桥施工监控方案.doc

新建工程桥梁施工监控方案
二、施工监控的目的及意义
施工控制最根本的目的就是确保大桥施工过程中各项结构参数的可控、可知及结构安全。为了实现这个目的需要根据实际的施工工序，以及现场获取的参数和数据，对桥跨结构进行实时误差分析、结构分析和结构验算，并且根据分析结果及时调整施工控制指令以确保结构的逐段施工向着理想的方向发展。根据验算结果，对结构施工过程中的安全状况进行评价。这样，才能保证结构的受力最终处于可知、可控及安全的范围内，使得成桥后的结构内力和线形最大程度的符合设计要求。
三、施工监控的原则及方法
施工监控的内容是校核设计和施工过程中的关键数据，对成桥目标进行有效的控制。对施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别调整，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对其的影响，对成桥状态进预测与反馈控制分析，通过对结构线型及内力（应力）进行监测，以分析、预测和防止施工中出现过大位移和应力对桥梁产生安全隐患，确保施工朝着事先预定目标顺利进行。
在桥梁的节段施工中，每个工况的结构受力状态和变形状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因在于结构有限元计算模型中的节段自重、施工临时荷载、混凝土材料的收缩徐变系数等的取值与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工实测得到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后自动适应结构的物理力学规律。这一“施工→量测→识别→修正→预报”的流程就是所谓的“自适应控制思路”，根据多座桥梁施工及控制经验，这一思路被普遍认为是目前针对大跨度桥梁的结构施工最为有效的控制方法。
4.3 连续梁拱桥施工监控的原则及目标
4.3.1 施工控制原则
在连续梁拱桥的施工过程中，随着不同结构的施工完成，结构体系不断变化，各施工阶段由于侧重点不同，因此施工控制原则也不尽相同。
在连续梁施工阶段中，施工控制原则是以线形控制为主，关键断面应力控制为辅，通过对关键部位和重要工序的严格监测和控制，准确给定和及时调整梁端立模标高，确保合拢精度，消除可能对结构安全和施工安全产生影响的不利因素；在钢管混凝土拱施工过程中，在确保拱肋稳定的前提下，施工控制原则为以线形控制为主，同时兼顾控制断面应力（应变），对关键部位和重要工序严格监测和控制，确保拱肋合拢精度和安全；在吊索张拉阶段，以主梁的应力和拱肋的变形控制为主，兼顾吊索索力，使成桥后的结构线型和内力最大程度满足设计要求。
4.3.2 施工控制目标
施工控制的实施，将杜坑特大桥主梁应力及线形最大程度的满足符合设计要求，使得结构受力达到理想的最优状态，施工监控的具体目标如下：
（1）应力控制误差不大于2MPa；
（2）主梁合拢误不超过±1cm，拱肋合拢误差控制在规范的允许的范围内；
（3）成桥高程符合设计线形及施工规范要求，成桥主梁标高与设计值相差不超过±2cm；
（4）成桥拱轴线与设计拱轴线偏差满足相关规范的要求；
（5）吊杆索力值与设计索力值偏差控制在5%范围之内。
4.4 连续梁拱桥施工监控内容
根据桥梁结构特点、设计要求和施工方法，结合我们对连续梁桥、连续刚构桥和钢管砼拱桥等同类型桥梁的施工控制经验，本项目桥梁施工控制的主要内容有：
（1）施工过程的仿真分析与计算；
（2）混凝土主梁及拱肋关键断面的应力监测；
（3）主梁和拱轴线几何测量；
（4）主梁立模标高的确定与调整；
（5）优化拱肋支架卸落程序；
（6）吊杆索力测试；
4.5 连续梁拱桥施工过程仿真分析与计算
分段施工方法和施工顺序直接影响到各个施工阶段的成桥状态的几何线形和内力状况。因此，分段施工中的施工过程模拟计算必须严格按照各个施工阶段的实际形式进行。施工过程的仿真计算是根据实测的设计参数（如混凝土容重、强度和弹性模量等），使用的施工工艺和工序，挂篮的结构形式和临时施工荷载等数据，计算施工过程中各个施工阶段的结构挠度和内力，为应力测量和挠度控制提供理论计算值。因此，它是确定立模标高、分析偏差原因的主要依据，是保证合拢精度、评价体系转换后结构应力变化和结构安全的基础。对于大型桥梁的施工过程总体计算通常可以采用杆系结构有限元模型进行，其中的关键在于对施工中各种影响因素的准确模拟和考虑。有限元逐步计算法可较好地模拟实际的施工过程。本桥跨度大，体系转化和结构受力均较为复杂，计算软件除了使用桥梁专业分析软件MIDAS外，还会采用通用有限元ANSYS进行计算复核，以确保计算结果的准确。
4.5.1 施工过程仿真分析计算内容及主要计算结果
施工过程的模拟计算主要包括结构构件形成、预应力筋作用、施工荷载形式、结构体系转换、吊索的张拉等模拟计算。
由于大桥结构形式特殊，在施工过程中涉及到多个结构的体系转换，因此势必要对施工过程进行详尽的模拟和分析，得到各施工阶段的理论计算结果为评价体系转换后结构应力变化和结构安全奠定基础，大桥施工过程仿真分析主要计算结果如下：
（1）各梁段挂篮前移定位后的主梁内力、应力和挠度；
（2）各梁段浇筑梁段混凝土后的主梁、应力和挠度；
（3）各梁段张拉梁段预应力后的主梁、应力和挠度；
（4）合拢段临时连接后的主梁内力、应力和挠度；
（5）合拢段浇筑混凝土后（假定为荷载）的主梁内力、应力和挠度；
（6）合拢段浇筑混凝土后（已成为结构）的主梁内力、应力和挠度；
（7）各拱肋节段吊装后（假定为荷载），主梁内力、应力和挠度；
（8）拱肋焊接合拢后（已成为结构）的主梁和拱肋内力、应力和挠度；
（9）对钢管泵送混凝土（混凝土未达到规定强度前，假定为荷载）的主梁和拱肋内力、应力和挠度；
（10）对钢管泵送混凝土（混凝土达到规定强度，钢管混凝土成为组合截面形成结构）的主梁和拱肋内力、应力和挠度；
（11）桥面拱肋支架拆除阶段的主梁和拱肋内力、应力和挠度；
（12）吊索张拉前后主梁和拱肋内力、应力、挠度和吊杆力；
（13）桥面铺装完成后的结构内力、应力、挠度和吊杆力。
4.6 混凝土主梁及拱肋关键断面的应力监测
4.6.1 应力测试断面布置原则及布置
（1）通过模拟施工计算，得到全桥各类构件施工全过程中的内力包络图，确定以各类构件最危险的位置，这些数据是截面选取的基础；
（2）截面的选取应该避开圣维南区，因为该区受力不是很明确，如果不进行局部分析，很难预测出它的应力，这样不利于对实测应力的分析。
（3）充分与设计单位沟通，了解设计意图。
根据上述原则，拟在连续梁上边跨1/2L处，箱梁根部断面、主跨1/4L和跨中位置共布置5个应力测试断面；拟在单个拱肋的拱脚处，1/4L处和拱顶位置共布置3个应力测试断面。全桥拱肋共布置11个应力测试断面，测试断面位置见图4.2，其中断面1~5为连续梁测试断面，6~8和9~11分别为单个钢管混凝土拱肋测试断面。各关键截面的应力测点布置见图4.3所示，其中主梁测点采用预埋混凝土钢筋应变计，拱肋测点采用精度高读数稳定的进口振弦式传感器。
4.6.2 监测仪器
主梁测试断面采用预埋钢筋应变计，拱肋采用表面粘贴振弦式传感器的方式全程监测主梁和拱肋关键断面的应变。采集仪器为澳大利亚Datataker公司生产的钢弦应变自动测试仪DT615（90通道）和日本产手持应变仪。
4.6.3 应变测试时机的选取
1）应变零点的选择
选择应变零点的时间不同，会对绝对应力的计算带来误差，在混凝土浇注和养护期间，混凝土凝固过程中，会对钢筋应变计不断产生紧裹作用，而且由于水化热、温度等因素的影响，应变幅度较大。应变的变化和混凝土内部的温度、湿度、水化热、自生体积变形等因素有关，也与养护、气候等外部因素有关。同时由于制作的自由小梁混凝土体积较少，难以反应主梁混凝土在该阶段的自生体积变形。因此，取预应力张拉前应变计的应变为混凝土应变测试的应变零点。
而相对于混凝土结构，钢结构的应变测试零点相对简单，取搭设在支架上已完成钢管混凝土拱肋合拢但未对拱肋灌注混凝土前的状态作为钢管混凝土拱肋的应变测试零点。
2）应力测试工况及量测时间的确定
对于连续梁悬臂浇筑施工过程中，测试工况为浇注梁段混凝土后；张拉梁段预应力前后；挂篮前移定位前后。连续梁合拢后，在拱肋的施工过程中，测试工况为拱肋合拢前后；分阶段泵送混凝土前后；拆除支架过程；吊索张拉过程。
由于一天中结构的温度是随着的时间而变化的，测量应力时要避免是加入局部温差引起的温度应力，经过温度测试表明，在清晨太阳出来前后结构受到温度的影响最小，因此选择清晨和深夜作为应力测量的时间
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图4.2：大桥应力测试断面布置示意图

a) 预应力混凝土梁段测试截面适用（断面1~5） b）拱肋断面适用（断面6~11）
图4.3：各关键应力测试断面测点布置示意图