波形钢腹板PC连续箱梁桥施工监控方法

刘明

广东省南粤交通仁新高速公路筹建处（510100）

波形钢腹板PC连续箱梁桥施工监控方法

刘明

广东省南粤交通仁新高速公路筹建处（510100）

为确保波形钢腹板PC连续箱梁桥的施工质量和过程安全，研究制定了桥梁施工监控方案，通过理论计算的指导参数同施工过程实测数据对比分析，对施工全过程进行动态跟踪监控，保证施工质量和结构安全。

波形钢腹板;PC连续箱梁；施工监控

波形钢腹板PC组合箱梁桥是一种新型的钢-混凝土组合结构，起源于法国，20世纪90年代初为日本接受并大力推广，目前正逐渐在国内桥梁工程设计中加以采用，其结构形式是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板的箱形梁，其显著特点是用10～20mm厚的钢板取代30～80 cm厚的混凝土腹板。通过对广州绕城公路南段一处互通立交的跨路波形钢腹板连续梁匝道桥进行施工全过程监控，对成桥过程中的施工质量和结构安全以及施工安全进行控制，取得了实际效果。

1 工程概况

互通立交位于广州市番禺区鱼窝头镇，其中B匝道桥第五联为波形钢腹板PC连续箱梁桥跨越地方道路，桥梁中心线位于110m圆曲线上，超高单向横坡6%，桥梁跨径组合为（35+50+35）m=120m。桥梁上部结构断面由现浇混凝土底板、预制(现浇)混凝土顶板及整体成工形的波形钢腹板钢梁组成，采用了波形钢腹板钢梁先行架设技术、钢结构先简支后连续技术、纵横预制拼装结合梁技术、顶板预制吊装现浇湿接缝技术、扁担梁浇注混凝土技术、小半径曲线桥梁预制拼装构件管道穿索张拉技术于一体。

2 施工监测目的和依据

监控目的：①通过对关键部位和重要工序的严格监测和控制,准确给定和及时调整立模标高，优化施工工艺，简化施工流程，使成桥后的结构线型和内力满足设计要求。②通过有限元方法理论计算和施工线形测量相结合,进行高程偏差调整和预测，得到合理的施工预拱度，使桥梁的线形控制在或接近设计线形。消除可能对结构安全和施工安全产生的不利因素。③对实际结构进行测试，掌握实际结构的受力变形状态，通过结构应力分析，检验结构施工方案的可行性，分辨出结构的薄弱部位，校验其安全储备是否满足要求。④收集施工和成桥试验全过程的信息，为桥梁结构理论、桥梁科学研究和发展提供数据。

监测工作实施的依据是《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵施工技术规范》等国家现行标准和部颁规范及设计图纸。

3 施工全过程的仿真计算

根据波形钢腹板PC连续箱梁桥的施工特点和施工监控分析要求,采用有限元逐步正装计算法，利用桥梁结构分析系统（3D-bsa2004公路版）和midas.civil专业桥梁有限元软件,进行该桥上部结构各工况施工过程的模拟计算。模拟计算在建立计算模型时考虑了以下因素：①采用空间杆系结构模型，主梁模拟为梁单元。根据实际施工方案，主跨跨中采用施工阶段联合截面模拟。②永久支承通过约束支承点的自由度模拟。③预应力对结构的作用按等效荷载的方法由程序自动处理,计算预应力时，考虑了孔道摩擦、锚具变形等引起的预应力损失。④徐变收缩的计算中混凝土采用同一弹性模量，同一节段悬臂浇筑的混凝土具有相同的龄期。

各工况的划分如表1所示。

按照实际的施工过程，通过模拟计算得出了各施工阶段各工况箱梁的应力、内力和挠度变化情况,确定了立模标高，得出施工预抛高计算结果。

4 箱梁应力监测

应力观测的主要内容包括：主梁箱梁纵向应力和波形钢腹板竖向应力的观测。监测主要按照应变测试原理，在箱梁截面内埋设应变计，箱梁应变由应变计感应，经过导线传递至读数仪，采集并记录数据，在数据处理后得出箱梁的应力及其分布。为保证应力监测的可靠性与精度，应力监测的所有测点均采用振弦式传感器和采集器。

表1 B匝道桥各阶段工况划分

4.1 测点布置

为监测结构的受力状况,与设计方研究后，确定主梁共布置7个应力测试断面，每个断面布置两个纵向应力监测点和两个腹板竖向应力监测点，具体如图1、图2所示。

图1 主梁应力测试断面

图2 主梁应力测试断面布点图

4.2 应力实测结果

表2给出了各工况下各断面施工过程应力实测值。

表2 各工况下各监测断面施工过程应力实测值

5 箱梁标高的监测结果

挠度观测资料是控制成桥标高和主梁线型最主要的依据,实际观测过程中测点用红油漆标记，测量仪器采用瑞士生产的高精度水准仪。考虑到本工程的重要性和特殊性以及对监测的高精度、高速度要求，本次监测工作主要选用瑞士徕卡仪器进行观测，监测精度符合《建筑变形测量规范》中关于二级变形测量的精度要求。

5.1 测点布置

在与设计方研究后，确定在每个监测断面上布置2个高程观测点,这样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。主梁竖向变形测试断面位置及布点如图3、图4所示。

5.2 实测标高和理论标高对比

在施工过程中，关键工况完成后对桥面的标高进行观测，以便观测各点的挠度变化历程。实测标高与理论标高的对比见图5～图9。

6 监控结论

综合B匝道桥波形钢腹板箱梁施工监控的成果，该桥施工完毕并在支架拆除后，应力及挠度的实测结果与理论计算值较为吻合。该桥在永久作用下的恒载状态满足设计要求,说明通过以上监控措施为桥梁施工过程中各工况及时提供了参数依据，消除了过程中可能对结构安全和施工安全产生的不利因素，有效保证了施工质量和结构安全，取得了实际效果。

图3 主梁竖向变形测试断面

图4 主梁竖向变形测试断面布点图

图5 1#截面标高实测值与理论值对比曲线图

图6 2#截面标高实测值与理论值对比曲线图

图7 3#截面标高实测值与理论值对比曲线图

图8 4#截面标高实测值与理论值对比曲线图

图9 5#截面标高实测值与理论值对比曲线图