系杆拱现浇连续梁施工监测工法

系杆拱现浇连续梁施工监测工法xxxx局集团有限公司前言梁体为预应力混凝土连续箱梁，采用满堂支架施工。桥结构的形成要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的不安全。在施工过程中，为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好、保证在施工中主梁截面不出现过大的应力，必须对该桥主梁的挠度、应力等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保该桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁线形符合设计要求。对于满堂支架施工的本桥来说，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分析，确定出支架现浇梁段的立模标高，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂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。对该桥进行施工监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求，主要控制内容为：主梁线形、受力。二、工程概况xxxxx跨高速特大桥主桥主跨采用(60+96+60)m预应力混凝土系杆拱连续梁，中间2个桥墩和主梁固接，其余两侧桥墩均设置支座（见图1）。图1xxxxx高速特大桥桥型布置图主梁位于曲线上，按直线设计，采用平分中矢布置。梁体为单箱单室变高度变截面箱梁结构，支点处梁高5.0m，跨中和边跨端部梁高2.7m，梁体下缘除中支点处4m、中跨中部18m和边跨端部21.85m梁段为等高直线段外，其余按二次抛物线变化。箱梁顶板宽10.8m，底板宽6.6m。顶板厚度为40cm，底板厚度为35cm～75cm，腹板厚度为50cm～110cm。梁体仅在端部和根部设置横隔板，端部横隔板厚度1.50m，13、14号桥墩墩顶处横隔板厚度4.0m。梁体按全预应力构件设计，设置纵、横、竖三向预应力体系。箱梁纵向预应力钢束均采用高强低松弛钢绞线，抗拉强度标准值为1860MPa。本桥主桥下部共4个桥墩。12、15号桥墩为与引桥简支梁相接的活动墩，13、14号桥墩为中间活动墩。拱轴线采用二次抛物线，矢跨比1/6,拱肋高2.0m，采用哑铃形钢管混凝土截面，两榀拱肋中心间距7.2m。拱肋钢材采用Q345qD，满足Z向功能要求，主梁采用C50混凝土，拱肋内灌注C50无收缩混凝土。本桥梁部及拱肋均采用满堂支架施工方式，为保证施工过程中的结构安全，保证施工完成后梁体线形及应力满足设计及运营要求，需对本桥在施工过程中对本桥的应力和线形进行施工控制。三、工法特点1.各段独立施工检测能保证可靠度和安全性。2.应力计的温度误差小、性能稳定，且具有应变累计功能，抗干扰能力强，适于应力长期观测。四、适用范围本工法适用于所有的系杆拱现浇连续梁桥施工监控。其它连续梁桥梁施工监控可作参考。五、施工监控过程（一）、位移测点布置挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据，xxxxx高速特大桥线形监测断面按照一定距离设在梁的顶部，如图2所示。布置0＃块件的高程测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇阶段高程观测基准点。每个0＃块的顶板各布置7个高程观测点，见图3（a）。每个位移监测断面上布置两个对称的高程观测点，如图4（b、c）所示，不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形，标高测点用Φ16圆钢，圆钢筋顶部磨平，露出顶板2～3，并用红油漆作为标记。测点布置原则：①尽量靠近腹板；②测点离梁段端部10；③不妨碍施工；④易于保护；⑤尽量使测量工作减少，如立一次仪器即可以测试全部测点的高程，最好设置在挂篮内侧，这样也可以减少转仪器引起的误差。（二）、立模标高的确定在主梁的浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线型是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线型较为良好。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。其计算公式如下：式中：—阶段立模标高；—阶段设计标高；—由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和；—由张拉本阶段及后续施工阶预应力在阶段引起的挠度；—混凝土收缩、徐变在阶段引起的挠度；—施工临时荷载在阶段引起的挠度；—取使用荷载在阶段引起的挠度的50%；—支架变形值。其中支架变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，、、、、在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。根据上述计算式和监控分析，可以计算出各梁段的预拱度（相对于设计标高）。图2xxxxx高速特大桥线形监测测点(a)0号块(b)支点断面(c)跨中断面标高测点图3标高测点布置图(三)、监测断面及仪器布置应力监控是连续梁桥施工监控的主要内容之一，它是施工过程中的安全预警系统，是对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依据。结构某定点的应力也同其几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。在某一时刻的应力值是否与分析（预测）值一致，是否处于安全范围内是施工控制关心的问题，解决的办法就是进行监测，在箱梁的控制截面布置应力测点，以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况，并与理论计算值进行比较，从而预告当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态。对本桥进行应力监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥受力状态符合设计要求。主梁测试断面选择边跨L/2，中跨L/4、L/2、3L/4、支点等关键截面，共12个测试断面，测试截面布置如图4所示。主梁测试断面仪器布置情况如图5所示，钢筋应力计分别布置在顶板上层钢筋和底板下层钢筋上，每个截面布置4～6根钢筋应力计。（四）、工艺原理钢弦应力计埋入混凝土内以后，在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短，其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率可得到钢弦的应变值，换算得到同位置处混凝土的应力值为：=式中：—混凝土结构的应力；—混凝土的弹性模量；—钢弦传感器的应变。图4梁部结构测试断面布置图（a）跨中断面（b）支点断面图5主梁截面钢筋应力计布置图（五）、测试内容应力监测针对施工的每个主要施工阶段进行，在每个施工阶段都进行监测，各阶段根据施工进度进行测试，各阶段应力监测主要包括：（1）混凝土浇筑前的应力测试；（2）混凝土浇筑后、合拢前前的应力测试；（3）合拢后预应力张拉前的测试；（4）预应力张拉后，支架拆除前的测试；（5）支架拆除后的应力测试；（6）拱肋安装前后的应力测试；（7）吊杆张拉前后的应力测试；（8）二期恒载铺装前后的应力测试；（9）在每一阶段测试完毕后应对测试结果进行分析、比较，若存在误差分析原因；（10）根据测试结果，给出该桥在成桥时恒载下的应力状态。五、施工监控目标（1）成桥后的线型与设计线型的所有各点的误差均控制在3cm范围之内；（2）模板定位标高与预报标高之差控制在1cm以内；（3）预应力束张拉完后，梁端测点标高与控制小组预报标高差不超过±1cm；（4）在综合考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响后进行计算分析，保证结构可靠度和安全性；（5）对应力测试实际值与理论计算值进行比较，从而保证安装构件或即将安装的构件满足结构强度要求；（6）在满足结构强度及稳定性的前提下，施工监测配合施工，科学合理地加快工程进度，从而达到加快进度和成本控制的目标。六、工程实例古城子跨石中高速特大桥位于宁夏石（石嘴山）中（中卫）高速公路中宁县，桥型布置为12-32m+(60+96+60)m+21-32m，主跨为(60+96+60)m预应力混凝土连续梁，墩身为圆端性墩，基础为桩基础，桥台为T形桥台。大桥平面位于直线段、缓和曲线和园曲线上，立面由太原向中卫方向升4.0‰和降5.8‰。本桥由xxxx局承建，兰州交通大学进行施工监控。2008年年初开始支架立模，2008年9月系杆拱全部完工。施工过程按照该工法进行监控，确保了桥梁施工安全，并使合龙精度达到设计要求，成桥后预拱度设置合理，桥梁线性完全符合设计要求，且平顺美观。由于该工法算法先进、具体步骤细致