桥梁施工控制方法与结构状态误差研究

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：2013-02-25浏览：15次

　　摘要：随着桥梁事业的飞速发展，施工监测与控制已发展成为桥梁施工中的一项核心技术，它的最终目的是使成桥后达到设计目标。本文对桥梁施工控制方法与结构状态误差进行了研究。

　　关键词：桥梁施工,控制方法,结构状态,误差

　　1.施工控制方法

　　1.1正装分析法

　　正装分析法是指通过结构实际的施工方案和各个节段的结构状态逐步的向前进行计算，最后计算出在成桥后的变形和结构受力状态。正装分析法是当前阶段的结构状态作为下一阶段分析计算的基础，由于桥梁的施工不断向前推进，结构的边界约束条件、荷载的大小及形式也在不断的变化，也就是说，正装分析法是按照施工工序来进行计算的。经过大量实例证明，该方法在桥梁施工的模拟中能够取得较好的模拟效果，计算结果中能得到结构在每一施工阶段的应力及位移值，同时，使用该方法进行计算时，能够更好的模拟桥梁结构形成的历程，能更好的考虑混凝土的徐变、收缩及其他非线性影响因素，可以更好的指导结构的施工，为施工提供有效的数据，因此，正装分析法在桥梁监控计算中占有重要的地位。正装分析法有以下特点：

　　(1)在各施工阶段中，混凝土收缩、徐变等时差效应须随着施工过程逐步计入计算模型。

　　(2)在每一阶段结束时，该阶段的受力及变形状态通过之前的各阶段的受力及变形情况和该阶段的施工状态、荷载作用求得。

　　(3)使用正装分析法进行计算，桥梁施工必须严格按照制定的施工方案逐步执行，同时分析计算也须严格按照方案中制定的工序进行计算，这样才能获得施工过程中及最终的受力状态和变形情况。

　　(4)当前阶段的分析计算是在前一阶段的计算结果上进行的。

　　1.2倒装分析法

　　倒装分析法是指假设当前线形及内力结果均满足设计要求，在这个状态下，对结构进行倒拆，也就是按照正装分析的逆过程，然后分析每倒拆一个施工节段对剩下的结构的影响，倒拆后计算分析得出的内力及变形状态即为该节段的理想施工状态。获得桥梁施工中各节段的理想施工状态(位移及内力)即为倒装分析法的目的。一般在设计中，桥梁施工过程中各个节段在该节段施工时的状态并没有给出，只是给出了桥梁成桥状态的设计标高，而倒装分析法就是根据设计中给出的最终的成桥状态，对每一施工节段进行倒拆，分析计算出每一节段的理想施工状态。利用这种方法计算各个节段的施工状态，能更好的使桥梁最终能够达到设计要求的成桥状态。倒装分析法的计算方式及特点，使其能够适用于各类桥型，如连续梁桥、斜拉桥、连续刚构桥，特别是适用于采用悬臂浇注法的桥梁。采用倒装分析法进行计算时须注意以下几点：

　　(1)在倒拆单元去除等效荷载时，用被拆单元接缝外的内力反方向作用在剩余结构接缝处来进行模拟。

　　(2)在拆除某一单元时，拆除的部分的应力应为零，剩下的结构的心的接缝面应力为该阶段对该接缝面施加的预应力。

　　(3)倒装分析法的初始状态应由正装分析法来确定。

　　另外，倒装分析发也有其不足的地方，主要包括以下两方面：

　　(1)对于悬索桥及其他集合非线性影响较大的大跨度桥梁，如果按倒装分析法来计算和指导施工，那桥梁最终的成桥状态将偏离设计值。

　　(2)由于倒装分析法是按照施工工序的逆过程来进行分析的，因此对于混凝土收缩、徐变等与结构形成过程有关系的因素，采用倒装分析法时考虑这些因素是存在一定难度的。

　　1.3无应力状态法

　　无应力状态法主要适用于悬索桥及拱桥的监控计算，它是以桥梁中的各个节段的曲率和无应力长度不变为基础的，然后使桥梁施工各个阶段的状态和成桥状态联系起来。

　　2.结构状态误差

　　桥梁结构分段施工的最终目标，是使成桥状态的结构实际状态(包括内力和线形)最大限度的逼近理想设计状态。要实现这一最终目标，必须全面了解施工过程中可能引起实际状态偏离设计状态的所有误差因素，以便对整个施工过程进行有效的控制，对误差进行合理分析和及时处理，是现场监控工作的重要环节。

　　引起桥梁结构施工中得结构状态误差的因素很多，为了便于分析说明，下面将其归纳为四大类，即施工荷载变化、结构性能差异、周边环境影响和计算模型失真。

　　1.施工荷载变化

　　(1)结构重力误差：结构重力误差主要来源于两个方面。一方面是材料容重，特别是混凝土材料容重在施工过程中也会出现波动，在几何尺寸不变的前提下，将引起结构重力误差。另一方面任何施工方法都可能引起构件几何尺寸的差异，在验收规范允许或不允许的偏差限值内都将引起结构重力误差。

　　(2)施工活载误差：无论是分布活载还是集中活载都可能出现误差，这种误差包括两个方面，即作用位置和活载集度。一般只能通过现场统计、观察，根据施工单位提供的临时荷载的重量进行估算

　　(3)预应力误差：引起预应力误差的因素很多，一般由两方面引起，一方面是由于千斤顶的压力表读数产生误差而引起，另一方面是因为预应力的损失而造成的。它一般包括：锚具损失，管道摩擦阻力，钢丝松弛，温度损失，徐变损失。

　　(4)收缩和徐变误差：引起施工中混凝土收缩和徐变误差的原因是多方面的，有混凝土加载龄期大小、徐变和收缩系数的取值、各节段结构受力状态不同、各节段之间的龄期差别等。

　　2.2结构性能差异

　　桥梁是在每一阶段施工中逐步形成的，一些因素在施工过程中会对结构的变形、受力性能产生影响，主要表现为下列两点：

　　(1)材料模量误差：材料弹性模量，一般情况下，混凝土的弹性模量离散性很大，直接影响到结构受力变形性能。

　　(2)截面特性误差：构件的几何尺寸的差异会使截面弹性模量产生误差，进而影响结构受力、变形性能。

　　2.3周边环境影响

　　引起桥梁节段施工误差的环境影响因素很多，但最主要的有两个，即温度变化和风载作用：

　　(1)温度变化误差：由于温度在实际情况中变化无常及随机性，温度对施工的影响是监控工作中难以掌握的因素，并且在某个时刻，结构中的不同位置也存在温度的差异。

　　(2)温度对于箱梁变形的影响一般有两方面：箱梁内壁和外壁之间的温差，以及均匀温差。由于各个类型的桥结构不同，跨径不同，因而温度对每一座桥梁的影响是不同的，没有规律性，所以在施工中必须对其进行重点观测，分析其影响程度及规律，最大限度的排除温度造成的误差。在施工中，温度在挂篮定位时的影响较大，一般选择在日出之前进行定位，但若能准确的掌握温度影响规律，则可以任意安排定位的时间，这对于施工进度的控制是十分有益的。

　　(3)风载作用误差：和温度一样，风在桥梁施工中也是一种复杂的影响因素，风对于桥梁结构的作用同样也具有随机性。当风流经过结构时，由于在局部位置会形成风流的风力和涡旋，会产生一种复杂的作用力，进而对结构产生影响，其影响程度一般与风速特性、桥梁结构特性等因素有关。由于风的随机性，若采用等效静力的办法来定义风载对结构的影响，会产生一定的误差。

　　2.4计算模型失真

　　在目前的建模技术中，由于实际情况中结构的复杂程度较高，难以完全模拟，在建立模型时需要对其进行简化，那必然使得模型与真实结构之间存在差异性，这就是指模型失真。

　　参考文献：

　　[1] 向木生.预应力混凝土梁桥应力测试技术[J].武汉理工大学学报. 2001,(3).

　　[2] 陈纪胜.箱形输水桥不同日照温差模式下的温度应力研究[J].城市道桥与防洪.2009,(5).

　　[3] 王全录.温度对混凝土箱梁应力和变形影响的测试与分析[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版).2008,32(5).

《桥梁施工控制方法与结构状态误差研究》

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