快速铁路连续梁桥线形监控分析

2014-08-10 12:24江阿兰黄嘉楠
山西建筑 2014年31期
关键词:梁桥合龙线形

江阿兰 黄嘉楠

(大连交通大学土木与安全工程学院,辽宁 大连 116028)

·桥梁·隧道·

快速铁路连续梁桥线形监控分析

江阿兰 黄嘉楠

(大连交通大学土木与安全工程学院,辽宁 大连 116028)

以某快速铁路某桥为研究对象,结合具体工程概况,介绍了该桥的线形监控的方法以及线形监控中采取的措施,并阐述了自适应控制方法能较好地应用于此类桥梁的线形控制。

线形监控,自适应控制理论,连续梁桥,快速铁路

0 引言

随着高快速铁路的建设和运营,越来越多的PC连续梁成为铁路桥梁基础设施之一,对铁路桥的结构体系的布置、施工工艺特点、控制理论等也提出了新的要求。在桥梁的投入建设时,将受到多种确定和不确定影响的因素,如何衡量快速铁路PC连续梁桥的质量,其有效办法就是看各阶段的实际标准与理想设计方案是否吻合。同时,根据PC连续梁桥采用悬浇法施工工艺的特殊性和主梁结构的复杂性,控制人员需在建设中认真分析每个阶段的施工情况,应认真分析和处理并提供精确的预报数据。

1 工程概况

某快速铁路时速200 km有砟轨道(80.6+128+80.6)m预应力混凝土连续梁桥,梁体上部结构如图1所示。

结构主要基本参数:

1)主梁全长290.9 m,采用预应力混凝土连续箱梁结构,计算跨度为(80.6+128+80.6)m,采用二次抛物线变化,跨中梁高9.963 m,边跨长22.8 m,范围内为直线段。

2)结构为单箱单室,采用三向预应力筋。主桥上部结构施工方法:采用托架施工0号块,支架施工边跨现浇段,其余梁段采用挂篮对称悬臂浇筑施工。施工流程是:移动挂篮→绑扎钢筋→浇筑混凝土→张拉各种预应力束→移动挂篮,循环以上步骤,直至合龙。合龙顺序是先合龙边跨,拆除主墩临时锚固,再合龙中跨。

3)本梁按曲梁曲做设计,当连续梁位于变线间距地段时,桥面附属设施及线路设备按对称于梁体中心线布置。施工方法:主梁除0号块和边跨现浇段采用支架施工,中跨合龙段采用悬吊支架施工,其他阶段均使用挂篮悬臂浇筑施工。

(80.6+128+80.6)m预应力混凝土连续梁跨某高速公路,桥下净高大于5.5 m,施工平面布置图及连续梁桥现场施工图见图2,图3。

2 某快速铁路大桥施工控制结构模拟

1)计算模型。根据设计图的内容,对全桥总体结构建立有限元模型,对该桥进行了分析,计算各阶段的主梁变形。

大桥计算模型如图4所示。

2)施工阶段划分。82号和83号两个主墩上按“T”构采用挂篮分段对称悬臂浇筑。每边分20段,合龙段在吊架上现浇,边跨现浇段在支架上浇筑。采用合理合龙顺序为先边跨合龙,再中跨合龙。全桥总共划分为75个施工阶段。

3 线形控制的基本理论

3.1 立模标高的确定

在PC连续梁中随着悬臂施工节段的不断延伸,在施工过程中产生不确定挠度的变化量,主要由于结构自重逐步施加在已悬浇节段而产生的箱体位移变化。因此,需要及时提供成桥的立模标高在各施工阶段中。但实际施工中,产生挠度变化的因素较多。所以挠度控制将影响到合龙精度和成桥线形,故对其必须进行精确的计算和严格的控制。以设计标高为计算依据,通过施工阶段中的预拱度来计算出立模标高,要设置一定的预拱度,以抵消施工中产生的各种变形。

3.2 悬臂施工位移监测点布置及最优施工控制方法

PC连续梁桥悬臂浇筑施工时,由于挠度过大或突然增大过快都是危险信号,所以采用严格的监测控制法来观测施工中各梁段的高程及拱度变化等。以此来确定合龙前两悬臂端的高程满足规定值,确保成桥后桥面线形的平顺性。

3.2.1 位移监测点布置

主梁标高观测断面点一般布设在离梁段端部10 cm处,其顶板横向布置5个监测点,采用φ16钢筋,要求钢筋顶头光滑,焊接时应高出桥面3 cm~5 cm,测头并用红油漆显示明示点。高程测试采用TC1800全站仪(测量精度0.1 mm)或精密水准仪来进行测试。

1)0号块高程测点布置。82号墩及83号墩的0号块段分别在顶板布置7个观测点,以作为悬臂浇筑施工的基准高程控制点,布置在0号段的基准点主要目的是控制顶板的设计标高。测点位置如图5所示。

2)挂篮定位。监控方会提供立模标高,我们会根据这个进行挂篮定位。需要设置的测点如图6及图7所示。

3)观测的时间与内容。一般采用的监测时间为清晨的太阳出来之前进行数据采集,主要是减小日照温度带来的挠度影响,主要内容包括:混凝土浇筑前,浇筑后,预应力张拉前,预应力张拉后,挂篮行走前,挂篮行走后,拆除挂篮后、边(中)跨合龙前的高程测量。

4)精度控制。按TB 10415-2003铁路桥梁涵工程施工质量验收标准,主梁悬臂浇筑时,施工控制精度如表1所示。

表1 施工控制精度表 mm

3.2.2 施工最优控制基本理论

1)自适应施工控制系统。对于悬臂浇筑的连续梁桥,施工中与计算模型中的参数取值有一定差距。要得到较准确的调整量,就应该根据施工中实测得到的数值,以使计算模型与实际结构自动适应结构的物理力学规律。图8为自适应控制的原理图。

2)参数识别。设计参数误差就是我们在进行桥梁结构分析时所采用的理想设计参数值与结构实际状态所具有的相应设计参数值之间的偏差,这是引起桥梁施工误差的主要因素之一。现有研究成果表明,混凝土弹模量、结构自重及预应力损失这三个参数是影响结构计算结果的主要参数。在本桥的施工控制中按照自适应控制思路,采用“最小二乘法”对混凝土的弹性模量和容重进行参数识别和误差分析。

4 控制成果

某快速铁路连续梁桥施工控制的循环体系为:施工→量测→识别→修正→预告→施工,这一流程体系主要根据预测理想线形进行。而现实中的理论分析求得理想状态还是实践中都存在一定误差,所以施工量测的主要目标就是对误差进行分析校核,本桥共划分20个悬臂段,每一节段需要观测箱梁顶、底板的拱度,为控制分析提供实测数据。由于篇幅有限,下面仅列出82号墩20号块的数据进行分析和中跨合龙后误差分析。

4.1 实测位移与理论位移对比

82号墩20号块实测线形、位移与理论结果对比见图9,图10。

从图9和图10可以得出,浇筑混凝土之后,悬臂结构呈下挠变形;张拉钢束后,悬臂结构呈上挠变形;说明本桥监控采用的计算参数反映了本桥的实际情况。

4.2 成桥线形

由图11可以看出,张拉中跨预应力束后,梁体线形走势与理论线形一致,梁体线形平顺,满足目标控制要求。

5 结语

1)将自适应控制方法及参数调整应用到PC连续梁桥施工控制系统,调整了本桥的数值模型。

2)该桥梁顺利合龙,中跨合龙前合龙段两端合龙误差满足规范及设计要求。成桥阶段与设计线形的标高误差均在1.0 cm以内,满足目标要求。

3)由施工过程中所测梁体实际发生的位移与理论位移的比较可见,理论计算值和实时监测值进行误差分析、校核调整,以此来达到最终桥梁线形的平顺性和二期铺设要求。

[1] 张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,2004:1-4.

[2] 赵小龙.松花江大桥连续箱梁悬臂施工监控技术研究与实践[D].石家庄:石家庄铁道学院,2009.

[3] 武肖福.高速铁路预应力混凝土连续梁施工工艺研究[D].成都:西南交通大学,2008:1-2.

[4] 余钱华.大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析与测试[J].中国公路学报,2008(3):68-73.

[5] 陈武龙.某连续梁桥施工监控中若干问题的研究[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[6] 姚长健.高速铁路PC连续梁桥施工控制及收缩徐变效应研究[D].大连:大连交通大学,2011.

Analysis on linear monitoring of rapid railway continuous beam bridge

JIANG A-lan HUANG Jia-nan

(Civil Engineering Safety Engineering College, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

Taking a fast railway bridge as the research object, combining with specific project situation, this paper introduced the linear monitoring method of the bridge and should take measures in linear monitoring, and elaborated the adaptive control method could better apply to this type of bridges.

linear monitoring, adaptive control theory, continuous beam bridge, rapid railway

1009-6825(2014)31-0179-03

2014-08-25

江阿兰(1975- ),女,教授; 黄嘉楠(1988- ),男,在读硕士

U448.215

A

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