刍议大跨度连续钢构桥施工监控目的及方法

　　摘要:连续钢构桥是墩梁固接的连续梁桥。它是在连续梁桥和T型钢构桥的基础上发展起来的大跨径桥梁最常用的形式之一,具有跨越能力大、行车舒适、无需大型支座等特点。文章结合实际对高墩、大跨度连续钢构桥悬臂施工的应力、线形控制方法进行了研究。
　　关键词:高墩;大跨度;连续钢构;施工控制
　　1工程概况
　　该桥型为高墩大跨径连续钢构桥,跨径布置如下:75+2×135+75m,上部结构均为单箱单室变截面箱梁,大桥跨中及端部梁高3.0m,底板厚0.3m,根部梁高7.5m,底板厚1.0m,箱梁梁高及底板厚度均按二次抛物线变化。主桥下部构造均采用双薄壁空心墩。桥墩横桥向宽度为6.5m,顺桥向两墩外侧距离9.0m,6、8号桥墩单片墩宽2.5m,9号桥墩单片墩宽3.0m,壁厚0.5m钢筋混凝土结构。桥墩承台采用整体式15.0m×25.7m×4.0m。采用直径为1.8m挖孔灌注桩基础。桥梁上部结构采用挂篮对称悬臂浇注施工,0、1号块在墩顶及托架上浇筑完成,其余各段施工采用挂篮悬臂浇筑,边跨现浇段采用支架施工,合拢段采用吊架进行施工。合拢顺序为先边跨后合拢中跨。
　　2施工监控的目的与原则
　　连续钢构体系在施工过程中要经历多次体系转换,结构单元数量、荷载逐步变化,是一种复杂的超静定结构。为了保证工程施工质量,就需要有一个科学合理的施工控制系统来综合考虑各种影响因素,严格监控整个施工过程中结构的变形、应力分布情况,以确保桥梁的成桥线形及结构受力状态符合设计要求。其控制原则为:(1)施工过程中以截面的应力和内力为主要控制对象;(2)悬臂段合拢相对高差控制在20mm以内;(3)桥面线形调整引起的桥面垫层厚度增减绝对值最小,平均值符合设计要求;(4)桥面预拱度满足二期恒载、1/2活载作用和设计混凝土徐变年限内的徐变变形要求。
　　3施工监控的方法
　　施工监控方法主要可以分为两个部分:施工过程模拟分析和参数调整。参数调整方面,该大桥运用了参数识别和灰色理论预测相结合的方法进行监控。
　　3.1施工过程模拟分析方法。施工过程模拟分析是桥梁监控的理论依据,由工程实际建立理论模型,对结构各阶段的内力和挠度进行计算。在施工控制计算中,将各主梁离散成梁单元,3个墩底视为固结,两边跨端视为链杆支承。将单元几何信息及各施工阶段的荷载、徐变、收缩、预应力等信息输入数据文件,先进行前进分析计算,再进行倒退分析计算。大桥的施工仿真计算采用了目前能够应用于施工监控的大型空间有限元软件MIDAS/Civil进行施工仿真计算。
　　3.2参数调整理论。在桥梁的实际施工中,由理论模型计算的某一施工阶段的内力、挠度等会与实际量测结果存在一定偏差,为了确保施工质量,必须将偏差控制在容许范围内,当偏差超出容许范围时,就必须对理论模型中的主要设计参数进行识别。设计参数识别是根据施工中结构线形或内力的实测值对主要设计参数进行识别,寻找产生偏差的原因。然后将修正过的设计参数反馈到仿真数值模型中去,重新给出施工中内力和挠度的理论期待值,以消除理论值和实测值不一致的主要部分,最后达到内力和挠度双控的目标。至于灰色预测控制,则是将各控制点的标高理论计算值减去实测值得到误差序列,建立误差序列的GM(1,1)模型,求得误差函数,得到误差估计值,将误差估计值和理论值相加得到预测值。
　　灰色理论的特点在于预测,通过数据处理功能对误差进行预测。参数估计是参数识别理论的核心,参数识别法把握了控制参数产生偏差的主要因素。由于连续钢构桥悬臂施工中对线形误差的纠正措施比较少,控制误差的产生就显得尤其重要。鉴于此,在预应力混凝土梁桥挠度控制过程中,可以将这两种理论相结合,充分发挥各自的所长。
　　4施工监控的主要内容
　　施工监控的主要内容有:(1)箱梁高程线形监控;(2)箱梁平面线形监控;(3)箱梁和薄壁墩控制断面应力监控;(4)箱梁温度监控。对于大型大桥一般采用线形监控为主和应力监控为辅的双控措施。主要介绍高程线形控制和应力控制的主要方法。
　　4.1高程线形控制。对于高程线形监控,目前一般有卡尔曼滤波法、自适应控制法和人工网络神经(BP网络)等方法。由于自适应控制方法易于被广大工程技术人员理解和掌握,已在多座桥梁建设中成功应用,因此,大桥在高程线形监控方面采用自适应控制方法。自适应控制方法进行箱梁高程监控,其关键技术有3点:箱梁理论标高的计算;箱梁挠度测试方法;实测数据处理,参数识别,预测立模标高。现具体介绍如下:
　　(1)箱梁理论标高的计算:在实施监控之前,必须做好箱梁设计线形、目标线形和预拱度线形设计。箱梁三条理论曲线确定后,即可以应用预拱度曲线确定箱梁立模标高:式中:H立模——第i阶段的立模标高;H设计——第i阶段的设计标高,由设计方提供;——桥梁承受1/2静活载所引起的变形;——桥梁竣工后由于混凝土后期徐变引起的变形,可通过结构计算求得;——结构某一点在立模之后,由于以后的施工操作使该点产生变形,这种变形直到成桥竣工时为止。
　　(2)箱梁挠度测试方法:结合以往施工监控经验,在白涧河大桥施工中,对每个箱梁悬臂浇注阶段进行4次测量:①挂篮移动后;②节段混凝土浇注完;③张拉预应力筋前;④张拉预应力筋后。这样既抓住了施工控制的关键阶段,也满足了施工控制的全面要求;
　　(3)温度变化对高程线形的影响:实测数据的主要影响因素是温度,因此,对温度变化影响高程线形的研究是必不可少的。由于温度场随时随地都在变化,要精确计算温度的影响几乎是不可能的。为了尽量避免温度变化对高程线形的影响,在箱梁施工阶段确立立模标高的时候,应尽可能选择在温度较稳定、影响较小的时刻进行。
　　4.2应力控制。施工控制中应对结构分析所确定的关键截面的受力情况进行应力监控,适时发出安全预警以采取处置措施和保证结构安全。应力控制是将现场实测值和理论计算值相比较,通过二者偏差调整设计参数修正计算模型,以达到应力控制的目的。目前应力检测是通过检测应变来反映,而应变检测常用钢弦式应力计和钢筋式应力计。
　　5对施工监控的几点看法
　　(1)对大跨径连续钢构桥进行施工控制是十分有必要的。设计文件所提供的预拱度一般不能满足实际施工要求,施工控制不但能起到补充设计和辅助指导施工的作用,更重要的是能起到对影响施工目标实现的各种因素的深入研究、检测及相关问题的解决,对深刻认识大跨径连续钢构桥的受力及变形特点,提高大跨径连续钢构桥梁的设计、施工水平是十分有意义的;
　　(2)施工控制技术有待进一步研究和完善。应该研发专用的施工控制分析软件,这样能减少工作量和避免出错;在影响箱梁挠度的众多因素中,对温度因素应特别重视,有待深入研究;
　　(3)施工控制工作应向桥梁运营阶段延伸,桥梁运营期间的内力和挠度监测能进一步检验施工控制效果,能完善和提高实际和施工控制的技术水平,同时能预报桥梁运营期间可能出现的病害。
　　参考文献:
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　　[5]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M]北京:人民交通出社,2000.

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