湛江海灣大橋施工監(jiān)控_圖文

1、文章編號(hào) :1003-4722(2007 03-0068-04湛江海灣大橋施工監(jiān)控徐金勇 1, 顏全勝 2, 王衛(wèi)鋒 2, 韓大建 1(1. 華南理工大學(xué)建筑學(xué)院 , 廣東 廣州 510641; 2. 華南理工大學(xué)交通學(xué)院 , 廣東 廣州 510641摘 要 :湛江海灣大橋主橋是主跨 480m 的雙塔空間雙索面混合梁斜拉橋 , 拼裝法施工 , 介紹施工監(jiān)控的原則 、 監(jiān)控工況的選擇 、 、 標(biāo)高與索 力的控制等 , 并給出了監(jiān)控的成果 。關(guān)鍵詞 :斜拉橋 ; :AConstruction Monitoring and Control of Zhanjiang B ay B ridgeXU J

2、in 2yong 1, Y AN Qua n 2s heng 2, WAN G Wei 2f eng 2, HAN Da 2j ia n1(1. School of Architecture and Civil Engineering , South China University of Tech 2nology , Guangzhou 510641, China ; 2. School of Traffic and Communications ,South China University of Technology , Guangzhou 510641, China Abstract

3、:The main bridge of Zhanjiang Bay Bridge is a double pylon and double spatial cable plane hybrid girder cable 2stayed bridge wit h a main span 480m and wit h it s steel main girder erected by t he cantilever assembling met hod. This paper describes t he const ruction monitoring and cont rol of t he

4、Bridge and also gives t he corresponding result s , including t he p rinciples , load case selectio n , calculation , field test and parameter identification of t he monitoting , and t he con 2t rol of elevation and cable forces.K ey w ords :cable 2stayed bridge ; hybrid girder ; construction monito

5、ring and cont rol收稿日期 :2006-09-14作者簡(jiǎn)介 :徐金勇 (1978- , 男 ,2002年畢業(yè)于華南理工大學(xué)交通土建工程專業(yè) , 工學(xué)學(xué)士 ,20022004年為華南理工大學(xué)橋梁與隧道專業(yè) 碩士研究生 , 現(xiàn)為華南理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士研究生。1 工程概況湛江海灣大橋主橋采用雙塔空間雙索面混合梁 斜拉橋 , 五跨連續(xù)半漂浮體系 , 全長(zhǎng) 840m , 跨徑組 合為 (60+120+480+120+60 m , 主塔為鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu) , 上塔柱采用大曲線造型 , 整個(gè)塔柱造型呈 火炬狀 , 自承臺(tái)以上塔高 155. 1m 。 邊跨 60m 為預(yù) 應(yīng)力混凝土箱梁

6、, 主跨及其余邊跨為鋼箱梁 (見(jiàn)圖 1 。 鋼主梁采用魚(yú)腹式空腹流線型鋼箱梁 , 全寬 28. 5m , 中線處梁高 3. 0m , 設(shè) 2道桁架式內(nèi)縱腹板 , 標(biāo)準(zhǔn)梁段橫隔板均為桁架式 , 間距 3. 2m 。全橋鋼箱梁共分為 51塊 , 標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng) 16m , 重約 200t , 鋼梁間采用栓焊連接 (縱腹板和頂板加勁肋采用高 強(qiáng)螺栓連接 , 其余部分焊接 。 邊跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁為單箱三室箱梁 , 箱體外形和梁高與鋼梁一致 。全 橋共有斜拉索 112根 , 斜拉索采用熱擠聚乙烯 <7熱 鍍鋅鋼絲拉索 , 最大索長(zhǎng) 245m , 重 16. 5t 。 斜拉索 在鋼梁段索距為 16m ,

7、 在邊跨混凝土梁段索距為 8m 。 湛江海灣大橋鋼主梁主要采用懸臂拼裝法施 工 , 除了主塔附近 0號(hào)段和鋼 -混凝土結(jié)合段采用 滿堂支架并用大型浮吊起吊至支架上外 , 其余鋼箱 梁采用橋面步履式吊機(jī)懸臂拼裝施工 。 邊跨預(yù)應(yīng)力 混凝土梁采用滿堂鋼管支架現(xiàn)澆施工 。 2 監(jiān)控原則與監(jiān)控工況 2. 1 監(jiān)控原則斜拉橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控最根本的要求是在確保結(jié)86橋梁建設(shè) 2007年第 3 期 圖 1 主橋立面布置構(gòu)安全施工的前提下 , 要做到主梁線形和內(nèi)力符合 設(shè)計(jì)規(guī)定的允許誤差范圍 , 因此 , 考慮 。 , 形和內(nèi)力 。 , 以 標(biāo)高控制為主 , 索力控制為輔 。 2. 2 監(jiān)控工況在各梁段施工中選

8、擇合理的施工工序狀態(tài)作為監(jiān)控工況 , 不僅對(duì)施工進(jìn)度有直接的影響 , 而且關(guān)系 到能否滿足施工監(jiān)控的要求 。本橋標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng) 16m , 斜拉索一次張拉到位 , 施工工序?yàn)?:吊裝匹配定位 焊接 安裝斜拉索 吊機(jī)松吊鉤 斜拉索終拉 前移吊機(jī) 。 由于主梁施工經(jīng)歷非對(duì)稱吊裝 對(duì)稱 吊裝 單懸臂吊裝 3個(gè)階段 , 對(duì)于不同的階段所選 擇的監(jiān)控工況也有所不同 。在對(duì)稱吊裝階段 , 要對(duì) 主要的監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和修正 , 因此在本階段對(duì) 各個(gè)工況都進(jìn)行監(jiān)控 , 并把吊機(jī)松吊鉤的工序提前 到安裝斜拉索之前 ; 在非對(duì)稱吊裝和單懸臂吊裝階 段 , 只對(duì)吊裝匹配定位和斜拉索終拉這 2個(gè)工況進(jìn) 行監(jiān)控 。 3

9、施工監(jiān)控計(jì)算施工監(jiān)控計(jì)算是斜拉橋施工監(jiān)控中的重要一 環(huán) , 湛江海灣大橋施工監(jiān)控計(jì)算采用空間桿系 “魚(yú)骨” 模型 , 主塔和主梁采用空間梁?jiǎn)卧M , 斜拉索 采用只受拉空間桿單元模擬 。 計(jì)算中考慮主塔與邊 跨混凝土梁的收縮徐變 、 斜拉索的垂度效應(yīng) 、 梁柱效 應(yīng)和結(jié)構(gòu)的大位移效應(yīng) 。采用倒拆 -正裝迭代法 , 在按理想施工過(guò)程進(jìn)行倒拆 -正裝迭代確定斜拉索 施工索力和梁段拼裝標(biāo)高后 , 根據(jù)實(shí)際的施工過(guò)程 和荷載分布情況實(shí)時(shí)進(jìn)行施工過(guò)程仿真分析 , 并根 據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和參數(shù)識(shí)別結(jié)果不斷修正計(jì)算模型參 數(shù) , 使計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的偏差達(dá)到最小 。溫度 、 計(jì)算模型的各參數(shù) , 對(duì)于斜拉橋主

10、梁標(biāo) 高 、 索力有不同的影響 , 把握不同參數(shù)的影響規(guī)律 ,、 。, 以確定 。 4 施工過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作主要有 :幾何測(cè)量 、 索力測(cè) 量 、 應(yīng)力測(cè)量和溫度場(chǎng)測(cè)量 。由于湛江海灣大橋跨 度大 , 主梁輕薄 , 結(jié)構(gòu)相對(duì)較柔 , 各參數(shù)之間的相互 影響較大 , 為了能從整體上把握結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài) , 各 項(xiàng)測(cè)試都嚴(yán)格在同一施工工況進(jìn)行 , 并要在溫度場(chǎng) 穩(wěn)定的時(shí)段 , 在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成 , 因此湛江海灣 大橋各項(xiàng)測(cè)試工作均選擇在午夜至次日清晨日出前 進(jìn)行 。 在測(cè)試時(shí)不允許荷載在橋上移動(dòng) 。 4. 1 幾何測(cè)量主塔位移測(cè)量包括主塔順橋向和橫橋向 2個(gè)方 向的水平位移 。 湛江

11、海灣大橋主塔位移測(cè)量采用全站儀法 。主梁線形測(cè)量包括主梁標(biāo)高和主梁軸線測(cè)量 。 主梁標(biāo)高測(cè)量采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺 。 每個(gè)節(jié)段 的前端沿橫向設(shè)置 3個(gè)標(biāo)高測(cè)點(diǎn) 。 主梁軸線測(cè)量也 采用全站儀法 , 測(cè)量中線點(diǎn)的橫橋向坐標(biāo) 。 4. 2 索力測(cè)量湛江海灣大橋索力測(cè)量主要采用頻率法 13。 湛江海灣大橋主梁每個(gè)梁段斜拉索終拉后 , 測(cè)量前端 5對(duì)斜拉索的索力 , 以檢驗(yàn)每個(gè)梁段的施工成果 及作為參數(shù)識(shí)別與調(diào)整的依據(jù) 。邊跨合龍前后 、 中 跨合龍前后均進(jìn)行全橋索力測(cè)量 。 4. 3 應(yīng)力測(cè)量為了確保湛江海灣大橋在施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)安全 , 及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài) , 在主梁及主塔的共 13個(gè) 斷面處

12、安裝了應(yīng)變傳感器。 在施工過(guò)程中 , 采用自動(dòng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 由于混凝土總應(yīng)變中 包含了一部分的收縮徐變應(yīng)變 , 因此 , 邊跨混凝土主 梁應(yīng)力測(cè)量采用的是一種間接方法 , 即先利用應(yīng)變傳 感器測(cè)出混凝土內(nèi)部總應(yīng)變 , 后再利用主梁中性軸應(yīng)96湛江海灣大橋施工監(jiān)控 徐金勇 , 顏全勝 , 王衛(wèi)鋒 , 韓大建力只與斜拉索水平分力有關(guān)這一特點(diǎn) , 根據(jù)實(shí)測(cè)索力 求出中性軸應(yīng)力 , 據(jù)此校準(zhǔn)中性軸的實(shí)測(cè)應(yīng)力并識(shí)別 徐變系數(shù) , 繼而求出主梁上下緣應(yīng)力 4,5。4. 4 溫度場(chǎng)測(cè)量溫度變化 , 特別是日照溫差的變化對(duì)斜拉橋結(jié) 構(gòu)內(nèi)力和線形的影響是非常復(fù)雜的 。 混合梁斜拉橋 主跨和邊跨分

13、別采用鋼和混凝土 2種不同的材料 , 溫度的影響更是復(fù)雜 。 為了便于施工控制資料的分 析 , 把握溫度在結(jié)構(gòu)中的分布規(guī)律和隨時(shí)間的變化 , 在湛江海灣大橋主塔 6、 鋼箱梁 、 邊跨混凝土梁和斜 拉索中安裝了溫度傳感器 ,5在理論分析與施工過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的基礎(chǔ)上即可 以對(duì)大橋的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別 , 為進(jìn)一步校準(zhǔn)理論 計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)提供數(shù)據(jù) 。 影響主梁標(biāo)高與索 力的因素主要有主梁節(jié)段重量 、 混凝土和鋼材的彈 性模量 、 主塔和邊跨混凝土的收縮徐變及施工荷載 等 。 其中混凝土和鋼材的彈性模量可以通過(guò)材料試 驗(yàn)取得 , 混凝土的收縮徐變通過(guò)前面介紹的應(yīng)力測(cè) 試工作可以很好地識(shí)別出來(lái) 。 雖

14、然鋼梁段的自重不 像混凝土梁那樣存在較大的離散性 , 但由于鋼結(jié)構(gòu) 中的輔助構(gòu)件較多 , 實(shí)際自重與設(shè)計(jì)值仍有一定的 誤差 , 需要通過(guò)理論識(shí)別獲取 。6 施工過(guò)程標(biāo)高與索力調(diào)整斜拉橋施工過(guò)程中各種參數(shù)引起的誤差主要表 現(xiàn)在索力和標(biāo)高的偏差上 , 施工控制主要是通過(guò)對(duì) 主梁標(biāo)高 (含拼裝標(biāo)高 與索力的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 6. 1 標(biāo)高調(diào)整栓焊接鋼箱梁斜拉橋主梁施工中 , 梁段連接處 轉(zhuǎn)角和懸臂端標(biāo)高的調(diào)整量非常有限 , 基本上只能 按制作時(shí)的預(yù)拼線形安裝 , 無(wú)法像混凝土梁那樣 , 通 過(guò)調(diào)整現(xiàn)澆接頭來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 而標(biāo)高誤差具有很大的累 積影響效應(yīng) , 因此必須及時(shí)對(duì)主梁標(biāo)高偏差進(jìn)行消 除 。 主

15、梁標(biāo)高的調(diào)整包括主梁每節(jié)段施工完畢后當(dāng) 前節(jié)段的標(biāo)高 (簡(jiǎn)稱階段末標(biāo)高 的調(diào)整以及未施工 梁段拼裝標(biāo)高的調(diào)整等 。6. 1. 1 階段末標(biāo)高的調(diào)整為了確保主梁線形平順 , 階段末標(biāo)高的調(diào)整量 必須控制在一個(gè)較小的范圍之內(nèi) , 既要保證主梁各 節(jié)段絕對(duì)標(biāo)高的精度 , 也不能讓主梁出現(xiàn)明顯的折 點(diǎn) 。 在湛江海灣大橋施工監(jiān)控中的具體做法是 :當(dāng) 節(jié)段的階段末標(biāo)高偏差 在 ±50mm 之內(nèi)時(shí) , 則不 進(jìn)行調(diào)整 , 超過(guò) ±50mm 時(shí)則通過(guò)調(diào)整索力對(duì)標(biāo) 高進(jìn)行調(diào)整 , 同時(shí)要保證兩節(jié)段的偏差的差值 在 ±30mm 之內(nèi) 。6. 1. 2 拼裝標(biāo)高的調(diào)整拼裝標(biāo)高的調(diào)整主

16、要考慮以下因素 :階段末 標(biāo)高的調(diào)整引起的拼裝標(biāo)高的調(diào)整 ; 施工荷載變整 ; 。6. 2., 施工中 通過(guò)張拉斜拉索來(lái)調(diào)整與控制結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移 。 斜拉索的安裝就位是斜拉橋施工中最為關(guān)鍵的工序 之一 , 張拉斜拉索時(shí) , 索力張拉準(zhǔn)確與否關(guān)系到結(jié)構(gòu) 內(nèi)力與線形能否達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài) , 索力的控制就 顯得十分重要 。 湛江海灣大橋索力張拉的控制采用 如下流程 :監(jiān)控方給出初拉力 , 施工單位據(jù)此換 算成千斤頂油壓并進(jìn)行張拉施工 ; 千斤頂達(dá)到預(yù) 計(jì)油壓后 , 監(jiān)控方采用頻率法進(jìn)行復(fù)核 ; 以頻率 法測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn) , 如果索力超出誤差允許范圍 , 則調(diào) 整拉索錨頭外露量的大小 , 使索力達(dá)到誤

17、差允許范 圍 。 由于湛江海灣大橋是雙索面斜拉橋 , 主梁寬且 柔 , 在施工張拉時(shí)上下游拉索間的相互影響明顯 , 索 力傳遞滯后明顯 , 增加了調(diào)均上下游索力和調(diào)整索 力的難度 。 監(jiān)控中主要采取以下措施來(lái)保證索力控 制的效率和精度 : 采用了高靈敏度加速度計(jì) 、 4096點(diǎn) FF T 、 細(xì)化 FF T 3、 索的參數(shù)識(shí)別 7等技術(shù) 手段來(lái)提高頻率法測(cè)量索力的精度 ; 對(duì)千斤頂進(jìn) 行嚴(yán)格標(biāo)定 , 張拉前認(rèn)真檢查拉索兩端的支承條件 ; 保持上下游拉索的張拉速度盡量接近 ; 在張 拉后等待適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后再進(jìn)行頻率法測(cè)試 , 或進(jìn)行 多次測(cè)試 。6. 2. 2 多索力調(diào)整當(dāng)主梁施工到一定節(jié)段時(shí)需要

18、對(duì)已施工主梁的 狀態(tài)進(jìn)行階段性評(píng)估 。 如主梁標(biāo)高與理論值相比出 現(xiàn)較大的偏差 , 根據(jù)監(jiān)控原則 , 可以適當(dāng)調(diào)整已施工 斜拉索的索力來(lái)消除或減小主梁標(biāo)高偏差 。 這種調(diào) 整必須在詳細(xì)的計(jì)算分析和制定詳細(xì)的調(diào)整方案后 進(jìn)行 , 確保一次調(diào)整成功 , 一旦索力被調(diào)亂 , 將會(huì)嚴(yán) 重影響工期 。7 監(jiān)控成果7. 1 主梁合龍精度07橋梁建設(shè) 2007年第 3 期湛江海灣大橋邊跨合龍段長(zhǎng) 8. 4m , 合龍前 (合 龍段起吊前 兩端設(shè)計(jì)高差為 0. 396m , 實(shí)測(cè)高差分 別為 0. 404m (東岸 和 0. 406m (西岸 。 因此邊跨 合龍精度分別為 +8mm 和 +10mm 。湛江海灣

19、大橋中跨合龍段長(zhǎng) 11. 2m 。中跨合 龍前東西兩岸前端標(biāo)高差為 1mm , 中 線偏 差 5mm 。 中跨合龍后跨中處標(biāo)高偏差為 -5mm 。由上可見(jiàn) , 湛江海灣大橋?qū)崿F(xiàn)了高精度合龍 , 達(dá) 到了設(shè)計(jì)要求 。 7. 2 中跨合龍后主梁標(biāo)高 、 索力 中跨合龍后 , -論標(biāo)高對(duì)比見(jiàn)圖 23。 ±4, 圖 2 橋面鋪裝前鋼主梁實(shí)測(cè) -理論標(biāo)高對(duì)比圖 3 橋面鋪裝前東塔實(shí)測(cè) -理論索力對(duì)比線形平順 , 沒(méi)有出現(xiàn)明顯的折角 。 索力分布合理 , 索力偏差基本控制在理論索力的 5%以內(nèi) 。 8 結(jié) 語(yǔ)在湛江海灣大橋施工過(guò)程中 , 針對(duì)整個(gè)施工過(guò) 程進(jìn)行了詳盡的分析計(jì)算 , 同時(shí)連續(xù)觀測(cè)大

20、橋在施 工過(guò)程的結(jié)構(gòu)響應(yīng) , 在此基礎(chǔ)上及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別和 修正相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整 , 通過(guò)對(duì)索力和標(biāo)高的調(diào) 湛江海灣大橋施 , 。參 考 文 獻(xiàn) :1 戴詩(shī)亮 . 隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù) M .北京 :清華大學(xué)出版社 ,1984.2 吳天毅 . 測(cè)試技術(shù)與測(cè)試信號(hào)處理 M .北京 :清華大學(xué)出版社 ,1991.3 張阿舟 . 實(shí)用振動(dòng)工程 (3 -振動(dòng)測(cè)量與試驗(yàn) M .北京 :航空工業(yè)出版社 ,1997.4 王衛(wèi)鋒 . PC 斜拉橋的施工監(jiān)測(cè) (博士學(xué)位論文 D .廣州 :華南理工大學(xué) ,2000.5 華南理工大學(xué)城市建設(shè)研究中心 . 廣東省西部沿海高速公路崖門大橋施工監(jiān)控工作總結(jié) R .2002.6 董澤國(guó) , 顏全勝 , 韓大建 . 斜拉橋塔柱溫度場(chǎng)測(cè)試分析J.廣州建筑 ,2006, (2 :32-36.7 王衛(wèi)鋒 , 韓大建 . 斜拉橋的索力測(cè)量及其參數(shù)識(shí)別J.華南理工大學(xué)學(xué)