独塔双索面预应力混凝土斜拉桥施工监控_龚红星.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 2 1独塔双索面预应力混凝土斜拉桥施工监控龚红星(武汉大通工程建设有限公司,武汉4 3 0 0 5 0)摘 要:某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥为跨径组合21 2 0m、预应力混凝土双边箱主梁、H形主塔结构,采用节段悬臂现浇和部分支架现浇相结合的施工方法。为确保成桥后主梁线形与结构内力满足设计要求并保证施工安全,采用M i d a s/C i v i l软件建立有限元模型进行正装计算分析,按照“线形控制为主、索力控制为辅”的控制原则进行桥梁施工监控。结果表明:成桥线形整体上接近理论线形,误差控制在2 4mm以内,成桥索力误差控制在5%以内,结构线形、索力监控均满足设计预期。关键词:斜拉桥;施工监控;桥塔偏位;索力监控;应力监控C o n s t r u c t i o nM o n i t o r i n go fP r e s t r e s s e dC o n c r e t eC a b l e-s t a y e dB r i d g ew i t hS i n g l eT o w e ra n dD o u b l eC a b l eP l a n e sG ONG H o n g-x i n g(W u h a nD a t o n gE n g i n e e r i n gC o n s t r u c t i o nC o,L t d,W u h a n4 3 0 0 5 0,C h i n a)A b s t r a c t:C o m b i n e dc o n s t r u c t i o no fs e g m e n t a l c a n t i l e v e rc a s t-i n-s i t ua n dp a r t i a l s u p p o r tc a s t-i n-s i t uw a su s e di nap r e s t r e s s e dc o n c r e t ec a b l e-s t a y e db r i d g ew i t hs i n g l et o w e r,d o u b l ec a b l ep l a n e sa n das p a nc o m b i n a t i o no f21 2 0m.T h eb r i d g ew a sc o m p o s e do fd o u b l es i d eb o xg i r d e ra n dH-s h a p e dt o w e r.I no r d e r t oe n s u r et h ea l i g n m e n to f t h em a i nb e a ma n dt h ei n t e r n a lf o r c eo ft h es t r u c t u r e m e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sa n de n s u r et h ec o n s t r u c t i o ns a f e t y.M i d a s/C i v i l s o f t w a r ew a su s e d t oe s t a b l i s ha f i n i t e e l e m e n tm o d e l f o r r e g u l a r-o r d e r i n s t a l l a t i o nc a l c u l a t i o n.A n da n a l y s i sa n dt h eb r i d g ec o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n gw a sc a r r i e do u t a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l p r i n c i p l e t h a t t h ea l i g n m e n t i st h ek e yc o n t r o l f o c u sa l o n gw i t hc a b l e f o r c e sm o n i t o r i n g.T h ec o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n gr e s u l t ss h o w e dt h a t t h ea l i g n m e n tm e e t st h ee x p e c t e dt a r g e t r e q u i r e m e n t s,t h ee r r o r i sc o n t r o l l e dw i t h i n2 4mm,t h ee r r o ro f t h ec a b l e f o r c e i sc o n t r o l l e dw i t h i n5%,t h es t r u c t u r a l a l i g n m e n t a n dc a b l e f o r c em o n i t o r i n gm e e t t h ed e s i g ne x p e c t a t i o n s.K e yw o r d s:c a b l e-s t a y e db r i d g e;c o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n g;b r i d g et o w e rd e v i a t i o n;c a b l ef o r c em o n i t o r i n g;s t r e s sm o n i t o r i n g收稿日期:2 0 2 2-0 9-1 5.作者简介:龚红星(1 9 6 8-),本科.E-m a i l:3 0 8 3 2 4 8 4 2q q.c o m1 工程概况某独塔双索面预应力混凝土主梁斜拉桥跨径组合为21 2 0m。主梁标准梁段采用预应力混凝土双边箱断面结构,主梁中心梁高2.8m,全宽3 4.8m。箱梁宽7.4 5m,顶板厚0.3m,直腹板厚0.4m,斜腹板厚0.3 5m,底板厚0.3 5m,拉索锚梁宽1.8m,箱梁挑臂长2.3 5m。边跨现浇段直腹板厚0.40.6m,梁端开槽。主塔为H形 钢 筋 混 凝 土 结 构。塔 底 高 程-1 0.4 m,塔 顶 高 程+9 6.0 7 5 m,主 塔 自 承 台 顶 以 上 塔 高1 0 6.4 7 5m,距塔顶4 1m处设置一上横梁。上横梁以上部分称为上塔柱,上横梁以下至主梁结构顶面以上称为中塔柱,主梁梁底以下承台以上称为下塔柱。上塔柱高4 1m,中塔柱高3 4m,下塔柱高3 1.4 7 5m。横桥向上塔柱及下塔柱均为铅垂布置,中塔肢向外倾斜,斜率为1 23 4 0;纵桥向主塔不倾斜。上塔柱两塔肢间距为2 8.5m,下塔柱两塔肢间距为3 0.9m。主塔塔柱采用单箱单室截面。斜拉索采用7镀锌高强低松57建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期弛钢丝束斜拉索,扇形布置,fp k=16 7 0MP a。护套采用双层,内层为黑色高密度聚乙烯,外层为彩色高密度聚乙烯。斜拉索采用定型产品,全桥斜拉索共3 4对6 8根;规格为P E S C 7-2 1 1、P E S C 7-1 9 9、P E S C 7-1 8 7、P E S C 7-1 6 3、P E S C 7-1 3 9。锚具采用相应规格的P E S M型冷铸锚。斜拉索两端均采用张拉端锚具;安装时在塔端张拉,主梁端锚固。斜拉索安全系数取2.5。2 有限元模型桥梁施工采用节段悬臂现浇和部分支架现浇相结合的方法,结构随着施工阶段的进展不断转换体系,超静定次数由低到高,逐步形成最后的结构体系。为了准确模拟实际的施工过程,获取各施工阶段结构线形、内力关键数据,采用桥梁结构通用分析软件M i d a s/C i v i l建立分析模型进行正装计算分析1,模型共划分4 3 4个节点、4 1 3个单元。3 施工监控内容及成果斜拉桥施工控制的根本目的是对结构实际状态和理想状态的差异进行判别和修正,从而保证施工过程安全可控,使成桥结构线形和内力状态逼近设计理想状态2。因此需对每个施工阶段进行严格的监测与控制,及时调整梁段定位标高和斜拉索索力,确保主梁线形平顺,保证主梁、索塔应力变化控制在合理限值范围内。根据桥梁的结构形式和施工工序,此次桥梁施工监控的工作内容主要为线形监测、应力监测、索力监测、温度监测等。3.1 线形监测1)线形监测内容线形监测主要包括桥塔偏位监测、主梁标高监测3。桥塔施工时,在每个施工节段的顶端设置偏位监测点监测塔柱轴线坐标;桥塔施工完毕后,在塔柱顶端设置固定偏位监测点;主梁标高监测点在每节段边箱断面端部内、外侧各布置1个测点。在每节段主梁浇注混凝土前后、斜拉索终拉完毕后、主跨合拢后、二期铺装前后及二期调索后等施工阶段均要进行桥塔偏位测量及主梁标高监测。标高测点布置见图1。2)桥塔偏位监控成果对索塔进行监测、确定索塔状态,是评估斜拉桥整体状态的一项重要指标4。塔柱采用爬模施工、横梁采用支架法施工。整个施工监控过程,桥塔偏位、线形均处于监控指令要求的正常范围内,实测值与设计值吻合良好。成桥阶段左桥塔顶偏位顺桥向为-1 0.9mm,横桥向为9.6mm,竖向为-1 8.4mm;右桥塔顶偏位顺桥向为-1 4.6mm,横桥向为9.1mm,竖向为-1 3.5mm(其中,顺桥向位移以向大里程方向偏为正;横桥向位移以沿路线前进方向向右偏为正;竖向位移以下沉为负)。桥塔偏位监控成果如表1所示。表1 桥塔偏位监控成果/mm工况测点位置顺桥向横桥向竖向1 6号索终拉完毕左塔柱顶-5.08.7-2 6.0右塔柱顶-2 5.22.02.0主梁合拢左塔柱顶-6.71 2.0-1 5.3右塔柱顶-1 7.84.5-4.8成桥阶段左塔柱顶-1 0.99.6-1 8.4右塔柱顶-1 4.69.1-1 3.5 3)主梁标高监控成果主梁施工过程中本着重点保证线形平顺和梁段标高尽可能与设计目标相符合的控制原则,设定控制参67建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期数为梁段定位相对标高、阶段末标高及斜拉索终拉索力,并通过微调斜拉索终拉索力的方式实现各梁段施工的线形平顺度及本梁段标高偏差在本节段施工中部分或全部消除的目的。纵观整个主梁标高监控过程,在桥梁主梁悬臂施工过程中,各个工况下主梁标高偏差基本上处于正常范围内。成桥后,主梁实测线形整体上接近理论线形,桥面实测高程与设计高程的最大偏差均在2 4mm范围内,线形平顺。成桥后的桥面实测标高与设计值偏差如图2所示。3.2 索力监控斜拉索索力张拉控制的精度对主梁的受力状态、标高和轴线偏位起着决定性的影响5,直接关系到结构的成桥内力和线形目标的实现6。在每一标准梁段的施工过程的斜拉索终拉工况,进行前端四对斜拉索的索力测量。此外,主跨合拢后、二期铺装前后、二期调索后等施工阶段均应进行全桥索力测量。成桥状态下索力实测结果如图3所示,根据现场实测索力结果,成桥索力的实测值与设计值符合良好,索力误差控制在5%以内。3.3 应力监控1)应力监测内容应力监测主要包括主塔应力监测、主梁应力监测1。主塔应力测试断面布置在下塔柱塔底、中塔柱根部,主塔共4个测试断面,每个测试断面设置6个测点,主塔共布置2 4个测点。主梁应力测试断面布置在主梁根部、1/3及2/3跨径处,每个测试断面布置应力测点9个,共5 4个测点。测点布置如图4、图5所示。77建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期2)主塔应力监测监控成果主梁悬臂施工过程中,各个工况下主塔应力整体上处于合理范围内。斜拉桥成桥后,主塔各控制截面的应力实测值与理论值的偏差整体上处于合理范围内。以中塔柱根部应力测试截面测点为例,成桥后左塔柱大里程侧、小里程侧截面平均应力分别为-7.8MP a、-7.6MP a(压应力为负),右塔柱大里程侧、小里程侧截面平均应力分别为-7.3MP a、-8.1MP a。3)主梁应力监测监控成果主梁各控制截面的应力实测值与理论值基本吻合,偏差整体上处于合理范围内。其中成桥后大里程侧主梁根部、1/3及2/3跨径处截面即截面7#9#各测点实测值与理论计算值结果如表2所示。表2 斜拉桥成桥后主梁应力测试结果/MP a截面测点号1#2#3#4#5#6#7#8#9#实测平均主梁顶板主梁底板理论平均主梁顶板主梁底板7-7.2-6.5-8.6-6.4-7.2-5.6-8.7-9.2-5.9-7.2-7.4-7.0-7.58-6.7-6.6-7.6-5.9-6.3-7.7-9.3-8.8-8.2-6.6-8.5-6.1-9.09-9.1-8.3-1 0.1-8.8-9.1-6.1-6.1-6.4-6.1-9.1-6.2-4.8-1 0.44 结 论桥梁在各个施工阶段中结构的变形和受力始终处于安全合理的范围内。成桥后,主梁实测线形整体上接近理论线形,桥面实测高程与设计高程的最大偏差均在2 4mm范围内,线形平顺。桥塔偏位累计变形控制在2 0mm的要求,成桥索力的实测值与设计值的误差控制在5%的容许范围之内,桥梁施工监控达到预期目标。参考文献1 王洪涛.赤峰市银河大桥施工监控J.北方交通,2 0 2 0(1 0):1 9-2 3.2 李方柯,邹孔庆,王 冰.徐盐高速铁路新洋港斜拉桥施工控制研究J.铁道建筑,2 0 2 1,6 1(3):3 2-3 7.3 崔亚新,邵景松,钟明亮.斜拉桥施工控制研究J.公路交通科技(应用技术版),2 0 1 7,1 5 3(9):1 6 2-1 6 3.4 郭素城.预应力混凝土独塔斜拉桥关键工序的施工监控J.城市道桥与防洪,2 0 2 0(9):1 3 9-1 4 2.5 胡正荣,汪跃武.独塔四索面空间异形斜拉桥施工控制技术分析J.中外公路,2 0 2 0,3 5(1):1 5 5-1 6 0.6 姚亚东,徐佰顺,贾舒阳,等.甬江铁路特大桥施工控制J.世界桥梁,2 0 2 1,4 9(1):2 6-3 2.87建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期