大跨度连续钢构桥施工监控及温度效应分析

韩童

兰州乾元交通规划设计咨询有限公司 甘肃 兰州 730000

一、概述

连续钢构桥的主梁是重要结构，连续钢构桥在预应力混凝土连续梁和梯形结构基础上结合起来的一种新型连续桥梁结构，将主梁连设计成新型体系，具有连续梁的优点，其中减少了跨中的正弯曲，初始量比较高，相对尺寸减小，外形美观，省去了大型制作，在施工过程中无需临时支撑结构，可能提高经济指标。在桥梁施工过程中，监控是对桥梁重要构件展开的监测和控制，第三方监控对象主要覆盖于整个桥体，跨度连续桥梁等其他结构桥梁，桥梁的整个施工过程中覆盖十个乃至更多的施工状况，随着工程进展的不断发生，桥梁内部结构施压也在不断进行变化，施工过程中的监控，对桥梁结构的内应力监测来保证理论分析结果有对比数据，实时掌握桥梁的动态结构，以保证桥梁的安全性。运用监控可以及时发现问题，进行及时预警，暂停施工组织各方召开新的解决方案，桥梁监控标准体系基础设备，施工质量，效率等若干地方仍需要提升，在研究方向虽然做了基础优化，但是施工过程中还有很多难点问题需要突破。

二、项目概括

粤晖大桥全桥孔跨布置为6x25m+[69+2x115+69]m+6x25m，桥梁全长668m。主桥为69+2x115+69m变截面预应力混凝土钢构-连续组合箱梁。主桥箱梁主跨为115m，边跨为69m，跨中及边跨端部梁高2.7m，根部梁高6.8m，箱底曲线采用2次抛物线，箱梁为单箱双室断面，顶宽21m，底宽12m，两侧悬臂长4.5m，箱梁顶板厚30cm，在根部及端部逐渐变化至90cm和100cm，

三、施工监控的原则和方法

3.1 监控原则

对于预应力混凝土钢构连续组合梁桥将会使用悬臂进行施工，桥梁施工过程需要经过多次体系转化，施工阶段繁多、花费时间长，如果计算设计参数取值（混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永久预应力等）与施工中实际遇到问题情况都存在很大差异以及环境温等周围因素的影响，就会造成各个施工阶段存在多重内应力问题，造成设计值偏离的现象，甚至超出过多规定的内应力和位移，若无法通过合适方式进行控制，及时发现并作出调整，就会造成桥梁的应力无法达到设计要求。在整个施工当中，必须得到精准数据进行调整措施，根据施工中得到的结构反应进行新相关参数值的修正和改动，保证计算数据与实际情况互相吻合，利用计算模型进行后期指导施工，当结构测量到的受力状态与模型计算结果误差过大，通过得到的误差参数进行辨识算法保证后期调节计算模型参数的准确性，使模型的输出结果与现实施工过程需求数据达到一致，得到了修正的计算模型参数后，重新计算施工过程中各个阶段理想状态。以保证后续进行合拢桥面时线形的良好，后期施工过程中不会出现过大的应力。最终保证后期成型的桥梁符合设计要求。

对于每个阶段的悬臂浇筑施工都需进行预应力计算，尤其是混凝土钢构-连续组合箱梁，进行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以保证制造安全，量出出每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整，保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂标高的相对偏差在规定值以内以及结构内力状态符合设计要求。

对该桥连续梁部分都需进行施工监控，来保证施工过程中每个阶段建造结构的安全性，确保桥梁成桥桥面线形及受力状态达到设计规范。

全桥计算模型

3.2 检测方法

在施工监控过程中主要控制内容为：主梁线形、受力。施工过程中桥梁结构会产生变形(挠曲)，在桥梁变形也受到很多周围因素影响，导致桥梁结构在施工过程中得到的实际位置(立面标高，平面位置)状态无法到达预期状态，导致桥梁无法顺利合拢或成桥线形与设计要求相差过大，因此，后期主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高一定要确定合理，确保主梁的线形是否平顺、符合设计等各种问题。本项目通过在零号块顶端埋设2~3个监测基准点，以便基准点间的互检以及某一点受到施工干扰时可以启用备用模式，此处的桥面标高，不会收到主梁施工及周围温度影响，能够保证挠度变形监测基准趋于稳定。在每一个梁段悬臂端距末端5~12cm附近布设2~6个监测点，若有冲突需要依照施工具体情况进行相对应调整，其中一个点布设在主梁中心线上，另外四个点分别对称布设在边腹板及悬臂上。其中设两个对称测点，可通过两个点的挠度比较，观测到该节段箱梁有无出现横向扭转；同一节段箱梁上有两个观测点也可以比较监测结果，相互验证，可以保证各节段箱梁挠度观测有正确的结果。

基准点及测点布置大样图

安装应力监测是依靠应力监控测量数据进行选定。确保梁截面的应力状况， 依靠梁体重量及其它荷载相对变化情况进行调整，来保证结构施工可以安全进行。本桥我们选用钢弦式应变计，并在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计，补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由温度应变。在测试工艺上采取相对措施，保证混凝土与周围温差产生的应变减小到最低值，或根据测量时的龄期、周围环境温度状态及时修正。保证连续梁悬臂施工时受力特点和施工控制达到预期要求，同时考虑到施工特点和所要求的进度安排，进行断面的应力监测，选择12个主梁应力监测断面。然后根据施工工况进行跟踪观测，重点应力读测：1/4跨径阶段、1/2跨径阶段、成桥、体系转换、二期恒载。数据测量必须同时对温度及相对应力进行读测与记录。

应力测试断面传感器布置图

四、施工监控结构分析

连续桥梁的悬臂阶段是静止不动的，如果合拢过程中不施加额外的力，在后期梁内的应力一般不会出现偏差，因此在整座桥工过程中，控制桥梁的线形是最主要的任务，如果在施工阶段桥体偏离，除了预留的预应力大小，没有其余调整的余地，剩下的调整余量也是极其有限的，所以说对整个桥的建成是非常不利的，一旦出现线形误差，误差将永远存在，会导致后续的桥梁不稳的问题。在悬臂浇筑，桥梁施工过程中，已完成的桥梁是无法进行调整的，只能用未完成的桥梁进行新的数值计算进行调整。在施工过程中，对于预应力的混凝土连续桥梁施工中的每一个阶段都属于受力状态，如果无法达到设计的理想目标和计算，实际施工过程中的参数值和模型中的参数值是无法完全保持一致的，主要包括混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永久预应力、环境温度、临时荷载，在施工过程中和实际情况的计算数值会有一定的误差，如果要得到必须比较准确的控制变量，必须在施工过程中及时反馈数值来进行模型参数的调整，以保证模型与实际相互结合，自动适应物理结构力学。当结构受到的力与预测不相符合时，必须把误差值的参数值重新计算，更新新模型误差参数，保证输出结果与实际测量值相同，得到修正的参数后，再重新计算设计施工状态的具体状况，对上述的结构进行监控，保证计算的模型就与实质一致，这样可以保证施工状态的更好进行。悬浇施工如果各种问题控制在初期，上述的控制思路是非常有利的，必须在每一个阶段的新得到的参数值，并重新规划模型更改错误修正，为保证施工过程中创立良好模型，防止出现误差施工。

五、小结

温度效应引起的各种应力变化，在整个桥梁的建设中具有很大的占比，应该引起足够的重视，所以在上述分析中可以看出，在新桥梁建设下的局部温差会导致结量的拉应力，为了避免梁体混凝土结构产生裂缝，前期的初应力是十分重要的，在施工过程中必须采取相应的措施，采取不同温度计算模式，得到的应力相差很大，导致温度也有所差异，在结构计算过程中，根据施工现场的实际情况，应合理的选择地表温度梯度模式进行温度值计算使进行温度效应分析的关键，如果温度梯度选择不合适，即增大温度数值，才能保证桥梁结构的抗裂。由于太阳辐射跟夜间温差的大气温度变化较大，混凝土热系数较小，当外界温度急剧变化的时候，梁内的温度会有明显的滞后现象，从而形成非极性的温度差，在大跨度连续钢构桥梁长悬臂使温度变化对桥梁结构内的受力和形变影响比较大，因为混凝土是一种粘性材料，内温度变化和外界温差相比较大的时候会存在滞后现象。由于温度变化会引起温度所对应的应力变化，根据温度现场实验测得的值对本桥的温度实行仿真分析，整体考虑升温降温梯度在得到的温度引起计算的实际，相互接近，但是测试的值比计算出的值较大，所以在计算模型的时候，一定要把柔性应力考虑进去，进行全新的仿真模型设计，根据现场的实验温度进行实际的局部修改，在施工过程中，不同温度下建立的模型也是不同的，除了根据计算之外，还需要考虑温度效应事后滞后的影响。