大跨度连续梁线型监控

第1页大跨度连续梁桥线形监控技术主讲人：金玉娟单位：中铁十一局勘察设计院第1章概念、意义及目的目录第2章影响线型控制的因素第3章监控原则及方法第4章监控主要工作内容第5章监控工作步骤第6章监控注意事项第7章工程实例第1章概念、意义及目的概念、意义及目的

施工监控是确保桥梁在施工或使用阶段完美体现设计思路的一种手段。对于跨度大、结构复杂、施工工序多的大型桥梁而言必须引入施工监控作为辅助控制手段，才能确保桥梁在成桥状态下达到理想的几何线型和内力状态。

施工监控主要包括理论分析预测、施工监测和施工控制三个方面。理论分析预测是通过计算模型对施工过程中每个阶段的变形在确定的材料参数、荷载、边界条件下进行分析预测；施工监测主要观测并记录包括挠度、温度效应等在内的要素，为施工控制提供分析数据；施工控制则是在施工全过程中通过数据分析对施工过程进行有效控制，其中线型控制是施工控制的核心。1.1施工监控的概念概念、意义及目的设计监控施工指导辅助校核实现指导（解读设计文件，将其转化为施工指令）（尽可能接近设计几何线型和内力状态）设计、施工、监控关系图（提供图纸和施工步骤）桥梁类型：大跨连续梁桥（悬浇）、拱桥、斜拉桥、悬索桥等大跨特殊结构桥梁。概念、意义及目的施工监控是确保桥梁施工宏观质量的关键。衡量一座桥梁的施工宏观质量标准就是其成桥状态的线型及受力符合设计要求。对大跨连续梁来说，由于结构体系处于超静定状态，施工阶段繁多，施工过程中存在多次体系转换，若不对施工过程进行控制，结构内力和线型的最终状态很难达到设计要求。

施工监控是桥梁施工的安全保障。当桥梁按预定程序进行施工时，施工中的每一节段结构变形都是可以预计的，同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际变形，从而可以跟踪掌握施工进程和发展情况。当发现施工过程中监测实际值与计算的预计值相差过大时，就应立即进行检查和原因分析，避免施工事故的发生，以保证桥梁建设的安全。1.2施工监控的意义概念、意义及目的

施工监控的目的就是通过精细化的仿真分析，确定成桥目标以及施工各阶段的理论目标，并制定合理的调整措施保证结构无应力合龙以及成桥线型。在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，判断施工过程结构是否安全；而当出现较大误差时，对施工误差进行分析，调整计算模型，并对后续施工方案提出调整建议，从而保证成桥时结构最大可能的接近理想设计状态，同时也确保施工期间主要构件结构安全，保障施工质量与工期。1.3施工监控的目的第2章影响线型控制的因素影响线型控制的因素2.1影响线型控制的因素设计参数误差施工误差测量误差结构分析误差实际状态与理想状态存在误差实际施工中，各种综合干扰因素导致桥梁结构的实际状态与理想状态存在一定的误差。在长期的实践过程中，大量工程技术人员发现，设计参数误差导致了理想线型与实际线型的偏差，是引起大跨度桥梁线型误差的主要因素。影响线型控制的因素2.2设计参数结构几何参数与时间相关参数荷载参数材料特性参数跨径截面特性参数温度混凝土收缩徐变混凝土容重施工临时荷载预加力弹性模量剪切模量设计参数面积抗弯刚度张拉控制应力预应力管道摩阻力挂篮、模板临时堆载第3章监控原则及方法监控原则及方法施工监控原则：施工监控的最终目标是确保成桥后结构线形满足设计要求。在施工过程中，通过设置合理的预拱度，使成桥后恒载（恒载+1/2活载）下主梁的标高满足设计标高的要求。调整立模标高是主梁线形调整的直接手段。通过仿真计算将参数误差引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。3.1监控原则监控原则及方法

根据《高速铁路桥涵工程施工技术规范》、《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》，线形精度控制目标采用如下数值：立模偏差：①底模拱度偏差3mm;②梁高10mm；③梁段纵向旁弯10mm。浇筑梁段偏差：①悬臂梁段顶面高程+15mm或-5mm；②合龙前两悬臂端相对高差不大于15mm；③梁段轴线偏差15mm；④相邻梁段错台5mm。梁体外形偏差：桥面高程±20mm监控原则及方法在实际施工中，由于设计参数误差、施工误差、测量误差、结构分析误差等综合干扰因素，桥梁结构的实际状态与理想状态总存在着一定的误差。在大量的实践过程中，工程技术人员发现设计参数误差是最主要的因素。施工监控要解决的就是如何通过修正设计参数误差使结构的实际状态达到或逼近结构的理想状态。为达到这个目的需执行以下3个步骤：（1）确定主要设计参数：确定引起桥梁结构偏差的主要实际参数。（2）估计和修正主要设计参数：识别这些参数误差，最后得到设计参数的正确估计值，并予以修正。（3）优化调整立模标高：根据调整后的参数进行理论计算，为立模标高提供更接近实际的值。3.2监控方法监控原则及方法设计参数在同一座桥梁的施工监控中，并不是每一个设计参数都同时出现的，而且不同的设计参数对桥梁结构状态的影响程度也不同。因此需要对设计参数进行判别，一方面要确定设计参数的实际值，另一方面要判别对结构状态影响较大的主要设计参数。通过计算分析，采用设计参数敏感性分析可确定其主要设计参数。基本步骤如下：（1）将参数变化幅度控制在10％左右。选定监控目标（如跨中挠度），修改设计参数值，计算目标值的变化幅度，并建立各参数敏感性方程。（2）依据影响程度确定出主要设计参数和次要设计参数。通过设计参数敏感性分析，确定出主要设计参数，一般情况下，考虑主要设计参数的修正，忽略次要设计参数的影响。3.2.1确定主要设计参数的方法监控原则及方法确定了主要设计参数之后，就可对主要设计参数进行正确的估计，根据参数估计的结果，对原假定设计参数进行修正。参数估计的方法很多，常用的估计准则有：最小方差准则、极大似然准则、线性最小方差准则以及最小二乘准则。我们采用最小二乘法对主要设计参数进行估计和修正。最小二乘法是由K.F.Gauss首先提出的。他认为，对于未知的但要求估计的参数的最适宜的值是最可能的值，未知量的最可能值是这样的一个值，它使得实践值与计算值的差的平方乘以测量精度后所求得的和最小。3.2.2主要设计参数的估计和修正监控原则及方法3.2.3立模标高的优化调整分析设计参数误差对桥梁变形的影响，应用优化方法调整本梁段与后续梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态。优化调整的方法很多，常用的有带权的最小二乘法、线性规划法等。施工监控中，主要以控制主梁标高为主，根据测量数据和主要设计参数的影响，对立模标高进行优化调整。监控原则及方法结构分析a预告标高施工现场数据采集d误差分析

la-dl≤ε主梁标高、温度、位移、截面尺寸、弹性模量、材料容重参数识别a’误差分析

la’-dl≤ε修改设计自适应监控流程图否否预告-施工-测量-计算-参数识别-分析-修正-预告的循环过程第4章监控主要工作内容监控主要工作内容理论分析施工监测施工控制（线形控制）变形计算立模标高的确定线形测量温度测量误差分析和判断修改设计参数预告下节段标高确定重大修改和合龙措施相关资料搜集主要工作内容混凝土弹模容重截面特性参数挂篮及支架变形预应力施工参数工期安排施组设计等收缩徐变参数监控主要工作内容4.1理论分析理论分析的方法主要有正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法，连续梁桥一般采用正装分析法即可，计算软件一般采用MIDAS和桥博。该过程须注意以下几点：

（1）正确解读设计图纸，完整模拟施工步骤（难点包括结构组、边界组、钢束组、荷载组等的激活和钝化），确保模型的正确性。该过程也是对设计文件的校核。如发现问题，应立即和设计方沟通。（2）模型中应考虑挂篮的结构形式、重量、混凝土的收缩、徐变及温度变化等影响。（3）模型的主要设计参数须为实测数据经修正后采用的数值。4.1.1变形计算监控主要工作内容悬臂施工过程中每个节段挂篮的立模标高是线形控制最关心的问题。立模标高即施工时模板的放样标高，是考虑施工及运营过程中各种因素的影响并通过桥梁设计标高比较得出来的。立模标高确定的目的就是为了使成桥若干年后桥面达到设计标高。要得出立模标高首先就要理解几个标高的概念，先来介绍一下桥梁的设计标高、竣工标高及立模标高的含义。(1)设计标高桥梁的设计标高理论上即为桥梁在正常使用情况下的标高，即桥梁竣工多年(一般为3～5年)以后，混凝土后期收缩徐变大体完成时的标高。桥梁监控的目的就是要使桥梁的线形满足设计要求，因此，设计标高是标高监控的依据。（2015版部颁高速铁路连续梁桥通用图中规定，实际施工预拱度不考虑活载影响。而铁路基本设计规范和公路规范中则要求考虑活载）

4.1.2立模标高的确定监控主要工作内容（2）竣工标高竣工标高即为桥梁竣工时的成桥标高。桥梁在竣工后还要发生后期收缩徐变变形及活载变形，因此可得：

不考虑活载：考虑活载：——桥梁设计标高，i表示桥梁纵向位置，。——桥梁竣工标高，包含二期恒载的影响。

——桥梁竣工后由于后期混凝土收缩徐变而引起的变形。——1/2活载产生的挠度，规定桥梁变形方向向上为正。监控主要工作内容（3）立模标高立模标高即施工时挂篮模板的放样标高。考虑各种影响因素得：

——挂篮立模标高，规定桥梁变形方向向上为正。——浇筑本节段混凝土挂篮所发生的变形。——结构某一阶段在立模之后，由于本阶段和以后施工阶段的影响使该点产生的变形，这种变形直到成桥竣工时为止。——根据实测数据分析后的调整值。

监控主要工作内容从立模标高的确定来看，挂篮的立模标高是多种因素引起的桥梁变形的累加，每个因素产生的变形都需要做出准确的预测。则属于桥梁竣工以后混凝土很长一段时间的收缩徐变引起的挠度，因此，以桥梁竣工后的标高来衡量桥梁的线形是比较科学的。这个标高就是所说的桥梁竣工标高，通常作为桥梁竖向变形验收的依据。因此，对于桥梁的线形一般以竣工标高作为控制对象。

此外每个节段挂篮的立模标高都是独立计算和放样的。在实际施工过程中需要对现场每个节段最后的标高进行量测并与理论计算值相对比，对于结构的参数要针对每个节段的材料进行试验取值。所以，这种方法的优点就是放样误差不累积。也就是说，某一梁段放样不准不会影响下一梁段放样的准确性。监控主要工作内容（1）桥梁的设计标高是由设计院给出的。设计图纸仅仅提供的是桥墩及桥台部位的桥面标高，对于线路其它部位的标高需要根据桥梁的设计线形来确定。在悬臂施工过程中，每个节段的控制点都没有提供确切的标高，需要考虑以上几个方面的因素进行计算确定,再根据给定标高及坡度就可以得出其它点的标高。（2）悬臂施工过程中的挂篮的变形值相比其它几个方面的影响较大，因此准确得出挂篮的变形值对确定立模标高具有重要意义。在实际施工过程中，挂篮不仅仅是对已浇筑梁段产生作用，在承受混凝土重量时自身也会产生一定的变形，即主桁架的变形和吊带的弹性变形，也就是通常所说的挂篮的非弹性变形和弹性变形两部分。这些变形的产生将直接反应在节段的沉降变形上。通常我们通过挂篮的预压实验来取得相关数据。4.1.3标高计算中参数的取值方法监控主要工作内容（3）后期施工阶段对于挂篮立模标高的影响表现在随着后续梁段的施工，已浇注梁段标高会相应变化。可以通过有限元程序对施工阶段进行模拟计算来取值。

（4）可以通过计算求出控制截面的挠度最大值，然后按抛物线沿跨长分布。但是由于徐变计算的理论还不够完善，因此理论计算结果与实际量测往往会有一定的出入。在施工监控过程中，通过有限元模型计算并参考相关已建成桥梁的后期收缩徐变实测值等来进行挂篮立模标高的确定。桥梁后期收缩徐变对于连续梁桥产生的最大影响就是随着桥梁使用年限的增加，桥梁跨中会逐渐下挠。根据实际已建成桥梁后期徐变资料，实际沉降量比理论计算值均偏大。因此，在实际施工监控中取值可适当偏大。监控主要工作内容4.2施工监测施工监测是大跨度桥梁施工监控的基础。大跨度桥梁施工过程复杂，影响其施工监控目标顺利实现的因素很多，在施工中必须对重要的结构设计参数和状态参数进行监测，以获取反映实际施工情况的数据和技术信息，不断根据实际情况修正原先确定的各施工阶段的理想状态，使施工状态始终处于控制范围之内。同时，施工监控采用的反馈分析方法是建立在结构理想设计状态、实测结构状态和误差信息三大基础之上的，进行施工过程的跟踪监测是施工监控中不可少的。施工监测主要工作内容包括：

（1）施工监控控制网的建立和复测；（2）结构的变形监测（如主梁的线形、标高等）（3）结构典型断面的温度分布监测。监控主要工作内容体系转换及合拢段施工是全桥施工的重点，也是线形控制的重点。在体系转换前后及各孔合拢段施工前，对各T悬臂箱梁高程进行联测。合拢段施工的高程观测按以下五个工况实测：

1)安装模板前；

2)浇筑混凝土前；

3)浇筑混凝土后；

4)张拉部分纵向预应力钢束后；

5)张拉完所有预应力钢束后。当合拢采取压重等技术时，应在整个合拢段混凝土施工中进行变形监测。监控主要工作内容施工监控网的建立和复测（采用已有控制网）线型测量温度测量平面控制网观测内容：在混凝土浇筑前后和预应力张拉前后观测已施工的梁段的标高。（合龙前须对5个工况进行实测）观测时间：以早晨日出以前结束为最好测量内容：大气温度、标准断面在各施工各阶段的温度场。测点布置：选取1个典型断面，布置若干个温度测点。施工监测高程控制网挂篮前移并立模

混凝土浇筑完毕

主梁预应力张拉测量工况测试方法：温度场测量采用铜镍热敏电阻，大气温度采用水银温度计。测试工况：梁各阶段预应力张拉后，与主梁线型测量同时进行，一般在日出前完成。监控主要工作内容4.3施工控制施工控制是整个桥梁监控的核心任务。一般来说，桥梁的理论分析预测值与实际的监测值是有一定偏差的。监控的目的就是调整实际和理论的误差，使结构的线形尽量符合设计的意图。施工控制主要包括以下几个内容：(1)误差分析和原因判断；(2)修改设计参数和结构计算；(3)预告主梁下阶段标高定位以及确定重大修改与合龙措施。监控主要工作内容修改设计参数误差分析挂篮定位及变形的标高误差分析混凝土超方及容重对结构影响分析预应力张拉误差对结构影响分析混凝土弹性模量对结构影响分析混凝土徐变对结构影响分析施工荷载变动对结构影响分析温度与龄期对结构影响分析预告主梁下阶段标高定位确定重大修改和合龙措施悬臂节段预拱度调整和允许误差标准确定制定合龙方案，并做相应结果影响分析根据结构的测量状态同模型计算结果的误差，进行设计参数的优化识别。采用已识别出的参数，用有限单元法进行结构分析。施工控制监控主要工作内容4.4资料收集(1)混凝土弹性模量混凝土弹性模量是结构计算中一个非常重要的参数，实际的弹性模量与假定值总是存在一定的差距。通过试验得出实际的混凝土弹性模量（由施工单位材料试验室进行试验）。(2)混凝土容重及配合比混凝土容重大小与混凝土配比、所用石料密度等有关，实际参数与计算取值有一定差异。在主梁和承台施工前，要求按规范制作试块，测定实际混凝土容重等参数（混凝土容重由混凝土搅拌站根据材料用量确定）。监控主要工作内容(3)截面特性参数在施工过程中，从立模开始至混凝土浇筑成型后，都应进行截面特性参数的控制，一方面及时纠正施工偏差，另一方面及时发现成形后的截面特性偏差，在计算分析中予以适当考虑。每节段混凝土浇筑后测量截面特性参数（施工单位负责组织）。(4)挂篮及支架变形预拱度的设置应考虑支架和挂篮弹性变形的影响，挂篮安装完毕后要进行挂篮加载试验，支架搭设完成后进行挂篮和支架的预压试验，消除其非弹性变形，同时获取弹性变形值。进行挂篮预压试验和支架预压试验（施工单位负责在挂篮预拼装完成和支架搭设完成后组织实验）。监控主要工作内容(5)混凝土材料的收缩徐变参数由于混凝土材料的收缩徐变，会导致施工过程中及成桥后梁体线形及内力发生较大变化，因此在施工前及施工过程中的监控计算必须了解混凝土材料的收缩徐变特性。因此要收集混凝土材料参数，合理计算模拟。(6)预应力施工控制参数预加应力是预应力混凝土结构内力及变形控制考虑的重要结构参数，预加应力的大小受很多因素的影响，需根据现场实际进行测定。(7)实际工期与未来进度安排（由施工单位提供）。(8)施工组织设计、主梁挂篮支吊点反力及其他施工荷载在桥上放置位置与数值（由施工单位提供）。第5章监控工作步骤监控工作步骤5.1连续梁监控工作步骤

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）按照预报的立模标高定位挂篮、立模板、绑扎钢筋；（2）浇筑混凝土前，测量所有已施工梁段上的高程测点(D)，复测挂篮定位标高(立模标高)；（3）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（D），测量本梁段预埋在梁顶的测点（D）标高；（4）按《铁路工程检验评定标准》检查断面，如有则记录梁段混凝土超重的情况；监控工作步骤（5）张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点（D），并将之前节段测量的浇筑前后标高、张拉前后标高提供给施工控制小组；（6）施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期浇筑后标高、张拉前后标高，综合考虑收缩、后期变形、温度等相关因素后通过分析计算预报下一施工周期的立模标高。

以上工作程序的关键是：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。监控工作步骤前期结构计算分析预告箱梁立模标高挂篮前移、立模浇筑混凝土张拉预应力钢束设计参数误差识别设计参数误差调整立模标高调整分析下达施工预拱度指令标高测量温度测量截面尺寸测量混凝土弹模测量混凝土容重测量挂篮定位的标高误差分析混凝土超方对结构影响分析混凝土材料特性对结构影响分析混凝土徐变对结构影响分析施工荷载变动对结构影响分析温度与龄期对结构影响分析计算模型误差施工监控步骤图（连续梁）监控工作步骤施工节段高程测点布置立面图施工节段高程测点布置断面图5.2连续梁监控图表监控工作步骤施工监控指令样表里程：根据设计图纸推算梁顶设计标高：根据设计图纸推算梁高：根据设计图纸梁底设计标高：根据设计图纸推算施工预拱度：后期施工影响，由计算模型分析运营预拱度：收缩徐变值（与1/2活载值之和）挂篮变形：预压试验中弹性变形根据梁段自重线性内插调整值：根据已施工梁段的标高与设计值之间的比对得出。第6章监控注意事项监控注意事项6.1监控注意事项⑴、大跨径预应力混凝土连续梁桥的线形控制及中线位置控制工作贯穿于施工的全过程，涉及影响桥梁高程和中线位置的每一道工序，其特点是理论计算与施工实施紧密相连。因而需要设计、控制、施工和监理各方密切合作，各司其职完成。⑵、所有观测记录须注明工况（施工状态）、日期、时间、天气、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素。⑶、施工中严格按照平衡施工的要求进行，控制梁段上的施工堆积物并及时清理箱梁中的施工垃圾，以避免由于施工荷载和桥面杂物的不平衡引起测量数据不准确。监控注意事项⑷、施工中应按照施工规范要求组装箱梁模板，尽量避免由于胀模或顶板混凝土超方过大造成施工控制的困难。⑸、测量工作应定人、定仪器进行观测，避免由于人为引起的测量误差。⑹、施工控制组在掌握设计文件要求基础上，结合施工组织设计和施工现场情况，认真仔细收集、分析实测资料，提供各梁段立模标高，进行施工总体控制，使施工工作顺利进行。（7）测量时间段最好控制在22：00∼7:00，宜在太阳出来前结束，减小温度对测量结果产生的误差。（8）在重要的大跨度桥梁中，还应重视应力监测和桥墩沉降观测，通常主跨100m以上的连续梁桥的监控则需进行应力监测。第7章工程实例工程实例7.1工程实例悬臂施工法连续梁桥施工监控的重点主要是线型控制，而立模标高的确定是线型控制的关键。由前文内容可知立模标高的计算公式如下：下面我们以实际工程为例重点讲述立模标高

的确定过程。新建汉十高铁涢水特大桥，跨S306省道（48+80+48）m连续梁桥117#墩3号块立模标高的确定分为以下几个步骤：（1）设计标高

根据设计图纸计算3号块小里程和大里程梁端部的梁底设计标高，分别为78.203m和78.201m。

工程实例（2）挂篮变形

根据挂篮预压实验的数据，结合3号块的自重，计算出3号块小里程和大里程端部挂篮的弹性变形值，分别为14.34mm和15.46mm。

（3）后期施工影响和后期收缩徐变

该项值根据计算模型得到。在此过程中我们需要对主要设计参数进行分析和调整。包括挂篮定位标高、混凝土方量、混凝土材料特性、混凝土徐变、施工荷载变动、温度与龄期、施工工期等，在确定了准确调整值后在模型中做相应修改，并计算出和。这两个数值一般综合在一起给出，称为施工预拱度，3号块小里程和大里程端部施工预拱度分别为6.3mm和5mm。

工程实例

（4）立模标高调整值。将标高测量值（此处包含0号块、1号块和2号块的梁顶和梁底标高测量值）、温度测量值（用于判断是否对体系进行升降温处理）、截面尺寸测量值、混凝土弹性模量及容重测量值进行综合分析，然后与设计文件中的相关数据进行比对，给出相应的调整值。针对于本桥第3号块的相关测量数据最终给出调整值为5mm。

根据上述步骤最后得出3号块小里程和大里程的立模标高分别为78.233m和78.206m工程实例7.1工程实例编号项目名称桥型数量状态1新建汉十高铁(60+100+60)m连续梁桥1建成2(48+80+48)m连续梁桥3建成3(40+72+40)m连续梁桥1建成41-96m系杆拱桥1在建5(40+64+40)m连续梁桥1建成6(32+48+32)m连续梁桥1建成7新建郑万高铁(60+100+60)m连续梁桥1在建81-80m系杆拱桥2在建9(74+160+74)m连续梁拱桥1在建10新建南沙港铁路(52+90+90+52)m连续梁桥1未建中铁十一局集团勘察设计院自2015年成立以来承揽了包括汉十高铁、郑万高铁等项目的多座连续梁桥和拱桥的施工监控。第50页谢谢！附录资料：不需要的可以自行删除氢氧燃料电池一、制作氢