客运专线预应力混凝土大跨连续梁转体施工监控.pdf

26 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 2 6 0 4 客运专线预应力混凝土大跨连续梁转体施工监控 王振 东 ( 中铁九局集 团 第七工程有限公司 ， 辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 4 4 ) 摘 要 ： 介 绍 了客 运专 线大跨 度预 应 力混凝 土连 续梁 转体施 工时 梁体 的施 工监 控 ， 利 用数值 模 拟 的方 法 ， 分别计算 出了连续梁在恒载作用下的累积位移、 活载位移、 预拱度及各阶段的梁体应力， 通过误差分析 和施工状态预测对计算模型进行修正， 以此来保证成桥后桥 面线形、 合龙段两端悬臂端 高程的相对偏差 不大于规定值， 并确保施工过程 中结构的可靠度和安全性 ， 保证 了桥梁顺利转体及受力状态符合设计要 求， 为同类桥梁的转体施工提供 了有益的参考。 关键 词 ： 转体施 工 结构 分析 线 形监控 应 力监控 中 图分类 号 ： U 4 4 5 4 6 5文献标 识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 2 0 7 0 9 1 工 程 概 况 盘锦 至营 口客 运 专 线 盘 锦 特 大 桥 1 2 4 墩 1 2 7 墩设计为( 8 0 6+1 2 8 0+8 0 6 ) m现浇连 续梁 ， 其 中 1 2 4 墩 1 2 5 墩跨林丰路 、 1 2 5 墩 1 2 6 墩跨既有沟海 线 和 电厂专 用 线 ， 与 沟 海 线 斜 交 角度 为 1 6 7 。 1 0 、 1 2 6 墩1 2 7 墩跨石油管廊。该梁平面位于半径 5 5 0 0 m 的 圆曲线上 ， 纵 断 面 位 于 半 径 2 5 0 0 0 m 的竖 曲线 上 ， 线 路纵 坡 为 一1 2 7 e 。上 部 结 构 为 ( 8 0 6+1 2 8 0+ 8 0 6 ) I n单箱单室现浇预应力混凝土连续梁。箱梁顶 宽 1 2 1 T I ， 底宽 7 m， 中支点处梁高 9 6 m， 跨 中9 m直线 段及 边 跨 2 1 9 5 m 直 线 段 梁 高为 5 6 m， 梁 底 下 缘 按 二次 抛物 线 变化 。腹板 厚 6 4 ( 支 点 )1 1 0 c m， 底板 厚 度 为 5 2 ( 支点 )1 2 0 o m， 顶 板厚 度 4 5 6 5 o m。 为 减少 上部 结构 施 工 对铁 路 行 车 安 全 的影 响 ， 该 桥采用平衡转体的施工方法。即先在铁路两侧浇筑梁 体 ， 然后通过转体使主梁就位 、 调整梁体线形 、 封固球 铰转动体系的上、 下盘， 最后浇筑合龙段 ， 使全桥贯通 。 转体段梁长 6 3 m+6 3 m； 转体角度 1 2 5 墩 为 1 2 。 2 3 、 1 2 6 墩为 l 2 。 1 0 ； 转体重量 1 2 0 0 0 t ， 为抵 消转体时 曲 梁 的横 向不平 衡 弯矩 ， 转动 中心横 向偏 心 9 7 c m。 2 施工监控 的意义和 目的 本桥梁体为预应力混凝土连续箱梁 ， 采用满 堂支 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 O 1 2 5 ； 修 回日期 ： 2 0 1 2 - 0 4 - 2 0 作者简介 ： 王振东( 1 9 7 1 一) ， 男 ， 辽宁台安人 ， 高级工程师 ， 硕士。 架 现浇 +转体 施工 。该类 桥梁 的形成 要经 过一个 复 杂 的过程 ， 施工工 序 和施 工 阶段 较 多 ， 各 阶段 相互 影 响 ， 且这种相互影响又有差异 ， 易造成各阶段 的内力和位 移 随着 混凝 土浇筑 过 程 变化 而 偏 离设 计值 的现 象 ， 甚 至内力和位移超过设计允许值 ， 若不通过有效的施工 控制及时发现、 及时调整 ， 就可能造成成桥状态的梁体 线形与内力不符合设计要求 ， 或引起施工过程 中结构 的不 安全 。 在施工过程 中， 为保证合龙前悬臂端竖 向挠度 的 偏差 不超 过容许 范 围 、 保证 合龙后 的桥面线 形 良好 、 保 证在 施 工 中主梁截 面不 出现过 大 的应 力 ， 必 须 对该 桥 主梁的挠度 、 应力等施工控制参数做 出明确的规定 ， 并 在施工中加以有效的管理和控制 ， 以确保该桥在施工 过程 中的安全 ， 并保证在成桥 后主梁线 形符合设 计 要求 。 对 于分 阶段 浇筑施 工 的预应 力混凝 土连 续梁桥 来 说， 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 ， 确定 出每个阶段 的立模高程 和 结构 内力 ， 并在施工过程 中根据施工监测 的挠度和应 力成果 ， 对误差进行分析和预测或对下一阶段立模高 程进行调整 ， 以此来保证成桥后 的桥面线形 、 保证合龙 段 悬臂 高程 的相对 偏差不 大 于规定 值 以及结 构 内力状 态符合设计要求。 3 桥 梁施工控 制结构分析 3 1 施 工监 控结构 计算 3 1 1 施 工监 控 结构计 算模 型 在 施 工之前 ， 应 对该 桥 在 每 一施 工 阶 段 的应 力 状 2 0 1 2年第 7期 客运专线预应力混凝土大跨连续梁转体施工监控 2 7 态和线形有预先的了解 ， 故需要对其进行结构计算 ， 该 桥 的施 工控 制计算 除 了必须 满 足与 实际施 工方 法 相符 合的基本要求外 ， 还要考虑诸多相关的其它因素。 1 ) 施 工方 案 。连续 梁 桥 的恒 载 内力 、 挠 度 与 施 工 方法和架设程序密切相关 ， 施工控制计算前首先对施 工方法和架设程序做一番较为深入 的研究 ， 并对主梁 架 设期 问 的施工 荷载 给 出一个 较为精 确 的数值 。 2 ) 计 算 图式 。梁 部 结 构 要 经 过 墩 梁 临 时 固 结 一 满 堂支 架施 工一 转体一 中跨 合 龙一解 除 墩梁 临时 固结 一边跨合龙的过程， 在施工过程 中结构体 系不断发生 变 化 ， 故 在各 个施 工 阶段 应 根 据 符 合 实 际情 况 的结 构 体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析计算 。 根据设 计 图反 映 的 内容 ， 对 全 桥 总 体 结 构建 立 能 反 映施 工荷 载 的有 限元模 型 ， 对 该 桥进行 了正装分 析 ， 得 到各 阶段 主 梁变形 状态 。计 算模 型 中根据 悬臂 施工 梁 段 的划分 ， 支 点 、 跨 中 、 截 面变 化 点 等 控 制 截 面将 全 桥 划分 为 8 0个结 点 和 7 9个单元 。 3 1 2施 工控制 的计 算 方法 满堂支 架 现浇 +转体 施工 的连 续梁 桥梁 结构 的最 终 形成 需经 历一 个 复杂 施 工 过 程 ， 以及 结 构体 系转 化 过 程 ， 施工 过程 中每 个 阶 段 的变 形 计 算 和 受力 分 析是 桥 梁 结构 施工 控制 中最基 本 的 内容 。施 工 监控 的 目的 就是 确保 施工 过程 中结 构 的安 全 ， 保 证 桥 梁 成 桥 线形 和受 力状 态基 本符 合 设 计 要 求 。 因此 ， 必 须 采 用 合 理 的理 论分 析和 计算 方法来 确定 桥 梁结构 施 工过程 中每 个 阶段 的结构 行 为 。针对 本 桥 的实 际 情 况 ， 采 用 正装 分析 法 和倒退 分析 法进 行施工 控 制 的结 构 分析 。 正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来 进行 结构 变形 和受 力分 析 ， 它 能较 好 地 模 拟 桥 梁 结 构 的实 际施 工历 程 ， 能 得 到 桥 梁结 构 各 个 施 工 阶段 的位 移和受力状态 ， 这不仅可用来指导桥梁施工 ， 还能为桥 梁施 工控 制提 供依 据 ， 同 时 在 正装 计 算 中能 较好 地考 虑一 些 与桥梁 结构 形成 历 程有 关 的 因素 ， 如 混 凝 土 的 收缩 、 徐 变 问题 。正装 分 析 不 仅 可 以 为成 桥 结 构 的 受 力提供较为精确的结果 ， 还为结构强度 、 刚度验算提供 依据 ， 而且 可 以为施 工 阶段理 想状 态 的确定 、 完成 桥 梁 结构 的施 工控 制奠 定基 础 。 倒退 分析 方法 假定 在成 桥时 刻结构 内力 分 布满 足 前 进 分 析时刻 的结 果 ， 轴线满 足设 计线形 要 求 ， 按 照前 进分析的逆过程对结构进行倒拆 ， 分析每次拆除一个 施工阶段对剩余结构的影 响， 在每一个 阶段分析得到 的结 构位 移 、 内力状 态 便 是 该 阶段 结 构 理 想 的施 工状 态 。结构 施工 理想 状态 就是 在施 工各 阶段 结构 应有 的 位置 和受 力状 态 ， 每个 阶段 的施 工理 想 状 态 都 将 控 制 着全 桥最 终形 态 和受力 特性 。施 工控 制将 根据 每 阶段 的实 际状 态 和理 想状 态 的偏差 对计 算 进 行 调 整 ， 分 析 误差原 因， 利于较为准确地估计下一阶段的梁体挠度。 3 1 3 结 构分析 的 目的 确定每一阶段的立模高程 ， 以保证成桥线形满 足设计要求 ； 计算每一阶段 的梁体 的合理状态及 内 力， 作为对桥梁施工过程中的每个 阶段结构 的应力和 位移测试结果进行误差分析的依据。 3 2立模 高程 的确定 在主梁的浇筑过程中， 梁段立模高程的合理确定是 关系到主梁线形是否平顺 、 是否符合设计的一个重要问 题 。如果在确定 立模高程 时考虑 的因素 比较符合 实 际 ， 而且加 以正确的控制 ， 则 最终桥面线形 较为 良好 。 立模高程并不等于设计 中桥梁建成后 的高程 ， 一 般要 设置 一定 的预 拱 度 ， 以抵 消施 工 中产 生 的各 种 变 形 ( 竖 向挠 度 ) 。其计 算公 式 为 = H + + + A + A + A + 式中， 为 i 阶段立模高程 ； H 为 i 阶段设计高程 ； 为 由本 阶段及 后 续 施 工 阶 段 梁段 自重 在 i 阶段 产生 的挠 度总 和 ； 厂 2 为 由本 张 拉 阶段 及 后 续 施 工 阶段 预应 力在 i 阶段 引起 的挠度 ； 为 混凝 土收缩 、 徐 变在 阶段引 起 的挠 度 ； 厂 4 为施 工 临 时荷 载 在 i 阶段 引起 的挠度 ； 取为使用荷载在 i 阶段引起 的挠度的 5 0 ； 为支架变形值 ； 其 中支架变形值是 根据预压 加 载 试 验 确 定 的 ， 在 施 工 过 程 中 加 以 考 虑 ， f l ， ， ， ， 。在前 进 分析 和 倒 退分 析 计 算 中已经 加以考虑 。根据上述计算式 和监控分析 ， 可以计算 出 各梁 段 的预拱 度 如 表 1 ， 表 1中预 计 支 架 变形 需 要 根 据支 架预 压试 验 与上 阶段浇 筑混 凝土 时梁体 及 支架 的 变形来估算。 4 应 力监 测 应力 监 控是 连续 梁 桥 施 工监 控 的主 要 内 容之 一 ， 它是 施工 过程 中的安 全 预 警 系统 ， 是 对 桥 梁 的 实 际受 力状 态进 行评 判 和确保 施工 安全顺 利 的主要 依 据 。对 本桥 主要 进行 下转 盘应 力监 测 和主梁 施工悬 臂 根部纵 向应力监测。下转盘应力监测主要是监测转体荷载作 用下下转盘内部混凝土的应力及其变化状况 ， 从 中反 映出转动体系的偏心状况， 为过程安全和纠偏提供依 据 ， 通过测 量 转动体 系重 心 位 置 的偏 心 状 况 可指 导 施 工中针对性地采取平衡配重措施 ， 从而控制转体姿态。 主 梁悬 臂根 部 截 面 混 凝 土 内纵 向应 力 随 着 预 应 力 张 拉 、 支架 施 工或全 部脱 架 后 全部 处 于 悬臂 状 态 以及 体 2 8 铁道建筑 J u l y 2 0 1 2 系转换等各个施工 阶段 的不 同工况 随时都在发 生变 化 ， 由于该 截 面受力 十分 复 杂 ， 内 应力 的变 化 较 大 ， 是 主 梁混凝 土 内应 力 的关键 控制 截面 ； 另外 ， 观测 两端悬 臂根部截面的纵 向应力分布变化也可以推算两端悬臂 重量不平衡状况 ， 对整个转体体系旋转前 、 后的两端平 衡控制与调整 ， 都将起到积极主动的实际指导作用。 5 线形监测 5 1线形控 制 线形控制最主要的任务 ， 就是根据每个施工阶段 的测 量结 果 ， 分 析测 量数 据 ， 同时与模 型预 测值进 行 对 2 0 1 2年第 7期 客运专 线预应力混凝 土大跨连续梁转体施工监控 2 9 比， 从对比中找出差距 ， 分析误差产生的原 因， 从而确 定下 一 阶段 的合理 预 拱 度 。每 一 阶段 施 工完 毕 ， 对 结 构模 型实 际 的混凝 土养 护龄 期 、 节 段施 工周 期 、 混凝 土 实际的弹性模量 、 重度等参数进行修正。参数修正之 后 ， 对结构模型再次进行计算 ， 将新 的计算结果与实测 结 果进行 比较 。 比较 的主要 内容 包括 浇筑 混凝 土前 后 的 高程变 化 、 张拉 预应 力 钢 筋 前 后 的 高程 变 化 以及 梁 底 、 梁顶 的 高程值 。通 过 比较 的结 果 ， 可 以对测 量数 据 进行 分 析 。 5 2转体 测 量监控 1 ) 轴 线控 制 在梁体悬臂端将梁体轴线做 出标记 ， 同时在下承 台上画出上承台转体 终点线。转体 时， 用全站仪对梁 体 轴线进 行 动态 观测 ， 根 据 观 测 数 据及 时调 整 转 体 速 度 ， 确保 转体 精确 就位 。 2 ) 高程控 制 分别在 T构的悬臂端部和墩顶断面上做 3个高程 观测 点 ， 并对 转体全 过 程 进 行 监 控 ， 转 体 就位 后 ， 根 据 测 量结果 ， 采 用 千 斤 顶 调 整 梁 端 高 程 ， 使 其 符 合设 计 要 求 。 6 监 控 成 果 6 1合龙 精 度 中跨 合 龙 前 ， 中 跨 悬 臂 端 两 侧 的 合 龙 误 差 为 0 0 1 2 m， 合龙误差较小 ， 满足规范要求 。边跨合龙前 1 2 5 墩 边跨 合龙 误 差 为 1 2 m m； 1 2 6 墩 边 跨 合 龙 误 差 为 1 1 m m， 满 足规范 要求 。 由于 施 工中把施 丁控 制作 为施 工过 程 中必不 可少 的步骤 ， 并从人员及制度上给予了保证 ， 因此本桥的施 工控制工作进展得 比较顺利 ， 各项数据 的传递有条不 紊 ， 同时也 没有 因为 严格 的施 工过程 监测 而影 响 工期 ， 施 工 控制 的意 图得 到 了良好 的贯彻 。 为掌握 温差 对合 龙 的影 响 ， 在 合 龙 前针 对 温 差 对 梁 的变形 影 响进行 了 2 4 h的连 续 观测 ， 测 量 结果 为 合 龙段的高程预报提供 了依据 。 经过 精心 的控 制施 工 ， 盘 营 客 专 跨 沟海 线 盘 锦 特 大桥按照预计的 目标合龙 ， 所有节点高程与设计线形 的误差 均 在 2 0 c m 以内 ， 所有 合龙 点 的相对 误差 均 在 1 5 c m 以内 。 6 2全 桥合 龙后 梁体应 力状 态 全桥合龙后 ， 张拉完所有预应力束 ， 在桥面二期恒 载未上桥 的情况 下， 梁体应力状态列 于表 2 。从表 2 可以看出， 全桥合龙后梁体应力理论值与实测值相差 表 2梁体应力状态 MP a 较小， 全截面受压 ， 满足设计要求 。 7监控效 果与结论 通过施工仿真分析与现场测试相结合 ， 监控效果 与 结论 如下 ： 1 )盘营客运专线跨沟海线 ( 8 0 6+1 2 8 0+8 0 6 ) m 预应力 混凝 土 连续梁 主桥 的线形 始终 处 于精密 而可 靠的控制之中。施工过程和成桥后 的实测结果表 明， 在 整个 施工 过程 中对线 形 的控 制是有 效 的。 2 ) 在 整 个 施 工 过 程 中和 成 桥 后 整 个 结 构 的应 力 状态始终处于可靠 的控制之中， 结构一直处于安全 的 施工 状态 之 中 。 3 ) 实现了盘营客运专线跨沟海线预应力混凝土 连续梁的顺利转体和高精度合龙。 4 ) 成 桥 后 的 箱 梁 应 力 和 线 形 均 能 较 好 地 满 足 设 计 的要求 。 参 考 文 献 1 向中富 桥梁 施工 控制 技术 M 北 京 ： 人 民交通 出版 社 ， 2 001 2 顾安邦 ， 张永水 桥梁施工监测与控制 M 北京 ： 机械工业 出 版 社 ， 2 0 0 5 3 范立础 预应力 混凝土 连续梁桥 M 北京 ： 人们交 通 出版 社 ， 1 9 8 7 4 中华人 民共 和国铁道 部 新建时速 3 0 0 3 5 0公里 客运专线 铁路设计 暂行规定 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 7 5 贾建平 新建铁路大跨度钢 箱拱桥转 体施工 控制分 析 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 3 6 3 9 6 中华人 民共 和国铁 道部 T B 1 0 0 0 2 3 2 o 0 5 铁 路桥 涵钢 筋? 昆 凝土和预应力混凝 土结构设计规范 s 北京 ： 中国铁 道出 版 社 ， 2 0 0 5 7 过镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M j E 京 ： 清华 大 学出版社 ， 2 0 0 6 ( 责任审编 王红)