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主跨100米预应力砼连续梁桥的施工控制

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情系戈壁滩 发表于 2013-4-28 17:54:49 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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  摘要:本文叙述了主跨100米预应力砼连续梁桥的(公路桥梁)施工控制过程。
  关键词:预应力砼,梁桥施工,控制
  一、工程概述
  颍河特大桥属阜阳至合肥高速公路上一座大型桥梁,位于颍上县颍河闸上游2km处,全桥长1338.44m。本桥所跨河流为颍河,为满足航道规划及跨堤要求,主跨采用100m变截面预应力混凝土箱梁,跨堤孔采用50m变截面连续箱梁。主桥上部为(60+100+60)m三跨PC变截面连续箱梁,位于半径R=7810.822m的(公路桥梁)平曲线上。PC箱梁由(公路资料)单箱单室箱形截面组成,箱梁根部梁高5.5m,跨中梁高2.2m;箱梁顶板宽13.30m,底板宽7.0m,翼缘板悬臂长为3.15m,箱梁梁高按二次抛线线型变化。箱梁横桥向顶板设2%的(公路桥梁)横坡,主桥箱梁采用纵、横两向预应力体系。主桥连续箱梁双幅分别独立采用挂篮悬臂浇筑法施工,各单“T”箱梁除0号块外分为16对梁段,对称平衡悬臂逐段浇筑施工。技术标准设计汽车荷载:公路一I级;设计车速:120km/h;地震基本烈度:地震基本烈度为VI度,按VII设防;设计洪水频率:1/300;通航标准:桥位处颍河段规划为V-(3)级航道。
  二、施工控制的(公路桥梁)内容和(公路论坛)目的(公路桥梁)
  桥梁施工控制的(公路桥梁)目的(公路桥梁)是(路桥技术网)确保施工中结构的(公路桥梁)安全和(公路论坛)确保结构形成后的(公路桥梁)形状和(公路论坛)内力状态符合设计要求。
  对于悬臂施工的(公路桥梁)预应力砼连续梁桥结构来说,施工控制就是(路桥技术网)根据施工监测所得的(公路桥梁)结构参数真实值进行施工阶段的(公路桥梁)仿真分析,确定出每个悬臂浇筑阶段的(公路桥梁)立模标高,并在施工过程中根据施工监测的(公路桥梁)成果对误差进行分析、预测和(公路论坛)对下一节段的(公路桥梁)立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线型、合拢段两悬臂端标高的(公路桥梁)相对偏差不大于规定值,以及结构内力状态符合设计要求。
  三、施工控制的(公路桥梁)分析计算
  大跨径预应力混凝土连续梁桥的(公路桥梁)施工采用分阶段逐步完成的(公路桥梁)悬臂施工方法时,结构的(公路桥梁)最终形成必须经历一系列的(公路桥梁)施工过程,对施工过程中每个阶段进行详细的(公路桥梁)变形计算和(公路论坛)受力分析,是(路桥技术网)桥梁施工控制最基本的(公路桥梁)内容之一。为了达到施工控制的(公路桥梁)目的(公路桥梁),我们必须首先通过计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的(公路桥梁)受力和(公路论坛)变形的(公路桥梁)理想状态,以此为依据来控制施工过程中每个阶段的(公路桥梁)结构行为,使其最终成桥的(公路桥梁)线型和(公路论坛)受力状态满足受力要求。
  1、分析计算方法及计算模型
  根据设计图的(公路桥梁)内容,对全桥总体结构建立能反映施工荷载的(公路桥梁)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(公路桥梁)划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为68个梁单元,69个结点。
  颍河特大桥主桥型布置图
  

预应力砼,梁桥施工,控制

预应力砼,梁桥施工,控制

  1/2计算模型图
  

预应力砼,梁桥施工,控制

预应力砼,梁桥施工,控制

  2、分析计算的(公路桥梁)结构设计参数
  大多数情况下,采用规范设计参数计算的(公路桥梁)结构内力和(公路论坛)位移均比实测值大,这对设计是(路桥技术网)偏于安全的(公路桥梁),但对于结构施工控制来说是(路桥技术网)不容忽视的(公路桥梁)偏差,因为它将直接影响到成桥后结构线型及内力是(路桥技术网)否符合设计要求。此次分析计算的(公路桥梁)设计参数取用原则是(路桥技术网):结构设计参数的(公路桥梁)取值尽量和(公路论坛)实际相吻合;对于主要的(公路桥梁)可以测定的(公路桥梁)参数,则用试验数值;难以测定的(公路桥梁)则依照设计规范,根据以往的(公路桥梁)工程经验进行修正。
  项目设计参数
  主梁采用C50号砼,混凝土容重2.49吨/立方米,混凝土弹性模量为3.55×104Mpa,线膨胀系数α=1×10-5,混凝土材料的(公路桥梁)收缩徐变特性全部按照规范规定取值。计算考虑外界为野外一般条件,每个悬臂现浇梁段的(公路桥梁)加载龄期7天。在施工过程中,混凝土加载龄期等参数可能与实际牵?非偶际跬?╅况不符,将根据实际牵?非偶际跬?╅况对计算参数进行调整。
  预应力采用钢绞线束施加,钢绞线弹性模量取1.95×105Mpa,钢绞线采用ASTMA416-92标准270级低松弛钢绞线,公称直径15.24mm,公称面积140mm2,抗拉标准强度1860Mpa。单个锚具回缩值6mm,孔道摩阻系数u=0.225,孔道偏差系数k=0.0015。
  其中混凝土的(公路桥梁)弹性模量,钢绞线的(公路桥梁)弹性模量取自现场材料的(公路桥梁)取样试验。
  3、施工阶段的(公路桥梁)划分
  本桥采用悬臂浇筑方法施工,在施工过程中,设置了临时约束,在计算中除了考虑设置永久支座外,在悬臂施工期间设置了4个临时竖向约束,以模拟实际施工的(公路桥梁)临时约束。本次计算实际共划分为20个施工阶段和(公路论坛)1个运营阶段,严格和(公路论坛)实际施工状态相对应。
  施工阶段内容
  1—16阶段安放临时支座,利用支架现浇0#块和(公路论坛)1#块,张拉预应力束。利用挂篮依次悬臂浇筑2#—16#号块,并依次张拉相应的(公路桥梁)预应力束。
  17—19阶段支架现浇段19#块,安装边跨合拢段刚性联结,浇筑边跨17#块,张拉相应的(公路桥梁)预应力束,边跨合拢。
  20阶段浇筑中跨18#块,张拉相应的(公路桥梁)预应力束,中跨合拢。
  21运营阶段
  4、施工荷载的(公路桥梁)分析
  在预应力砼连续梁桥的(公路桥梁)悬臂施工中,挂篮和(公路论坛)模板机具设备重对结构的(公路桥梁)内力和(公路论坛)变形的(公路桥梁)影响很大,所以在计算分析中,必须考虑施工荷载主要是(路桥技术网)挂篮的(公路桥梁)影响。在悬臂浇筑过程中,混凝土的(公路桥梁)重量不断增加,使挂篮设备上的(公路桥梁)伸臂发生弹性变形,它使底模板前端的(公路桥梁)标高也发生同样的(公路桥梁)变形,类似的(公路桥梁)变形将同样的(公路桥梁)发生在以后各阶段的(公路桥梁)施工中,这种变形在挂篮拆除后却不能得到恢复。因此在各节点的(公路桥梁)预拱度值中,均应计入这个影响,但是(路桥技术网)也可以利用可调整的(公路桥梁)吊带来解决。当浇筑2号段混凝土挂篮设备一般分成两截,分别固定在(或者部分地落在)已完成的(公路桥梁)悬臂阶段上,由(公路资料)于挂篮具有一定的(公路桥梁)静载,尤其在大跨度桥梁的(公路桥梁)悬臂施工中,挂篮设备的(公路桥梁)重心距离悬臂梁的(公路桥梁)根部的(公路桥梁)力臂较大,使结构发生变形,但在挂篮拆除后,又使原来的(公路桥梁)变形得到恢复。
  此次计算分析充分考虑了施工荷载的(公路桥梁)影响,在计算分析中模拟了挂篮的(公路桥梁)安装和(公路论坛)拆除,以及挂篮前进的(公路桥梁)工况,挂篮的(公路桥梁)计算重量为900KN(其值由(公路资料)施工单位实测得到)。
  5、悬臂施工的(公路桥梁)挠度计算
  在桥梁悬臂施工的(公路桥梁)控制中,最困难的(公路桥梁)任务之一就是(路桥技术网)施工挠度的(公路桥梁)计算与控制。我们所采用的(公路桥梁)分析软件BRCAD5.1和(公路论坛)BSAS的(公路桥梁)系统会根据不同阶段的(公路桥梁)受力状态自动考虑混凝土的(公路桥梁)收缩徐变影响、预加力的(公路桥梁)影响、温度变化的(公路桥梁)影响以及支座沉降的(公路桥梁)影响,其中混凝土收缩徐变的(公路桥梁)计算考虑了各阶段混凝土应力变化的(公路桥梁)影响,在预应力损失的(公路桥梁)计算中,对每个阶段内每个截面上的(公路桥梁)每组钢束都分别进行了计算。
  对于桥梁长期荷载作用下的(公路桥梁)总挠度的(公路桥梁)计算,还必须考虑二期恒载和(公路论坛)活载的(公路桥梁)作用所产生的(公路桥梁)挠度。
  综合考虑各种因素后,将各影响参数输入软件中,由(公路资料)软件自动算出各施工阶段每一梁段的(公路桥梁)挠度,合拢时的(公路桥梁)挠度,合拢后二期恒载作用下的(公路桥梁)挠度,以及活载作用下的(公路桥梁)挠度。
  通过计算分析发现,在施工阶段对结构内力和(公路论坛)变形影响较大的(公路桥梁)设计参数主要为梁的(公路桥梁)自身静载、预应力钢绞线的(公路桥梁)有效预应力;材料的(公路桥梁)弹性模量E和(公路论坛)剪切模量G、施工临时荷载、挂篮、混凝土的(公路桥梁)收缩与徐变变形的(公路桥梁)性能以及混凝土加载龄期的(公路桥梁)变化对变形影响较大,其它的(公路桥梁)参数影响较小。
  6、施工阶段立模标高的(公路桥梁)确定
  在主梁的(公路桥梁)悬臂浇筑过程中,梁段立模标高的(公路桥梁)合理确定,是(路桥技术网)关系到主梁的(公路桥梁)线型是(路桥技术网)否平顺,是(路桥技术网)否符合设计的(公路桥梁)一个重要问题,如果在确定立模标高时考虑的(公路桥梁)因素比较符合实际,而且加以正确的(公路桥梁)控制,则最终桥面线型较好。否则,最终桥面线型会与设计线型有较大的(公路桥梁)偏差。
  众所周知,立模标高并不等于设计中桥梁建成后的(公路桥梁)标高,总要设置一定的(公路桥梁)预拱度,以抵消施工中产生的(公路桥梁)各种变形(竖向挠度)。其计算公式如下:
  Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgi
  式中:Hlmi――i阶段立模标高;
  Hsji――i阶段设计标高;
  ∑f1i――由(公路资料)本阶段及后续施工阶段梁段自重在i阶段产生的(公路桥梁)挠度总和(公路论坛);
  ∑f2i――由(公路资料)张拉阶段及后续施工阶段预应力在i阶段引起的(公路桥梁)挠度;
  f3i――施工期间混凝土收缩、徐变在i阶段引起的(公路桥梁)挠度;
  f4i――施工临时荷载在i阶段引起的(公路桥梁)挠度;
  f5i――活载作用加桑ü?纷柿希┫运营期间的(公路桥梁)收缩徐变引起的(公路桥梁)挠度;(实际监控计算中是(路桥技术网)按跨中预拱度取L/1000,其余各点预拱度按二次抛物线拟合)
  fgi――挂篮变形值
  其中挂篮的(公路桥梁)变形值是(路桥技术网)根据挂篮加载试验确定的(公路桥梁),∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i在前进分析和(公路论坛)倒退分析计算中已经加以考虑。
  此立模标高计算公式简单,概念清楚,使用方便,而且实际使用效果很好。
  7、分析计算主要结果
  通过计算结果分析可知,箱梁在悬臂施工过程中,轴力、弯矩曲线较为顺畅,施工阶段截面上下缘均为压应力,而且都在规范允许的(公路桥梁)范围之内。
  在运营阶段,正常使用极限状态下箱梁应力基本上处于全截面受压状态,而且满足规范要求。其它荷载组合除了部分几个截面顶板或底板出现很小拉应力(最大不超过0.5MPa),箱梁应力基本上处于全截面受压状态,箱梁的(公路桥梁)应力满足规范要求。
  各个施工阶段的(公路桥梁)挠度曲线很顺畅。挠度的(公路桥梁)变化也很正常。
  四、施工控制的(公路桥梁)参数识别和(公路论坛)现场测试
  1、参数的(公路桥梁)识别
  结构设计参数的(公路桥梁)变化能导致桥梁结构内力的(公路桥梁)变化和(公路论坛)形状的(公路桥梁)改变,因此我们在大跨度桥梁的(公路桥梁)施工控制中,必须对设计参数进行识别和(公路论坛)修正。不同的(公路桥梁)设计参数对结构状态的(公路桥梁)影响程度是(路桥技术网)不同的(公路桥梁)。总的(公路桥梁)说来,对于连续梁主要的(公路桥梁)设计参数有以下几个方面:
  (1)结构几何形态参数:主要是(路桥技术网)桥梁结构的(公路桥梁)跨径、高跨比、线型等,它们表征了结构的(公路桥梁)形状和(公路论坛)结构最初的(公路桥梁)状态。(2)截面特征参数:截面的(公路桥梁)面积、抗弯惯性矩等。(3)与时间有关的(公路桥梁)参数:温度、混凝土龄期、收缩徐变是(路桥技术网)随着时间而变化的(公路桥梁)参数。(4)荷载参数:主要是(路桥技术网)结构构件自重力、施工临时荷载和(公路论坛)预加力。(5)材料参数:主要是(路桥技术网)指材料的(公路桥梁)弹性模量E和(公路论坛)剪切模量G,对于混凝土材料来说,这两个参数有一定的(公路桥梁)波动,在桥梁的(公路桥梁)施工控制中要对其进行识别。
  这五类设计参数在同一座桥梁的(公路桥梁)施工控制中并不是(路桥技术网)每一个设计参数对桥梁结构状态的(公路桥梁)影响都是(路桥技术网)一样的(公路桥梁),因此我们要对设计参数进行辨别,一方面要确定设计参数的(公路桥梁)实际值,另一方面要辨别对结构状态影响较大的(公路桥梁)设计参数即主要参数,为了达到这个目的(公路桥梁),对设计参数的(公路桥梁)识别,总的(公路桥梁)来讲,有两种方法和(公路论坛)手段:其一,通过现场测量来确定设计参数的(公路桥梁)值。这主要是(路桥技术网)结构几何形态参数、截面特征参数和(公路论坛)材料特征参数,它们可以通过现场测量方法或试验测量手段来确定。其二,通过结构计算分析来确定主要设计参数,也就是(路桥技术网)设计参数敏感性分析方法。在这里我们主要采用的(公路桥梁)是(路桥技术网)第一种方法。
  2、现场测试
  为了确保施工控制的(公路桥梁)顺利实施,施工过程中各项技术参数的(公路桥梁)准确测定至关重要,它是(路桥技术网)进行施工控制的(公路桥梁)必要初始参数,它为施工的(公路桥梁)计算提供了实测依据,是(路桥技术网)最终实现施工控制目的(公路桥梁)的(公路桥梁)最关键的(公路桥梁)一步。这次我们主要现场测试的(公路桥梁)内容如下:
  (1)应力观测:
  在大桥上部结构的(公路桥梁)控制截面布置应力测点,以观察在施工过程中这些截面的(公路桥梁)应力变化与应力分布情况。然后把结果及时反馈给设计人员,和(公路论坛)计算结果相比较,在计入误差和(公路论坛)变量调整后由(公路资料)设计人员分析以后每阶段乃至竣工后结构的(公路桥梁)实际状态,同时可以根据当前施工阶段向前计算至竣工,预计今后施工可能出现的(公路桥梁)状态并预报下一阶段当前一安装构件或即将安装的(公路桥梁)构件是(路桥技术网)否出现不满足强度要求的(公路桥梁)状态,以确定是(路桥技术网)否在本施工阶段对可调变量实施调整。经现场测试,各施工阶段被测梁段的(公路桥梁)应力值和(公路论坛)计算分析的(公路桥梁)结果相吻合,应力变化没有出现异常。
  (2)挠度观测:
  挠度观测资料是(路桥技术网)控制成桥线型最主要的(公路桥梁)依据,根据以往的(公路桥梁)经验,在每个施工段的(公路桥梁)断面上上布置五个高程观测点1、2、3、4、5,顺序是(路桥技术网)从桑ü?纷柿希┫游至下游排列,以桥梁中心线划分,间距为6米+3.5米+0米+3.5米+6米,控制点3为桥梁中线点,这样不仅可以测量箱梁的(公路桥梁)挠度,同时可以观察箱梁是(路桥技术网)否发生扭转变形。在施工过程中,对每一截面需进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力钢筋张拉前、预应力钢筋张拉后的(公路桥梁)标高观测。以便观察各点的(公路桥梁)挠度和(公路论坛)箱梁曲线的(公路桥梁)变化历程,保证箱梁悬臂端的(公路桥梁)合拢精度和(公路论坛)桥面线型。为了尽量减少温度的(公路桥梁)影响,挠度的(公路桥梁)观测安排在早晨进行。以这些观测数据为依据,进行有效的(公路桥梁)施工控制。由(公路资料)于测量数据太多,现仅将19号墩施工的(公路桥梁)控制点3从5号块到16号块在预应力钢筋张拉后理论标高和(公路论坛)实测标高值列于下表:

预应力砼,梁桥施工,控制

预应力砼,梁桥施工,控制

  从表中可以看出:
  1、理论标高和(公路论坛)实测标高最大误差为20mm,理论值和(公路论坛)实测值符合较好,在施工时不需要调整立模标高,给施工带来了很大的(公路桥梁)方便。也更好地说明立模标高的(公路桥梁)计算模式合理,具有很强的(公路桥梁)实用性。
  2、合拢时两个合拢段理论标高和(公路论坛)实测标高均为误差为16mm,它们的(公路桥梁)相对高差为3mm,两者在同一水平线上,合拢时不需要进行压重和(公路论坛)纠偏,可以直接合拢。保证了成桥后桥面线型平顺,与设计相吻合。
  (3)温度控制
  温度是(路桥技术网)影响主梁挠度的(公路桥梁)最主要的(公路桥梁)因素之一,温度变化包括日温度变化和(公路论坛)季节变化两部分,日温度变化比较复杂,尤其是(路桥技术网)日照作用,季节温差对主梁的(公路桥梁)挠度影响比较简单,其变化是(路桥技术网)均匀的(公路桥梁)。因此为了摸清箱梁截面内外温差和(公路论坛)温度在截面上的(公路桥梁)分布情况,在梁体上布置温度温度观测点进行观测,以获得准确的(公路桥梁)温度变化规律。
  (4)混凝土弹性模量和(公路论坛)容重的(公路桥梁)测量
  混凝土弹性模量的(公路桥梁)测试主要是(路桥技术网)为了测定混凝土弹性模量E随时间的(公路桥梁)变化规律,采用现场取样通过万能实验机进行测定。混凝土弹性模量和(公路论坛)容重的(公路桥梁)测量是(路桥技术网)在现场取样,采用实验室的(公路桥梁)常规方法进行测定。
  (5)钢绞线管道摩阻损失的(公路桥梁)测定
  在进行钢绞线张拉时,由(公路资料)于管道摩阻会造成预应力不同程度的(公路桥梁)损失,本测试项目旨在定量地测量钢绞线管道摩阻损失,以确定有效的(公路桥梁)预应力。
  五、施工控制的(公路桥梁)措施
  (1)在悬臂施工过程中,对挠度和(公路论坛)施工标高进行施工精密测量。
  (2)对悬臂施工实行第三方监测,确保挠度和(公路论坛)施工标高的(公路桥梁)测量准确无误。
  (3)预应力钢绞线在具体张拉过程中,及时向设计人员提供有关数据,以便核对延桑ü?纷柿希╈量,同时也是(路桥技术网)验证预应力有关参数的(公路桥梁)准确性。实测延桑ü?纷柿希╈量和(公路论坛)理论延桑ü?纷柿希╈量符合较好,满足设计要求。
  (4)施工单位应将已经施工阶段的(公路桥梁)实测挠度及标高等参数提前3天反馈给设计人员,以便设计人员对将施工阶段的(公路桥梁)标高进行调整和(公路论坛)控制。
  (5)悬臂施工按照对称平衡的(公路桥梁)原则进行施工,施工过程中应随时注意两悬臂不得出现不平衡荷载。
  (6)为了避免不平衡荷载的(公路桥梁)出现,悬臂施工段除了施工机具外,不得堆放其它物品和(公路论坛)材料,以免引起挠度偏差。
  (7)在有可能时宜将长臂和(公路论坛)边中跨合拢避开台风季节,在每一梁段施工过程中出现台风预报应停止施工,并做好施工的(公路桥梁)防台风工作。
  六、结论
  通过颍河特大桥主桥100米预应力砼连续梁桥施工和(公路论坛)施工控制的(公路桥梁)实践,我们可以得出如下结论:
  1、本文立模标高计算公式概念清楚,使用方便简单,而且实际施工中理论标高和(公路论坛)实际标高误差很小,给施工带来了很大的(公路桥梁)方便。从而也证明了理论计算模式的(公路桥梁)先进性、正确性。
  2、合拢时合拢段的(公路桥梁)相对高差也在5mm以内,合拢时不需要进行压重和(公路论坛)纠偏。保证了成桥后桥面线型平顺,与设计相吻合。
  3、确保了施工过程中结构的(公路桥梁)可靠度和(公路论坛)安全性,保证了桥梁变形、梁段的(公路桥梁)挠度变化和(公路论坛)结构的(公路桥梁)应力状态符合设计要求。
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LOcxEw 发表于 2013-7-13 23:09:35 | 显示全部楼层
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