大跨径预应力连续刚构桥施工监控的方法与实现

谭小生，张 璇

(江西省交通工程集团公司)

1 工程概况

X 大跨径连续刚构桥是两座梁桥除桩位不同外，结构尺寸均相同，以下以左幅连续刚构桥为主要介绍。上部结构为53 m+90 m+53 m，截面形式为三跨预应力混凝土变截面单箱单室箱型。桥墩主桥顶部箱梁内设有两道横隔板，其他段落均未设有横隔板。箱梁采用底板保持水平、不同腹板高度予以调整2%横坡。主梁除了墩顶块件外，其余单“T”箱梁都为挂篮悬臂浇筑施工，分为10 对梁段，进行对称悬臂浇筑。主桥箱梁是三向预应力体系，即纵、横、竖三向预应力体系。下部结构为薄壁空心墩，桥台则采用了重力式桥台与柱式桥台。

2 大跨度预应力连续刚构桥的特点与稳定性分析

2.1 大跨度预应力连续刚构桥的特点

(1)墩梁刚性连接有利于悬臂饶筑施工，且结构无需安装支座;

(2)由于混凝土收缩、徐变以及温度变化与桥壤受力的会引起一定的变形，这种变形对上部结构的受力会产生一定的影响;桥壤柔度比同样跨度连续梁要大，桥壤底部的弯矩内力较小，在墩梁刚性连接处弯矩仍是结构主要内力;

(3)主梁通常采用的是变截面箱型梁，桥墩通常采用的是箱型与矩形的柱式壤或双薄壁徵;桥梁两端设置的伸缩装置需满足结构纵向位移的要求，并且，为满足结构的水平稳定性，应在桥台处设置控制结构水平位移的挡块。

2.2 大跨度预应力连续刚构桥的稳定性分析

(1)高壤自体稳定性分析

大跨度预应力连续刚构桥顺桥向壤的抗推刚度小，能够有效降低上部结构内力，减少混凝土收缩、徐变地震、温度所造成的影响，但高度必须达到要求，一般墩的设计高度不应小于1/10，那么对于高墩的稳定性分析就必不可少。对桥壤进行自体稳定性分析时应施加的荷载有自重、风荷载(包括横向、纵向两种)，实际情况根据不同的计算要求可对荷载进行组合。

(2)最大悬臂施工状态稳定性分析

在大跨度预应力连续刚构桥悬臂的最末块段施时，在风载与恒载误差以及挂篮荷载作用下是极其不安全的，因此，对最大悬臂状态的稳定性分析具有必要性。这时的荷载包括了恒载、施工不平衡荷载、风载(包括纵向与横向风荷载)、挂篮、跨段重量的施工误差(混凝土饶筑允许误差)，将以上荷载在挂篮正常工作、挂篮意外跌落两种情况下进行组合，可对连续刚构桥进行稳定性计算。

(3)成桥运营阶段稳定性分析

这个阶段的作用荷载包括这几种:上部恒载与活载组合后产生的墩顶竖直力、壤身自重、汽车荷载产生的壤顶制动力以及风荷载。实际计算中我们在有限元软件中施加的荷载包括自重、二期恒载、使壤顶产生最大弯矩(轴力)的车道荷载、纵向风荷载，同样対荷载进行组合，施加于桥梁稳定计算模型中，可在成桥运营阶段对全桥进行稳定性分析。

3 大跨度预应力连续刚构桥的施工监控方法

3.1 主梁控制截面应力监测

对梁桥施工监控而言，梁桥施工监控的一项重要内容便是对主梁控制断面的应变的监测，主梁控制断面的应变能够将主梁的受力情况进行直接的反映，它是结构安全性能评价中的一个重要指标。根据X 桥的特点，对其采用自动应变测量技术，也就是将桥上预埋的应变计引线延长到桥墩处的自动数据采集箱，从而使得监控室内的计算机能够接受到测试信号，以便能够实现24 小时连续跟踪监测、测量。

3.2 挂篮结构安全性验算

(1)荷载

荷载主要为这几种:振动器自重及振动力、施工机具等施工荷载、挂篮自重、施工人群荷载、最大节段混凝土重量等。

(2)计算工况

混凝土浇筑状态:当节段混凝土在浇筑完毕时，还未能考虑到混凝土初凝对于结构的影响，相当于这个阶段的全部混凝土重量都作用在挂篮上，同时混凝土浇筑与振动的轻微冲击影响，挂篮自重以及施工荷载等。在这些组合荷载的条件下，分别对吊杆、后锚、底篮、主桁等结构的强度与刚度进行计算，以便验证挂篮的整体抗倾覆稳定性。

行走状态:行走状态主要在施工荷载、挂篮自重等荷载的组合情况下，对轨道的锚固与吊杆等结构进行验算。

3.3 主梁挠度实时监测

(1)观测方法如下:①通过对相对高程的观测来实现主梁挠度;②将标高中的基准点设置到墩顶0 号块;③桥上可进行标高观测(将测站设置在主梁上);④在早晨太阳出来前进行观测。

梁体混凝土的温度较气温将会产生滞后效应，而日光的照射并不能让主梁立刻产生挠曲，同时在早晨时段，阳光的照射并不强烈，观测的时间能够视情况延长、推迟，但是必须在日出后半小时内完成观测。为能够使得箱梁较小的挠度变形也能够检测得到，同时在外业观测的工作量方面，需要使工作量适当，以便能够满足设计的观测精度要求，监测的水准测量精度是按工程测量三等或者国家二等的要求与方法来进行的，测量精度能够达到测出＞±1 mm 变形的挠度值。能能够达到精度要求，起终点设在0#块上的水准点上，同时水准测量所采用的形式为闭合水准路线的形式。

在悬臂施工过程中，主梁一直处于摆动状态，如果出现两侧的不平衡荷载，诸如混凝土超方、临时荷载堆放不均匀或日照影响等，都会使主梁产生倾斜，尤其是在跨度大的情况下，这种倾斜情况也就愈发严重。因此，在主梁的悬臂施工过程中，特别是挂篮定位过程中，必须实时的了解这种变化。在悬臂施工过程中安装主梁实时挠度变化测量装置，和应变测试一样，可以实时监测挠度的变化，并进行挂篮定位修正。

(2)测点布置

对主梁挠度变化的测试是修正挂篮的定位，所在在悬臂施工过程中，初期并不需要对其进行安装，而是到了施工到一定长度是才进行安装。在1#和2#墩上分别安装3 个测点。

(3)测试工况

由于采用自动测量，测量数据较多，一般主要重视下述三个工况:挂篮移动到位后;浇筑混凝土后;预应力张拉后。

3.4 基础沉降观测 由于桥墩存在沉降变形和收缩徐变的情

3.5 温度场测试

(1)测量方法

在混凝土内部预先埋设热敏电阻能够测出混凝土箱梁的温度分布情况，对于外界气温变化，包括了箱梁内外的温度，可利用普通水印温度计来进行直接测量。热敏电阻中的电阻值可随周围温度的变动而变动，其电阻值可用万用电表来检测，这边便可得到测量点上的混凝土温度，同时其精度能够精确到0.1 ℃以上。

(2)测量时间

在主梁施工期间选取具有代表的天气进行24 h 连续观测，在每个季节中选取分别选取一个阴雨天、一个多云天及一个晴天。在浇筑完0#块的混凝土后，需对其进行24 h 的连续观测;在正常施工期间，选取一个典型的天气连续观测3～5 d。

3.6 钢铰线管道摩阻损失的测定

钢绞线在张拉时，管道对造成一定的影响，其管道摩阻将会使得应力产生一定的损失。本次测试项目的目的在于定量测定这种摩阻损失，以便能够确定实际的预应力。在预应力张拉时，需对张拉的两个值进行控制:张拉力、伸长量。也就是在应力控制方法张拉时，需要用伸长值来对其进行校核。从而将实际和理论伸长值的差控制在6%的范围之内。

(1)测试仪器:采用静态应变数据采集仪与电阻应变片进行测量。

(2)测点布置:在实际施工的过程中，可选取一组钢索，在其张拉过程中进行测试。分别在钢索两端与L/2、L/4 截面上布置测量点。在预定的测点位置处对波纹管开孔，并在此后在钢铰线上布置应变片，各个测点可根据其操作空间的大小情况来对其布置1～2 个应变片。

4 大跨度预应力连续刚构桥的施工监控的实现

为了保证在每个施工块段中能够预测出下一块段的合理立模标高，则应观测目前块段中每个施工工序的主梁挠度的变化状况，以得到实测的状态。采用修正预测控制法与控制参数误差分析的方法对原定的理想状态(即计算得到的挠度状态)与实测状态进行分析对比，除去随机误差同时对系统误差进行判别。如果存在很明显的系统误差，则需要先修正结构计算相关数据，同时在参数误差识别进行调整后，进行正装与倒拆分析。正装分析也就是用来分析计算在施工中每个阶段的位移与内力，同时将内力累加计算起来从而能够得出在成桥时的受力状况。混凝土收缩徐变的完成时间一般到达到三年左右，所在正装分析在时间方面，需要从施工初态开始进行分阶段计算指导成桥后的三年左右。在施工过程中，为了能够确定每个阶段中桥面标高状态过程曲线与预留拱度，应根据桥面的设计曲线在成桥后3年左右的时段对其进行倒拆分析，倒拆分析也就是与正装分析相反的过程。完成以上步骤后，修正原定理想状态从而可得到新的理想状态，这也预测了下一个阶段的挠度控制值和立模标高。

5 结束语

结合了X 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的工程特点，对其建立了现场现场的监控系统，开展了现场混凝土结构应力(应变)、挠度和温度监测。从应力结果可以看出，各个截面内压应力均达到相关规范要求，没有高于混凝土材料的强度设计值，在桥梁悬臂施工过程中，各个截面都处于安全应力的状态。

［1］朱慈勉.结构力学［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［2］闫晓鹏.材料力学［M］.北京:清华大学出版社，2013.

［3］徐秉业.弹性力学［M］.北京:清华大学出版社，2007.