高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:山东省工信厅 年第一批技术创新项目计划()作者简介:林青松()男山东德州人高级工程师研究方向为铁路、公路、市政、建筑工程施工技术:.引文格式:林青松.高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制.铁道建筑技术():.高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制林青松(中铁十四局集团有限公司市政工程分公司 山东青岛)摘 要:温度荷载的非线性和不均匀性是桥梁结构挠度复杂性变化的原因之一为解决高墩大跨连续刚构桥受温度作用的线形控制问题以新建天津至保定铁路永定新河特大桥为研究对象运用现场实测手段对连续刚构桥悬臂浇筑施工过程中箱梁温度场时空分布特征进行研究分析温度作用对桥梁施工线形的影响 结果表明:在时间分布上箱梁顶板的温度变化趋势与大气环境温度变化趋势一致呈现白天升温、夜晚降温的趋势白天升温速率比夜晚降温速率大腹板和底板的温度随着环境温度的变化而呈现小幅度的变化在空间分布上顶板、底板的温度均由外到内逐步减小底板上缘的温度整体最小而腹板的温度与底板下缘接近温度荷载对桥梁合龙误差和桥梁预拱度均具有明显影响温度较低时可以降低合龙误差温度低值时的预拱度与设计预拱度接近且明显比温度高值时小表明温度低值时桥梁具有更优的线形对桥梁整体受力及结构的耐久性更有利关键词:高墩大跨 连续刚构桥 悬臂施工 施工温度效应 线形控制 预拱度中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言由于挂篮悬臂浇筑法施工具有施工灵活、承载能力大、刚度大、高效安全等优点因此在大跨度连续刚构桥的施工中得到广泛的应用 然而悬臂段的施工过程中由于环境气温的变化以及混凝土结构较差的铁道建筑技术 ()书 书 书林青松：高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制导热性，温度效应会导致悬臂段桥梁结构产生热胀冷缩效应，结构内外部之间形成不均匀的温度分布，从而引起桥梁的线形变化。温度荷载的非线性和不均匀性是桥梁结构挠度复杂性变化的原因之一，研究温度的分布特征以及温度荷载作用下桥梁线性变化对于高墩大跨连续刚构桥的悬臂施工具有十分重要的作用。陈伟利等分析了预应力混凝土连续梁桥的施工控制现状，基于现场实测的方法对连续梁桥的温度场分布进行研究，并将其应用于温度应力和变形数值计算，指出环境温度升高时主梁会发生向下挠度，而温度下降时，则发生相反的变形；滕树元依托马昭高速公路牛家沟特大桥项目，基于施工监测方法对大跨度连续刚构桥的施工线性控制进行研究，指出施工立模标高不仅需考虑设计标高、梁段自身及后续梁段自重对立模梁段产生的挠度，还应考虑温度荷载对立模梁段产生的挠度；杨战勇针对现行公路桥梁规范未考虑自然环境温度变化对徐变系数影响的问题，通过数学函数拟合引入温度修正项，提出考虑温度变化的混凝土组合徐变公式，并应用于主跨为 的公路连续刚构桥中，指出考虑温度修正项后，主梁跨中挠度相对于规范计算值提高了；陈闯、孙九春、冯晓丹、刘利峰等人则针对高墩大跨连续刚构桥悬臂挂篮施工的具体线形控制监测数据展开了研究，并提出了相应的控制措施。本文依托新建天津至保定铁路永定新河特大桥项目，运用现场温度监测的手段，对高墩大跨连续刚构桥施工阶段箱梁的温度场时空分布特征展开研究，并分析温度荷载作用下，桥梁合龙精度以及预拱度的变化规律，研究成果可为桥梁温度荷载的结构内力和变形计算提供参考，也可为高墩大跨连续刚构桥悬臂挂篮施工的线形控制提供依据。工程概况新建天津至保定铁路永定新河特大桥跨越天津蓟州高速公路（高速），主跨为（）的预应力混凝土连续箱梁刚构桥，边支座中心线至梁端距离为，梁高沿纵向按圆曲线变化，中支点处梁高，边支点及主跨跨中处梁高，主跨跨中直线段长，边跨直线段长。箱梁截面采用单箱单室直腹板形式，混凝土等级为，顶板厚度为 ，顶板宽度为 ，腹板厚、，底板厚由跨中的 按圆曲线变化至根部的，底板宽度为。箱梁两侧腹板与顶底板相交处均采用圆弧倒角过渡，支座处及跨中共设置道横隔板，中支座处横隔板厚度 ，边支座处横隔板厚度，跨中横隔板厚度，横隔板及梁端底板设有孔洞。主梁上部结构采用挂篮悬臂浇筑法对称施工。块长，最大高度为 ，桥梁纵向墩身外侧悬臂长度为 ，块托架以主墩身和钢管临时支架作为上部梁体浇筑的支撑结构。每个悬臂构顺桥向对称划分为个节段，悬臂节段最大控制质量。桥梁墩高，从天津侧向保定侧主墩编号依次为、和。箱梁温度场时空分布特征分析温度测点的布置为了观测连续刚构桥在悬臂施工阶段的温度场分布，在箱梁顶板、腹板和底板位置均布置了温度传感器，如图所示，图中测点符号表示顶板，表示腹板，表示底板。温度传感器为温铂电阻贴，经过导线引出后箱体外后，采用温度测量仪进行温度观测，温度测试仪的精度达到。统计分析时，以测点、测点和测点的温度平均值作为顶板上缘的温度，以测点、测点和测点的温度平均值作为顶板中部的温度，以测点、测点和测点的温度平均值作为顶板下缘的温度；以测点 测点的温度平均值作为腹板的温度；以测点的温度作为底板上缘的温度，以测点的温度作为底板中部的温度，以测点的温度作为底板下缘的温度。图温度传感器布置（单位：）温度场时空分布特征分析为了研究桥梁温度场分布特征，对挂篮悬浇过程中梁段进行了 的监测，监测时间从第天的下午：至第天的下午：，桥梁施工季节为夏季（月）。图为观测时间段箱梁外部大气温度和箱室内部大气温度的变化。从图中可以看出，大气温度的变化呈现明显的白天升温、夜晚降温的特点，且白天升温速率比夜晚降温速率高，最高温度为，最低温度铁道建筑技术 （）书 书 书林青松：高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制为，而箱室内部大气温度由于环境相对封闭，其温度在整个观测时间段变化较小，平均温度为。图环境温度变化曲线图为连续刚构桥箱梁温度场的时间分布特征。从图中可以看出，顶板的温度变化趋势与大气环境温度变化趋势一致，呈现白天升温、夜晚降温的趋势，白天升温速率比夜晚降温速率大，温度在：逐步积累至最大，对结构的受力和变形最不利；在相同的观测时间点，顶板的温度从上缘向中部再到下缘，其温度值逐步降低。与顶板不同，腹板和底板的温度随着环境温度的变化而呈现小幅度的变化，这是因为受到形状尺寸的影响，顶板受到太阳照射的强度更大，时间更长，其温度变化也更加明显；在相同的观测时间点，腹板的温度介于顶板温度和底板温度之间，与底板下缘的温度相近，而底板的温度变化与顶板相反，其温度从上缘向中部再到下缘逐步增加。图桥梁箱梁温度场的时间分布特征图为连续刚构桥箱梁顶板、腹板和底板在观测时间段内的温度变化曲线，图中符号表示顶板、表示腹板、表示底板。从图中可以看出，顶板的温度由外到内（上缘中部下缘）逐步减小，底板的温度由外到内（下缘中部上缘）逐步减小，底板上缘的温度整体最小，而腹板的温度与底板下缘接近。图桥梁箱梁不同位置处温度变化图为箱梁顶板温度场空间分布特征。从图中可以看出，在相同的观测时间点，顶板的温度从上缘到中部再到下缘均呈现不断减小的趋势，且对温度场的上限与下限进行拟合表明，其温度变化呈现对数降低的趋势，上下限的拟合决定系数分别为 ，。图箱梁顶板温度场空间分布特征图为箱梁底板温度场空间分布特征。从图中可以看出，在相同的观测时间点，底板的温度变化规律与顶板类似，温度由外到内（下缘中部上缘）呈现对数减小的趋势，且对温度场的上限与下限进行拟合表明，上下限的拟合决定系数分别为，。铁道建筑技术 （）林青松:高墩大跨连续刚构桥悬臂施工温度效应及线形控制图 箱梁底板温度场空间分布特征综合图 和图 分析可知在箱梁的温度场由外到内衰减迅速使得混凝土的内外产生温度差温度高的一侧混凝土膨胀而温度低的一侧相对压缩从而导致桥梁的轴向伸缩、侧向扭曲变形、竖向挠曲等影响箱梁的合龙、成桥线形和预拱度 在实际过程中需采取降温措施避免日照温度荷载的影响降低混凝土内外温度差或选择温度较为稳定的夜晚与早晨施工 温度作用对桥梁施工线形的影响桥梁施工线形控制具有两个关键的控制节点分别是合龙工序标高误差控制和桥梁成桥预拱度控制 为研究温度作用对桥梁施工线形的影响分别对这两个关键控制节点的施工变形进行现场测量表 为()预应力混凝土连续箱梁不同环境温度时的合龙误差 从表 可以看出温度荷载对桥梁合龙误差具有明显影响在相同的跨度条件下 个边跨合龙时温度的不同导致其误差也明显不同墩 墩边跨合龙时温度比 墩 墩边跨高.实际标高差则高出 在不同跨度条件下墩 墩主跨合龙时温度比 墩 墩边跨低.实际标高差则低 表 合龙段标高误差位置设计允许标高差/实测标高差/合龙时环境温度/合龙误差/边跨(墩 墩).主跨(墩 墩).边跨(墩 墩).对合龙成桥后的桥梁预拱度曲线进行现场实测对比夜晚:温度低值与白天:温度高值时桥梁线形的变化情况结果如图 所示 从图 中可以看出温度荷载作用对桥梁预拱度产生显著影响整体上沿着桥梁纵向温度高值和温度低值时的桥梁预拱度变化规律大致相同在主跨和边跨的跨中位置均呈现明显峰值但温度低值时的预拱度明显比温度高值时小误差范围为 .主跨在温度低值时的预拱度为.比设计预拱度(.)大.而在温度高值时的预拱度为.比设计预拱度大.表明温度低值时桥梁具有更优的线形对桥梁整体受力及结构的耐久性更有利图 温度变化对刚构桥成桥后预拱度的影响 结论以新建天津至保定铁路永定新河特大桥为研究对象运用现场实测手段对连续刚构桥悬臂浇筑施工过程中箱梁温度场空间分布特征进行研究分析温度作用对桥梁施工线形的影响得到以下几个结论:()在时间分布上箱梁顶板的温度变化趋势与大气环境温度变化趋势一致呈现白天升温、夜晚降温的趋势白天升温速率比夜晚降温速率大腹板和底板的温度随着环境温度的变化而呈现小幅度的变化结构最不利温度荷载出现的时间点为白天:左右()在空间分布上顶板、底板的温度均由外到内逐步减小温度场上下限与厚度的拟合决定系数均大于.底板上缘的温度整体最小而腹板的温度与底板下缘接近()温度荷载对桥梁合龙误差和桥梁预拱度均具有明显影响温度较低时可以降低合龙误差温度低值时的预拱度与设计预拱度接近且明显比温度高值时小表明温度低值时桥梁具有更优的线形对桥梁整体受力及结构的耐久性更有利参考文献 朱海燕.铁路大跨度连续梁预制胶拼施工线形控制技术.铁道建筑():.许洋尹紫红聂家威.基于均匀试验的高墩大跨连续刚构桥施工控制参数的敏感性分析.公路():.苏湘华温森元王彬鹏.大跨径 连续刚构桥线形控制施工技术研究.公路():.(下转第 页)铁道建筑技术 ()马金伟:砂卵石地层重叠盾构隧道下穿老旧房屋变形控制研究图 建筑物沉降监测 结束语()盾构隧道在砂卵石地层中下穿老旧建筑的变形控制是安全施工的关键 通过三维有限元计算不施加支护措施直接下穿将导致 建筑出现严重变形最大沉降量达.()重叠隧道先后穿越老旧建筑过程中建筑呈现出完全不同的受力特征 左线下穿时建筑左侧沉降明显大于右侧差异沉降达.建筑中部拉应力集中右线下穿时建筑中部沉降明显大于两侧差异沉降达.建筑两侧受拉建筑出现拉伸破坏()基底注浆 管棚注浆的联合加固措施可以强化地基并减弱地层变形的传递 应用此方案后建筑的最大沉降量减小为.满足建筑沉降控制要求 施工至今老旧建筑未产生新裂缝和结构失稳现象可为今后相似工程的支护设计提供参考参考文献 周顺华.地下工程开挖问题计算方法的再认识.科学通报():.邵金超.盾构连续穿越浅基础民居微变形控制技术.铁道建筑技术():.耿翱鹏李雪周顺华等.大直径盾构隧道施工期管片破损原因分析及防治.地下空间与工程学报():.李雪张玉申王洋洋等.砂卵石地层重叠盾构隧道掘进相互影响及控制措施研究.工业建筑():.李雪龚子邦张玉申等.砂卵石地层重叠盾构隧道掘进加固方案比选研究.现代隧道技术():.雷升祥黄双林.地下空间下穿建(构)筑物扰动机制与控制技术.隧道建设(中英文)():.:.:.徐泽民韩庆华郑刚等.地铁隧道下穿历史风貌建筑影响的实测与分析.岩土工程学报():.:.:.:.(上接第 页)陈伟利梁艳任海萍.大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工中温度效应的研究.混凝土():.滕树元.滇南山区高墩大跨连续刚构桥施工线形控制.铁道建筑():.杨战勇.基于温度修正徐变模型的公路大跨连续刚构桥结构状态影响分析.中外公路():.陈闯王旭燚王银辉.不同曲率下预应力斜墩曲线连续刚构桥施工过程变形分析.科学技术与工程():.孙九春薛武强曹虹.大跨连续梁桥单 构悬臂拼装施工力学状态控制技术.桥梁建设():.冯晓丹.高墩大跨连续刚构桥悬臂挂篮施工线形控制.科学技术与工程():.刘利峰.高墩大跨径连续刚构桥线形控制.公路交通科技(应用技术版)():.铁木尔.长边跨高墩大跨连续刚构桥施工方案比较.中外公路():.戴东利.短线法预制节段梁线形综合控制技术研究.铁道建筑技术():.乔长庆.弯曲连续梁拱桥梁结构线形控制关键技术.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()