南安城际铁路某特大桥连续梁监控方案

-PAGE17-第一章编制依据及编制范围1.1编制依据1.1.1新建南京至安庆城际铁路招标文件、施工合同、施工图设计文件等。1.1.2国家、铁道部现行的技术标准、施工规范（指南）、操作规程和工程质量检验评定标准；1.1.3施工现场调查资料、企业施工经验、劳动力及技术装备、专业化程度、机械设备实力、综合施工能力等。1.1.4中南大学《宁安铁路无砟轨道连续梁施工监控方案》。1.2编制范围编制范围为XX特大桥（DK99+714.59-DK112+663）连续梁线型监控施工。第二章工程概况2.1工程简介XX特大桥（DK99+714.59－DK112+663）跨越规划青弋江分洪道、芜铜铁路、XX、峨溪河及淮九公路。区段内有八处连续梁，详情见下表：编号中心里程结构形式备注1DK105+771040+64+440m跨越XX第二道道河堤2DK105+889432+2*488+32mm跨越规划青弋江江分洪航道道3DK109+0071.99748+80+880+488m跨越既有芜铜铁铁路4DK110+115660+100++60m跨越XX主河道道堤坝和XXX主河道道5DK110+552448+80+448m跨越XX主河道道堤坝6DK110+668548+80+448m跨越峨溪河7DK110+996132+48+332m跨越峨溪河堤坝坝8DK111+224640+64+664+400m跨越淮九路连续梁为变高度变截面单箱单室、直腹板箱梁，梁高按圆曲线变化。梁体按纵向、横向、竖向全预应力设计，预应力筋采用高强度低松驰钢绞线，竖向预应力筋采用高强精轧螺纹粗钢筋，混凝土采用C50混凝土。连续箱梁采用挂篮悬臂施工。2.2地震地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35-0.45s。2.3气象情况XX特大桥属亚热带湿润气候，季风显著，气候温和，梅雨集中，阳光充足，无霜期长，降雨丰沛集中。区内降水季节性强，5～9月份占年降雨的60％以上，多年平均降雨量1053mm，最大日降雨1895.5mm，每年6月下旬～7月上旬都会出现一段降水量大，降水日数多的梅雨天气。多年平均气温15.6℃，年极端最高、最低气温分别为41.1℃、-13.0℃；一年中最热为7月，平均气温28.2℃，最冷为1月，平均气温2.7℃。季风气候明显，年平均风速3.3m/s，年最大风速24.3m/s。2.4主要技术标准⑴铁路等级：客运专线。⑵正线数目：双线。⑶速度目标值：250km／h。⑷线间距：4.6m。⑸设计竖向荷载：“ZK活载”。⑹轨道类型：有档肩的新型无砟轨道。第三章线型监控方案连续梁线型控制包括监控计算和施工监测，监控项目主要包括线形和应力。XX特大桥连续梁线型监控分析采用桥梁专用有限元程序桥梁博士V3.0对桥梁平面建模及用MIDAS/CIVIL对桥梁空间建模进行计算。3.1线形控制线形控制分横向线性控制和竖向线性控制。①横向线性控制：先按设计每节段梁长结合每节梁段中轴线偏角计算确定每节梁前后端中心点坐标；然后按理论公式计算出曲线梁每节段内外侧弧长，分别在每节梁顶翼缘板端部做上标记，并与梁端中心点连线确定内外侧梁段长度。②竖向线性控制：首先由我分部提供挂篮、内外侧模、底模重量,挂篮静载试验获得后锚和前支点的弹性、非弹性变形值等数据，再根据设计图各梁段设计挠度值；其次在立模前实测施工挠度值,与设计值进行比较,并与外委监控单位(中南大学)代表确定下一梁段修正后设计挠度值，确定立模标高。箱梁悬灌的各节段立模标高按下式确定：H1=H0+fi+(-fi预)+f篮+fx式中H1—待浇段箱梁底板前端处挂篮底模板标高(张拉后)；H0—该点设计标高；fi—本施工段及以后浇筑的各段对该点挠度的影响值，该值由设计图纸提供，实测后进行修正；fi预—本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值，由设计图纸提供，但需实测后进行修正；f篮—挂篮弹性变形对该灌注段的影响值，由挂篮结构和构造决定；fx—由混凝土的徐变、收缩、温度、结构体系转换、二期恒载、活载等影响产生的挠度计算值。3.2施工监测连续梁的线型监控具体工作内容包括：线形测量；主梁应力测试；温度场测试；混凝土弹性模量测试。3.2.1线形测量线形测量包括挠度监测、主梁轴线偏位测量与墩顶沉降测量。3.2.1.1挠度监测主梁高程控制是施工控制项目中的重点。高程监测的基准点布设在各墩的0#节段上，在每个0#节段上可布设2个基准点。为了能反映出在各施工阶段完成后各梁段的标高，得到各施工阶段后的主梁线形，并且可以根据浇筑前后梁段标高的变化计算出主梁的竖向挠度，每个施工节段上布置3个高程观测点，测点布置应避开挂篮的位置，测点布置在离节块前端10cm处，横向布置在腹板顶部外侧70cm处。为便于分析实测结果，将箱梁悬臂施工分为3个阶段：（1）挂篮前移；（2）浇筑阶段混凝土；（3）张拉预应力。测量时3个阶段均要有实测数值，前两个阶段仅测现浇段，后一个阶段现浇和已浇节段均测，以便复核实测线形与理论线形是否吻合。挠度观测尽量安排在晚上20：00与凌晨8：00清晨时间段内观测并完成。因为该时间段内，悬臂箱梁正好处于夜晚温度降低上挠变形停止和白天温度上升下挠变形开始之前，是悬臂箱梁温度-挠度变形的相对稳定时段。如果必须在其它时间进行，应予以修正，一般昼夜温差在10℃左右时，标高变化在7～10mm之间。每天同一时间内对各点进行观测，把所有的数据汇总分析，确定各个工序、各种原因引起的标高变化的修正系数，然后技术人员会签立模通知单，用于指导下一梁段立模标高。①测点设置测点采用Ø16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1.5～2.5cm，测头用红油漆标记，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。梁段挠度测点布置在顶面上，每节梁段前端设一个测试断面，每断面设三个测点，见图3。若图中测点位置与现场挂篮走行梁位置相冲突，可适当调整。②观测采用索佳－SDL30自动安平水准仪，精度级别S1，及检校后的3m板尺把高程控制点引至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。对于这些基准点，要求施工单位每隔一个月复测一次。3.2.1.2轴线偏位测量主桥平面线形控制主要是监控每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合，防止箱梁横向出现偏差。平面监控测点设在箱梁顶面中心。用钢尺找出前端梁段的中线并做标记，采用视准法直接测量其前端偏位。即将全站仪架设在墩顶梁面中心，后视另一墩顶梁面中心，视线为基准线，在梁前端中心标记处放置小钢尺，钢尺基准点与梁端中心点重合，用仪器直接读取钢尺读数，即为轴线偏位值。每块节段施工时均进行轴线偏位测量。3.2.1.3墩顶沉降测量墩顶沉降测量采用全站仪在一侧设置两个站点，测出墩顶测点的三维坐标，以便得到墩顶标高值。每一测试工况下的变位即为测试值与初始值的差值。初始值为主墩刚建完后在气温恒定、无日照影响时自由状态下的测量值。墩顶变位采用TOPCONGTS-601全站仪测量，仪器测角精度为1″，测距精度为1mm+1ppm。每块节段施工时均进行墩顶沉降测量。3.2.2应力监测由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力未必能与设计计算预期的结果相一致。因此有必要在施工阶段对梁体控制截面进行施工应力监控测试，为施工控制提供参考数据，以确保连续梁的安全、质量。3.2.2.1测量方法及原理影响混凝土构件应力测试的因素很复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变外，还与收缩、徐变、温度有关。目前国内外混凝土构件的应力测试一般通过应变测量换算应力值，即：σ弹=E·ε弹式中：σ弹为荷载作用下混凝土的应力；E为混凝土弹性模量；ε弹为荷载作用下混凝土的弹性应变。实际测出的混凝土应变则是包含温度、收缩、徐变变形影响的总应变ε。即：ε=ε弹+ε徐+ε无应力式中：ε弹为弹性应变；ε无应力为无应力应变，包括温度应变和收缩应变；ε徐为徐变应变。为了补偿混凝土内部温度应变并消除温度、收缩影响，在布置应力测点时同时布设无应力计补偿块，分别测得混凝土应变ε和无应力应变ε无应力，再通过相应的分析和计算分离出徐变应变ε徐，按式（1）即可得到弹性应变ε弹。3.2.2.2测量仪器及元件应力测试与主梁施工同时进行，因而要求测试元件必须具备长期稳定性、抗损伤性能好、埋设定位容易及对施工干扰小等性能。通过以前测试经验和对国内元件及仪器综合分析比较，决定测试元件选用JMZX-215AT型混凝土钢弦式记忆智能应变传感器，配合使用无应力计。检测仪器为JMZX-3001型振弦检测仪。通过应变—频率标定曲线，换算出混凝土的实际应变，再根据混凝土弹性模量推算混凝土应力。3.2.2.3测试断面与测点布置应力测试断面为每个T构的支座断面、墩顶临时固结断面和跨中断面，测点布置在箱梁底板和顶板，顶板上的传感器置于最上层钢筋的下方，以防振捣时损坏传感器，底板上的传感器置于最下层钢筋的上方，所有传感器均纵向放置并与纵向主筋连接牢固，箱梁横断面测点布置见图4。图5为顶板温度和应变传感器的埋设；图6为顶板测点应变的测试。S1-S1、S3-S3、S4-S4、S5-S5、S7-S7截面测点布置图S2-S2、S6-S6截面测点布置图图4断面应力测点布置图图5顶板温度和应变变传感器的的埋设图6顶板测点应变的的测试应力监控点的布置原则是对关键部位重点、详细测试，并布置一定数量的校核测点，对其他部位的测点，采用对比的方法，进行一般监控，并结合关键部位的数据进行监控。通过对箱梁主要控制截面的应力测试，可掌握箱梁在施工过程中的内力变化。采用带温度修正功能的埋入式混凝土应变计进行应力测量，它在测量过程中可消除温度影响。应变元件的信号线从一点引出砼表面，在周围预埋一个20cm见方的钢筋框架护住信号线。用油漆作上明显记号,设置警示标志。3.2.2.4测试工况确定在以下工况进行应力测量：a.混凝土浇注前;混凝土浇注后;预应力束张拉后b.合拢前；合拢后；c.其它测试时间根据监控需要和施工过程具体情况而定。3.2.3温度场测试温度对连续梁结构的影响十分明显，因此必须对结构的温度场加强监测。3.2.3.1测量仪器及元件主梁温度测量元件采用JMT-36B型温度传感器，并配合使用JMZX-300X型综合测试仪测量，JMT-36B型温度传感器具有高精度（±0.5℃）、高稳定性（±0.5℃）、测量范围宽（-40℃~125℃、最高可达150℃）、线性误差小（±0.3℃）等特点。大气温度的测量采用水银温度计和点温计测试，温度测试精度±0.5℃。3.2.3.2测试断面与测点布置由于混凝土结构的热传导性能较差，周围环境温度的变化和阳光照射不同等原因，将会使其表面和内部形成较大的温度差，顶、底板形成温度梯度；由于本桥箱梁较窄，两侧腹板也会形成温度梯度。温度测点的布置将要反映这种梯度的变化，在截面的顶板、腹板及底板分别布置测点。温度场测试断面布置见图7，断面温度测点布置见图8。T1-T1、T4-T4截面测点布置图T2-T2截面测点布置图图7温度场测试断面布置图T3-T3截面测点布置图图8断面温度测点布置图3.2.3.3测试工况与时间混凝土浇注后2天、4天、预应力束张拉后,应力测试时均需测量温度场。边跨及中跨合拢前选择气温变化较大的一天进行全天测试。每隔两个小时测试一次（在温度敏感时段每隔半小时测试一次），分析温度场随气温变化的规律，确定合拢的时机。3.2.4混凝土弹性模量测试混凝土弹性模量是结构计算中的一个非常重要的参数，实际的弹模与假定值有一定的差距，需要通过试验得出实际的混凝土弹性模量。按规范制作弹性模量试块2组，每组3个，分别做7天、14天.28天的弹性模量试验。弹性模量试验在0#块浇筑后1个月内完成。3.3数据分析及预测预报根据理论计算数据和实测成果，采用控制理论分析方法来调节偏差，使整个施工过程中结构状态始终在受控状态并处于控制安全范围内，并尽量接近设计和计算理论值。在连续梁施工控制中，对于设计参数误差的估算、预测和调整就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的。3.3.1参数估计参数估计的目的是消除计算误差。分别定义参数估计的单项最大容许偏差和累计最大容许偏差，则当实际的单项偏差及累计偏差均小于容许值时，可认为偏差主要由测量误差组成，不用考虑参数估计，否则，应根据实际情况进行参数估计。定义Y(k)为结构状态偏差则参数估计方程为:其中：--第k次待识别的参数误差；--为参数偏差。对结构状态偏差Y(k)的影响矩阵，可通过结构计算模型求得；--残差，也就是参数识别之后结构仍然存在的状态偏差。判别第k次识别的参数.的好坏常用及有效的方法是利用最小二乘准则，使残差的平方和J=∑ε2（k）为最小。极小化估计J的必要条件是展开后得一个线性方程组当可逆时，可解得参数θ的最小二乘法估计为首先根据影响程度分析确定需进行参数估计的各物理量（如箱梁的重量、刚度、荷载参数、砼的弹性模量及预应力损失量等）；然后根据大量的实测数据，采用最小二乘法确定最优估计值；最后将最优估计值重新带入安装计算模型重新计算，得到一套与实际更为符合的理论计算数据。3.3.2滤波和预测通过参数估计，基本上消除了计算误差（系统误差），但实际施工中由于测量手段、施工工艺的限制，仍然会存在一定的偶然误差，这就需要进行滤波、预测和调整。建立合适的状态方程，采用目前较成熟的卡尔曼滤波法进行滤波和预测，可以得到目前结构状态的滤波估计值，和下一步施工参数的预测估计值。根据合理的预测值可以及时采取措施，减小后续施工过程中结构偏差。3.3.3优化调整对于已存在的偏差，根据最小二乘法理论，采用适当手段进行最优调整，做到既能最大化减小结构偏差，又方便施工。通过计算分析，可以得到各施工阶段的预拱度值，及混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力张拉前、预应力张拉后的预计标高。建立具有反馈控制的实时跟踪分析系统，采用自校正调节法最优控制技术对后续的施工阶段的预计值作出调整方案，既使误差不致于积累，又使得最终的成桥状态与理想状态的差别最小。3.4施工监控工作的实施根据施工组织设计和施工特点，为了保证桥梁合拢的精度和施工的安全，主要对桥梁的线形和内力进行监控，拟采用的施工监控流程见图9。1）结构施工前期分析根据设计及施工方法进行每一工况的有限元理论分析时，尽可能预先精确模拟计算施工全过程，获得结构各施工阶段的期望状态，给出各施工过程中的断面的内力、应力和变形的期望值，对选定的施工控制主要参数及主要成果应形成施工控制预备文件，在此基础上进行施工误差灵敏度分析，确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的内力及位移调整方案，作为施工依据。2）现场测试与现场计算分析调整在施工全过程中，对连续梁结构进行现场测试跟踪，将测量结果与计算结构进行分析对比，在出现误差时，通过结构线形、材料弹性模量、温度场等的现场测量结果，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施、调整以后的施工要求。3）关键部位的应力及变形跟踪根据前期分析的的结果，确确定结构在在施工期间间的薄弱环环节，对施施工期的控控制截面进进行结构应应力状态监监测及变形形测量。图9施工监控流程图图3.5线型监控控控制精度度参照《客运专线线铁路桥涵涵工程施工工质量验收收暂行标准准（铁建设设[20005]1660号）》，结结合目前测测试仪器的的误差范围围，控制精精度如下：：项目规定值或允许偏偏差（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合龙前两悬臂端端相对高差差L合龙段/1000，且≤15梁段轴线偏位10成桥状态梁段顶面高程差差±10轴线偏位10顶面高程L＞100m±20相邻节段高差10断面尺寸高度15，-5顶宽±10顶板厚10，0底腹板厚10，03.6线型监控控成果3.6.1过过程提交的的阶段报告告（1）各阶段施工总总结；（2）各阶段施工控控制数据（理理论数据和和实际数据据）；（3）各阶段完成后后的结构状状态（内力力和线形）；；（4）下阶段施工控控制工作的的安排和调调整。3.6.2最最终提交的的报告（1）桥梁施工监控控总结报告告；（2）成桥后的力学学分析报告告；（3）桥梁今后管理理和养护的的技术建议议；（4）监控报告。第四章确保线线型监控施施工措施4.1成立组织织机构成立连续梁线型监控控小组。小小组由局指指挥部、第二项目目分部、中中南大学监监控单位技技术人员组组成，小组组不定期开开会，由组组长召集，讨讨论线型监控中中出现的重重大问题，并并提出修改改方案。线控测量工作由由有经验的的专职测量量工程师完完成，并配配备先进的的测量仪器器，用全站站仪控制中中线，用高高精度水准准仪控制标标高，严格格按照工程程部确定的的方案施测测。观测中中注意测法法，所有观观测点均应应换手复测测后方可成成为一个可可用数据，并并确保准确确及时测得得数据。设设专人整理理测量数据据，进行统统计和分析析，及时上上报工程部部。对出现现的问题及及时找出原原因，提出出相应技术术措施加以以解决。4.2人员及管管理制度选派经验丰富的的技术人员员参加本项项目的工作作。项目负负责人由从从事过连续续梁桥施工工控制的高高级工程师师担任，分分项负责人人均有中级级以上职称称且必须从从事过多年年相关工作作，其他的的监控人员员均由具有有监控、监监测经验技技术人员组组成。在施工控制开始始之前制定定完善的监监控工作细细则，明确确项目成员员的工作和和责任。定定期检查各各监控人员员工作，保保证工作细细则严格执执行。定期期组织监控控人员培训训和学习。施工控制过程中中，线型监监控负责人人长驻现场场，确保不不发生由于于监控人员员缺席而影影响工程进进展的情况况。4.3技术方面面成立技术顾问组组，由监控控单位的总总工程师及及资深的桥桥梁专家组组成，为本本项目提供供技术咨询询。对关键技术问题题成立专题题研究课题题