高速铁路预应力混凝土连续梁桥施工控制与分析.pdf

建筑技术开发 Bu i l d in g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 道路桥梁 Ro a ds a n d Br i d g e s 第4 3 卷第3 期 2 0 1 6 年3 月 高速铁路预应力混凝土连续梁桥施工控制与分析 吴磊 (中铁 十九局集 团第一工程有限公司，辽 宁辽 阳 1 1 1 0 0 0) 摘要 改革开放以来，我国交通行业快速发展 ，尤其在高铁领域更是取得了令人瞩目的成就。但高速铁路铺设难度大， 列车对路面的平稳度要求高，建设时需要使用更多的先进技术，比如高速铁路 中预应力混凝土连续梁桥的应用。预应力混凝土 连续梁桥地形适应性强、变形量小、行车平稳，是 高速铁路铺设时跨越道路和河流时的第一选择。本文将简要分析我国高速铁 路预应力混凝土连续梁桥的发展现状及施工难点，然后提出几种常用的施工控制方法，以供参考。 关键词 高速铁路 ； 预应力混凝土连续梁桥 ； 施工控制 中图分类号 U4 4 5 4 【 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 3 - 0 1 6 1 - 0 2 Hi g h - S p e e d Ra i l wa y Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Co n t i n u o u s Be a m Br i d g e Co n s t r u c t i o n Co n t r o l a n d An a l y s i s 渐 z Le i Ab s t r a c t S i n c e t h e r e f o r m a n d o p e n i n g u p ，C h i n a S r a p i d d e v e l o p me n t o f the t r a n s p o r t s e c t o r ，e s p e c i a l l y i n the fi e l d o f h i g h s p e e d r a i l i s ma d e r e ma r k a b l e a c h i e v e me n t s Bu t h i g h s p e e d r a i l l a y i n g i S d i c u l t ，the订a i n o n the r o a d fl a t n e s s r e q u i r e me n t s ，r e q u i r e s the u s e o f mo r e a d v a n c e d c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s ， s u c h a s h i g h - s p e e d r a i l i n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m b ri d g e a p p l i c a ti o n s P r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m b rid g e t e r r a i n a d a p t a b i l i t y，a s ma l l a mo u n t o f d e f o r ma t i o n，s mo o th d r i v i n g，i t i s the fi r s t c h o i c e a c r o s s the r o a d a n d the riv e r wh e n l a y i n g h i g h s p e e d r a i l wa y T h i s a r t i c l e wi l l b r i e fl y a n a l y z e o u r h i g h s p e e d r a i l wa y d e v e l o p me n t s t a t u s a n d p r e s tr e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m b r i d g e c o n s t r u c t i o n d i 伍 c u r i e s ， th e n p u t f o r wa r d the c o n s t r u c t i o n o f s e v e r a l c o mmo n l y u s e d c o n tr o l me tho d for r e f e r e n c e K e y wo r d s h i g h s p e e d r a i l ； p r e s tr e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m b ri d g e； c o n s t r u c t i o n c o n tr o l 随着我国经济的发展，人们生活水平不断提高，对交通 行业的要求也越来越高，不再满足于以前简单的代步或者运 输要求，而是需要更快速和舒适的交通工具。在这样的大背 景 下，我 国高铁 发展迅 速 ，它 行驶速 度快 、载客平 稳、价格 合理，成为了人们出行的首选交通运输工具。但与普通铁路 相 比，高速 铁路 为 了达 到更高 的平稳 要求 ，跨 域河 流和道 路 较多导致其铺设难度变大，因此，预应力混凝土连续梁桥就 越来越多的被应用到我国高速铁路的实际施工当中，对其施 工控制进行分析就有了非常重要的意义。 1 发展 现状 从2 0 世纪5 0 年代 以来，我国科学家注意到桥梁施工中的 内力调控和结构变形开始，我国桥梁建造就开始飞速的发展， 到2 0 世纪9 0 年代初，我国的桥梁工作者已经对悬索桥、斜拉 桥等桥梁的控制技术进行了相应的研究而且取得了很大的成 就，为我国后续的桥梁发展做出了非凡的贡献。但在同期，国 外的桥梁施工控制已经逐渐开始从人工测量设计分析向计算 机 自动监控分析转变，有了相对完善的桥梁施工控制体系。相 比之下，我国在桥梁施工控制这一领域起点较晚，直到 1 9 9 0 年后，我们才认识到其理论和实践的重要性。在铁路预应力 混凝土连续梁桥的实际建设过程中，施工控制技术有着不可 或缺的作用，但是，我国关于施工控制的理解还不够深刻透 彻，而且施工设备仪器相 比发达国家也还比较落后，即使是 在国外比较重视的后续监控领域， 目前依然采用的多是 目测 和荷载试验，难以检测出桥梁的安全隐患并及时预防。高速 铁路预应力混凝土连续梁桥跨径大、监控难度高，传统的监 测方法往往难以取得好的效果，需要更多采用更先进的控制 传感器和信息处理技术，通过电脑和互联网实时 自动监测控 制，加强施工控制的科学性、可靠性以及可操作性，进一步 促进我国高速铁路预应力混凝土连续梁桥的发展。 收稿 日期 ；2 0 1 6 - 0 1 - 0 6 作者简介： 吴磊 ( 1 9 8 6 一) ，男，安徽太和人，助理工程师，主 要从事工程基建工作。 2 施 工难点 在高速铁路预应力混凝土连续梁桥的施工过程中，混凝 土浇筑、预应力张拉、挂篮移动等 因素会影响到施工效果， 导致最后完成的桥梁建筑超过设计误差，给施工单位和社会 带来损失。 一 是连续梁桥跨度大，高速铁路平稳性要求很高，因 此在实际施工当中混凝土梁桥主跨长度较大 ( 一般主跨为 6 4 1 0 0 m时为大跨度连续梁) ，进而增大施工参数的偏差， 比如混凝土收缩徐变参数、材料弹性模量等。另外，桥梁跨 度大还会很大程度的影响施工测量及后期监控的准确度，对 后续的参数分析造成误差。 二是温差对混凝土连续梁桥影响大，温差的变化能影响 桥梁 内部结构的内力，甚至导致其变形。温度效应产生的机 构温度次应力容易导致混凝土开裂。高速铁路预应力混凝土 连续梁桥一般桥宽较窄，箱梁两侧的翼板也较短，在 白天温 度较大时容易产生横向温度梯度，所 以施工当中需要考虑温 差这一重要影响因素，通过相应的控制技术减弱温度的影响。 三是挂篮对施工的影响，在混凝土连续梁桥的后期施工 过程当中，挂篮是一种极其重要的施工装置，但挂篮的变形 等不确定因素往往会对主梁的整体线型产生一定的影响。因 此，保持挂篮的稳定性就成了一道非常重要的工序，通常需 要对挂篮进行预压以减弱扣件松动带来的误差，并且实时测 量挂篮的变形值 ，保障主跨的 内力变化 不超过设计误差值 。 3 控制方法 3 1 分析控制法 3 1 1 正装法 正装法能够依据高速铁路桥梁在施工顺序里对其结构进 行分析，掌握它的受力以及变形情况，并通过大致的计算来 分析出不同高速铁路桥梁结构在不同施工阶段里所发生的位 移状况 以及受力状况，因此，正装法是所有模拟桥梁结构方 法中比较精确的一种。它不仅在桥梁的设计、实际施工中发 挥重大作用，还可以在桥梁的施工中为其提供控制依据，并 且正装法还顾及到了类似结构非线性、徐变 以及混凝土的伸 l 6l 第4 3 卷第3 期 2 0 1 6 年3 月 道 路桥 梁 Ro a d s a n d Br i e s 建筑技术开发 Bu i ld i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 缩等 问题。所以说，正装法是桥梁施工过程中了解其位移以 及 受力状 况 的最 佳方法 和首 要选择 。但正装 法也存 在 自己的 不足，这是 由于正装法在挠度和应力的模拟上是在设计标高 这一基础上进行的，但是在实际操作中，是 以立模标高作为 基础进行的，因此实际挠度和应力的值会与理论上的存有误 差 ，也 就导致 了竣工标高无法与设计标高相一致。 3 1 2 倒装法 在高速铁路桥梁的施工过程中，一般会采取设置预拱度这 方法来缩小桥梁结构的线性误差，使其符合设计要求。如 果高速铁路桥梁结构的线性误差过大就会影响桥梁结构的连 接 ，也就会降低桥梁的美感和质量。在连续梁这种复杂结构中 进行线性控制首先是要各桥梁施工分段控制中的标高，考虑 到正装法 自身存在的不足，主要选择倒装法来完成这一工作。 倒装法的理论中，首先假设 f = ，这样只要正装计算中内力分 布符合 时刻即可符合线性设计要求。把正装法 中分析计算 的步骤进行反向操作，结合每一项施工对剩下桥梁结构带来 的影响，在某一阶段里得出的内力状态和位移情况即为这一 阶段正常应该的受力和位置。倒装法适用于斜拉桥、 连续桥梁、 刚构桥等桥 型的分析 与安装 。但是，当高速铁路桥梁呈现明 显清晰的几何非线性时，倒装法就会 由于非线性的因素使得 桥梁结构无法与理论上的相一致。同时，倒装法无法计算出 徐变以及混凝土的伸缩等问题，因此倒装法无法在进行逆 向 倒拆 的时候 严谨 的考 虑到时差效应 。 3 2 预 测控 制 法 预测控制法 是铁路连续桥梁 进行施工控制 的最常用 办法。 铁路连 续桥梁 在施 工时 需要进行 悬臂浇 筑 ，一般 在浇筑 完成 之 后 由于各种 因素 都会 出现 或大 或小 的误差 ，这 些误差 中除 了预应 力钢束 都可 以在后面 没有浇 筑 的桥 梁分段 的立模 标高 中进行调整。也就是说精确的估计立模标高可以最优化的实 现控制。预测控制法是在施工之前进行，在全面的考虑能够 影响高速铁路桥梁施工状态的各个因素之后，对每一项施工 阶段 进行控 制预 测，并推 测实 际和预测 之 中存在 的误差 ，然 后在 实际施 工过程 中考 虑这些误 差对 结果 的影响 ，最 大化 的 保证桥梁施工结构的最优状态。 3 3自适应 控制 法 在 进行高 速铁 路施工 控制 的时候 ，会存在 一些 实际设计 参 数值和 控制 系统不 一致 的现 象 ，控 制系统 也就 无法得 出设 ( 上接 第1 3 7 页) 2 3 结算时树牢 “ 合 同至上 ”的理念 合 同是建设单位与施工单位建立经济责任关系和解决经 济纠纷的法律依据。合同管理与工程造价控制相辅相成、互为 作用 ，忽 视任 何环节 都将给 施工单 位 的经营管 理带来 管理风 险和经济风险， 加强合同各时期的管理是手段， 控制工程造价、 合 理 降低成本 、实现 收益最 大化 是 目的，施 工单位 只有 在合 同执行中始终加强 自身的合同管理，建立和完善各项保障体 系，才 能实现 预期 的管理 目标和 经济效 益 。尤其 要加 强工程 过程 中的合 同管理 ， 抓 好合 同管理 “ 攻与守 ”的时机 ， “ 攻 ” 主动出击，向合同对方 申请索赔 ： “ 守”预防反索赔和减 少被索赔。施工合同的重点之一就是工程造价， 从这种意义讲， 对施工合同的管理，也就是对工程造价的管理。只有不断提 高合同管理水平，才能为工程结算创造有利的条件。 在工程实施过程中现场工程造价人员对所签订的合同，存 在对合同条款、合同法规认识不够，理解不全面。在上报结 算的过程中， 对与合同的有些条款和规定认知不够深， 有误解， 如合 同条款中固定总价包括的风险范围 ：主要材料价格变化 幅度在5 以内 ( 含 5 ) ，主要材料表以外的本工程所用全部 材料任何价格变化，按照造价信息价格幅度进行确定，造价 信息上没有的材料按 同期材料价格市场平均变动幅度进行确 l 6 2 计要 求相符 合的结 果。 自适应 控制法 就是利 用控制 系统进 行 自我修正， 不断地随着挠动特性的变化而变化， 不断修正参数， 使其能够识别系统并估计出参数，最终使设计和实际的输出 一 致。白适应控制法的特征就是参数误差修正以及模型参数 估计。经修正的模型参数，通过参数估计方法，使得高速公 路桥梁施工结构的状态更加理想，这一方法主要运用在大 中 跨径桥梁的控制方法中。 3 4 事后控制法 事后 控制法 主要 运用在 桥梁 结构完成 之后 。当桥梁完 成 结构与原设计的要求状态不相符的时候可 以通过事后控制法 来对桥梁结构状态进行调整，使其最后满足桥梁设计 目标和 要求，事后控制法分为两种 ： 一是在完成每个施工节点之后， 如果存在施工后的结构与设计要求不一致的时候，可以调整 斜拉索力来达到调整桥梁结构的 目的，使其与设计相符，然 后继续施工，这一方法虽然可以达到调整的目的，但是索力 调整 的具体 实施 较为 麻烦，调整 的工 作量较 大，而且也 无法 保障其 调整 结果 ；二 是在形成桥 梁结 构之后 ，如果发现 结构 状态不 符合 设计要求 ，就可 以一次性 进行索 力调整 ，但 这一 方法在 实 际操 作 中较 为 困难 ，这 是 由于无法全 部掌握 桥梁 结 构 的内力状 况，较 易引发安全 问题 ，并且调整 后 的线 性经 常 无法达到预期的结果。 4 结束语 当前，我国高铁运输行业快速发展，在这样的背景下，国 家 必然会投 入更 多的人力 以及财 力在高速 铁路 的建设上 ，预 应力混凝土连续梁桥也必然会越来越多的被应用到高速铁路 的建设中。这需要相关工作者的进一步努力，完善和改进施 工控制方法，促进我国高速铁路建设的发展与进步。 参考文献 1 廖嘉 高速铁 路钢管混凝土拱预应 力混凝土连续梁桥施工控制研究 D】长沙 ：中南大学，2 0 1 2 2 】 李文江 大跨度 预应 力混凝土连续梁桥施工控制 D 大连 ： 大连理 工大学，2 0 1 3 3 吴超 预应力混凝土连续梁桥施工控制仿真计算及零号块局部应力 分析 D 西安 ：长安大学，2 0 1 4 4 方雷预应 力混 凝土 连 续粱施 工控 制研 究 D 湘 潭 ：湘 潭 大学 ， 2 0 】 3 定 。现场工程造价人 员理解 为不超 过 5 的材料风 险因素 自行 承担，如果变动幅度超过 5 时，材料风险则全部由建设单位 承担 ，上报 结算资料 时也按 照此 原则，但在 审核过程 中问题 就 出现 了，双方就对 此项 内容产 生分歧 ，而 此项 内容应该 是 超过 5 且只对超过部分进行 费用调整 ，造成 结算 工作的被动 局面 ；其次对参照造价信息的价格变化进行确定的内容因前 期在 投标报 价过程 中对招 标文件 理解不够 透彻 ，没有对此 内 容 进行深 入的理解 ，在 结算 过程 中，对此项 内容进 行深入 理 解后发现条款不符合现场的实际，从工程招投标一双方签订 合 同一 施工人 员进场 一材料采 购进场 ，一系列 的过程 中施工 单位没有考虑从招投标到材料采购进场的时间跨度，来满足 材料进场的需要和符合现场需要。如果在投标时，对此项条 款 进行 深刻 的理解 ，对 此条款进 行协商 洽谈 ，在 工程 结算时 能够降低风险 ( 材料价格调差是按照招投标文件中规定的招 投标当月的信息价为基准价，材料价格是在基准价的基础上 进行调整 ： 如某工程钢材调整价差就是因为对此项条款理解 不到位，出现了建设单位反索赔的现象，索赔费用达6 0 余万 元 ) 。 参考文献 1 】 简迎 辉，杨建基 施工企业工程承包 合同管理诌议 【 J 建筑 管理现 代化 ，2 0 0 1( 2 )