桥梁应力监测与控制

姜 鹏

(中铁大桥局设计分公司，湖北 武汉 430050)



桥梁应力监测与控制

姜 鹏

(中铁大桥局设计分公司，湖北 武汉 430050)

分析了望东长江公路大桥江内引桥采用移动模架施工的技术，对桥梁施工全过程的应力监测与控制方法进行了研究，并通过对应力测试误差处理以及对模型约束条件的修正，更真实的反映了桥梁实际受力状况，对其他一些用移动模架施工的监控项目有一定的参考意义。

移动模架，应力监测与控制，模型约束条件

0 引言

应力监测结果不仅可以评价桥梁的施工质量，而且可以对施工中结构的安全起到预警作用，还可以用于成桥后的跟踪监测，进一步完善桥梁设计理论。施工中实际应力受到诸多方面的因素影响，理论应力同样也受到许多方面的因素影响，如何消除这些不确定的影响因素，更加真实的反映桥梁实际受力与理论应力的关系，成为当下施工控制所关注的重大问题。

1 工程概述

江内引桥上部构造跨径布置为(4×55+4×55+5×55)m，全长715m。采用单箱单室直腹板预应力混凝土等高度连续箱梁，桥面全宽33.0m，单幅箱梁高3.2m，顶板宽16.0m，底板宽8.0m，腹板厚度沿桥跨变化，由跨中处50cm渐变至支点处100cm；顶板厚30cm，底板厚度沿桥跨变化，跨中处为30cm，支点处为60cm。下部采用根式沉井基础，墩顶采用花瓶形式，墩身设置景观凹槽，桥墩墩身横桥向尺寸为4.5m，墩顶按两段圆弧渐变为7.0m，桥跨布置及主梁截面见图1和图2。

2 江内引桥主要施工程序

江内引桥采用下行式55m移动模架施工。施工顺序为：移动模架主梁拼装、起吊→牛腿安装→主梁就位→鼻梁安装→横梁及底模安装→底模预拱度调节→侧模、翼缘模板安装及预拱调节→移动模架预压→箱梁施工→移动模架前移至下一跨。

3 施工应力监测与修正

3.1 测点布置

应力测试断面的选择除了要考虑桥梁受力的最不利截面，还要考虑结构的对称性及桥梁自身的施工特点，基于此，对于四跨一联箱梁共布置7个应力测试断面，分别为1/4L截面、跨中截面、3/4L截面和中支点截面，具体布置如图3所示。

3.2 应力测试工况

本桥各跨应力测试选择在混凝土浇筑后、预应力张拉后、移动模架走行到位等三个工况。

3.3 应力修正方法

影响混凝土应变测试的因素很复杂，主梁应变测量值除包括了荷载作用引起的弹性应力应变外，主要还包括收缩、徐变、温度等影响而产生的应变。在箱梁横断面与弯曲应力平面的交界处，存在一条各点正应力都为零的线，这条线称之为中性轴，故在此位置处只存在收缩徐变与温度产生的应变，在此位置上埋入补偿应变计，其他位置埋入应力应变计，见图3。由于收缩徐变主要受混凝土龄期的影响，而在环境基本稳定的状态下，主梁竖向温度梯度产生的纵向位移值非常小，可忽略不计。因而在考虑主梁纵向应力应变时只需要将所测的补偿应变值扣除，即得到主梁纵向由荷载产生的应变值，再分别取各顶底板应变计所测应变的平均值作为主梁顶底板的应变值，通过σ弹=E·ε计算其实际应力，其中，E为混凝土弹性模量；ε为荷载作用下混凝土的弹性应变。

由上述方法测得的应力值应同时考虑测量仪器本身的精度以及混凝土的弹性模量等因素的影响，因此，在量测前必须做好测量仪器的标定以及混凝土弹性模量的测量。只有这样才能确保测试结果尽可能地接近于结构实际状态。

4 施工监控仿真分析

本桥计算采用MIDAS/Civil软件对结构进行正装分析。结构的理论应力主要受到截面参数的选取、工况的划分、外荷载作用以及材料特性的影响，而这些影响因素基本可通过实验以及对施工过程精细化实施的模拟来消除，对于模型边界条件的假定，可沿主梁节点下方一定距离相应的建立一个节点，新建节点与主梁的连接采用弹性连接，新建节点处采用固接，弹性连接的大小可根据模架预压的弹性数据与理论数据进行线形拟合而求得。

在移动模架拼装就位后，为检验其承载能力及整体稳定性，保证施工安全，首先应做模架的预压试验，以此消除模架的非弹性变形，并观测其弹性变形，将变形数据与理论数据进一步拟合，移动模架的理论数据可通过有限元分析而得到，预压下挠值沿桥长方向的对比结果如图4所示。

根据分析结果可知，模架的实际刚度较理论值偏大，偏大的比例近似等于两曲线相对点的差值的算术平均值与最大理论变形值的比值，即刚度应在理论刚度的基础上考虑相应的增大，增加的数值为6.6%，在分析模型中建立其边界条件，使软件建模更符合实际施工状态，得到更能反映实际施工的一系列数据，并通过与后续跨理论变形的比较，不断的修正优化。经优化前与优化后对比发现，应力偏差基本在0.3MPa左右，经优化后的理论应力更能符合桥梁实际工作状态。

本桥计算主要采用MIDAS/Civil有限元分析软件，建立首联4×55m箱梁模型，本联共设209个节点、113个梁单元，成桥有限元模型如图5所示。

5 应力监测结果

在整个施工过程中，钢束张拉后的应力值是本跨所有施工工况下应力的最大值。表1中列出了4×55m箱梁在第3跨预应力张拉后的实测应力值与理论计算值之间的对比结果(表中实测值为该截面顶底板应力测量的平均值)。

表1 4×55 m主梁应力监测结果

6 结语

由以上结果的对比分析可知，各测试断面的实测应力与理论应力较为接近，桥梁的施工质量满足成桥设计要求，反映了桥梁的理论计算与实际受力状态较为吻合，模型边界的模拟和实测应力的修正可指导后续两联的施工。通过对该桥的应力监测与控制，对于同类桥梁施工监控给出以下建议：

1)在布置应力截面时应考虑选取适当位置布置补偿应变计，尽可能选取中性轴位置埋设。2)在应力测试时尽可能选择环境温度较稳定时段进行，以便消除温度梯度对应力的影响。3)在建立有限元分析模型时，应综合考虑施工实际状况，包括材料特性、阶段划分、施工顺序等问题，特别注意模型边界的模拟应尽可能符合施工实际状态。4)施工中应密切关注桥面临时荷载的堆载及位置，并应严格控制桥梁截面尺寸与重量不出现大的偏差。5)预应力张拉应严格按照规范及设计要求执行，张拉位置在混凝土浇筑前应检查钢筋整体配置情况，避免出现张拉位置开裂与应力集中现象。

[1]李庆华.材料力学.成都：西南交通大学出版社，1994.

Bridgestressmonitoringandcontrol

JiangPeng

(China Railway Bridge Bureau Design Branch Company, Wuhan 430050, China)

ThethesisanalyzesmovableformworkconstructiontechnologyadoptedinWangdongChangjiahighwaybridge,andstudiesbridgeconstructionstressmonitoringandcontrolmethods.Throughprocessingstresstestingerrorsandcorrectingmodelconstrainingconditions,itreallyreflectsactualbridgestressconditions,whichhascertainguidingmeaningforothermovableformworkconstructionmonitoringproject.

movableformwork,stressmonitoringandcontrol,modelconstrainingconditions

1009-6825(2015)01-0182-02

2014-10-25

姜 鹏(1986- )，男，助理工程师

U

A