计算均依照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。 4、进行边跨合拢(次边跨合拢)、中跨合拢，计算这几个主要阶段结构的内力和变形。5、桥面铺装：计算二期恒载作用下结构的内力与变

8、形。 3 施工控制结构分析(计算)立模标高的确定：立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形(挠度)。其计算公式如下：式中： lmiHi节段立模标高(节段上某确定位置)； sjiHi节段设计标高； 1if由各梁段自重在i节段产生的挠度总和； 2if由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和； 3if混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度； 4if施工临时荷载在i节段引起的挠度； 5if使用荷载在i节段引起的挠度； glf挂篮变形值。 3 施工控制结构分析(计算)其中挂篮变形值是根据挂篮预压加载试验，综合各项测试结果，最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线，进行内插而得

9、。而 五项在计算分析中已经加以考虑，计算分析中给出的预抛高值 就是这五项挠度的总和。施工控制监测内容与方案44 施工控制监测内容与方案施工监测的目的施工监测的目的 预应力混凝土连续梁桥施工监测的目的就是在悬臂施工过程中，通过监测主墩和主梁结构在各个施工阶段的应力和变形来达到及时了解结构实际行为的目的。根据监测所获得的数据，首先确保结构的安全和稳定，其次保证结构的受力合理和线形平顺，为大桥安全、顺利地建成提供技术保障。4 施工控制监测内容与方案设计参数的测定主梁结构部分设计参数的测定 在此只考虑主要的、而且可测定的参数。具体测定工作的进行，应根据该桥所在的自然环境情况、所用材料情况、施工工艺及工

10、序情况来加以测定。需测定的参数如下： 混凝土弹性模量；(必须试验确定) 预应力钢绞线弹性模量； 混凝土容重；(必须试验确定) 混凝土收缩徐变系数； 材料热胀系数； 施工临时荷载；(主要是挂篮自重)主梁施工挠度观测与标高控制 准备工作 :1、施工单位完成挂篮及托架试验。除安装检查外，重点进行挂篮变形测试，测试结果为挂篮和托架的结构荷载挠度曲线图，实测弹性及非弹性变形值。2、边跨现浇段支架试验要求相同，试验结果要告之施工控制组。3、主桥轴线及桥墩位里程、高程均根据全桥三角网点和水准网点由施工单位进行两次复测。4、线形控制小组要按施工进度划分的阶段，应用施工控制程序求得每一节段的梁体挠度，并转化为各

11、梁段计算的立模标高。5、施工单位配合施工监控组设置桥墩沉降观测点。 4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 梁段测点基准点的设置墩顶0号块箱梁顶面水准点为箱梁悬臂浇筑施工的标高控制点。 将高程控制点引至0#块梁段顶面上，标上明显标记并保护好。在以后的施工期就以此点为基准，作为其它水准测量的后视点，得出所测梁顶的高程。每一墩顶至少应布置两个基准点，每次测试时首先应进行基准点之间的相互校核。为了防止墩的沉降，要求对于这些基准点，每隔一个月复测一次。4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 从箱梁第1号节段开始，在梁段前端距端面10cm断面（桥

12、纵向），沿横向布置3个箱梁顶面标高测点，其中中间测点主要用于连续梁水平轴线的测量控制。测点采用16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1.52.5cm，测头磨平并用红油漆标记，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。上述标高测点中包括了桥中线位置控制测点。4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 监测规定（1）对于每一个悬浇梁段应进行至少3种工况的标高观测，即挂篮就位及立模后、浇筑混凝土后、张拉完预应力钢束后。（2）除立模调整外，挠度观测时间一般应在早晨太阳出来前完成（清晨5：008：00时间段内）。（3）在进行标高观测的同时，应进行中轴线位置观测，墩沉降

13、观测，根据施工的进度情况，进行周期性观测。（4）在对梁段标高和中轴线进行测量时，若现场实测值与预测值对应误差为15mm（高程）、5mm（中轴线偏位）时，应向监理和施工控制组（线形控制小组）汇报，在施工控制组人员认可和监理同意观测结果后方可结束测量。4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 合拢段观测（1）合拢段是箱梁施工的重点之一，更是线形控制的难点，故应高度重视。（2）合拢段相邻悬臂施工的最后梁段施工前，应对相应梁跨进行联测，以确定最后梁段悬臂施工的立模高程，保证合拢精度。（3）合拢段的高程观测应按6种工况进行实测：临时支承约束解除后、劲性骨架焊接前、浇筑混凝土前、后，张拉部分预应力钢束

14、后，劲性骨架解除后、张拉完所有预应力钢束后。（4）在现浇合拢段之前，监控单位配合施工单位对最大悬臂长度时温度变化及相应挠度变化进行24小时测量。（5）控制标准应按设计文件要求。若设计文件中无此要求，则应按铁路桥涵技术规范的规定要求执行。4 施工控制监测内容与方案挠度观测与标高控制 主梁悬臂浇筑施工的主要精度要求 参照客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号），结合目前测试仪器的误差范围，施工监控控制精度初定如下： 项目规定值或允许偏差（mm）悬臂浇筑状态混凝土强度符合设计要求立模标高3悬臂梁段高程15，-5合龙前两悬臂端相对高差L合龙段/100，且15梁段轴线偏位15成桥状态梁段顶面高程差10轴线偏位10顶面高程L100m20相邻节段高差10断面尺寸高度15，-5顶宽10顶板厚10，0底腹板