蓮沱特大橋施工監(jiān)測與監(jiān)控

1、蓮沱特大橋施工監(jiān)測與監(jiān)控提要 蓮沱特大橋是三峽對外交通大路上的一座重要橋梁，主橋為(48.3+114+48.3)m鋼管混凝土拱橋。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，科技含量高，施工難度大。該橋在空鋼管拼裝合攏后，上部結(jié)構(gòu)的施工加載過程采用了計算機技術(shù)舉行全面監(jiān)控，確保施工質(zhì)量和施工平安。一 概述因為科學(xué)技術(shù)的飛快進展，高強度建造材料和預(yù)應(yīng)力工藝的廣泛應(yīng)用，大跨度橋梁的設(shè)計建筑日新月異，方興未艾。近年來涌現(xiàn)出很多大跨度斜拉橋、懸索橋、鋼管混凝土拱橋、繼續(xù)剛構(gòu)橋，氣概恢宏、造型完善。然而，這些橋梁的施工過程是極其復(fù)雜的，都務(wù)必受到監(jiān)測與監(jiān)控。技術(shù)人員務(wù)必詳盡計算和反復(fù)量測結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵斷面及主要控制點在每道工序產(chǎn)生的應(yīng)力和

2、位移，使之控制在我們設(shè)置的范圍之內(nèi)，以保證施工的平安與質(zhì)量。蓮沱特大橋是三峽對外交通專用大路上的一座重要橋梁，也是一座具有國內(nèi)先進水平的橋梁。橋全長340.87m，橋面總寬20m，主橋采用(48.3+114+48.3)m 中承式鋼管混凝土繼續(xù)拱。結(jié)構(gòu)新奇，橋型柔美。本橋設(shè)計荷載為汽-36級，驗算荷載為2000KN平板車組。施工過程中，主橋拱上結(jié)構(gòu)需多次變換受力體系，拱肋受力變化復(fù)雜，施工難度比較大，我們要求在空鋼管合攏后，對上部結(jié)構(gòu)的施工加載過程舉行現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控，避開消失不行預(yù)見的因素導(dǎo)致主拱肋局部應(yīng)力超限或失穩(wěn)，以及產(chǎn)生過大的變形而發(fā)生事故。盡管計算機目前已經(jīng)非常普及，但應(yīng)用于復(fù)雜橋梁工程施

3、工監(jiān)控的報道并不多，無論就監(jiān)控理論方面的系統(tǒng)研究，還是計算機數(shù)學(xué)處理模式的詳細應(yīng)用都缺少可借鑒的閱歷與資料。本文就我們開辟監(jiān)控軟件、對蓮沱特大橋施工過程舉行計算機監(jiān)控的詳細應(yīng)用過程作一總結(jié)。二監(jiān)控軟件系統(tǒng)鐵道部第一勘測設(shè)計院蘭州分院為蓮沱特大橋施工監(jiān)控立項開辟了微機專用軟件鋼管混凝土拱橋施工過程的微機監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控軟件開辟的須要性在過去的同類橋梁施工中，往往只靠人工計算來完成施工中的計算分析，盡管計算機已相當普及，但是國內(nèi)外并沒有與此相適應(yīng)配套的專用監(jiān)控軟件，因此施工技術(shù)人員也只是用計算機做一些局部的計算工作，而對數(shù)據(jù)的分析及對囫圇施工過程的控制大都由人工推斷分析來完成。因此對現(xiàn)場技術(shù)人員的素

4、養(yǎng)水平要求較高，不僅由于其計算繁雜、工作量大，而且有些施工過程是繼續(xù)舉行不間斷的，計算、分析、推斷都要求同步舉行，刻不容緩，故單靠現(xiàn)有的技術(shù)人員來完成整座大橋的施工監(jiān)控過程，其難度是相當大的。而且在計算機技術(shù)飛快進展的今日，這種監(jiān)控方式已顯得跟不上時代的步子。如何應(yīng)用現(xiàn)代的計算機來做好施工監(jiān)控工作，是我們急需解決的一個課題。為此我們組織力氣開辟了這個軟件。監(jiān)控軟件原理和功能對于鋼管混凝土拱橋，其監(jiān)控的對象是鋼管混凝土主拱肋，因為荷載作用、氣溫變化直接影響到主拱肋的受力，而這種影響將直接通過鋼管和混凝土本身的變形反映出來，通過儀器測量拱肋各關(guān)鍵部位的應(yīng)變及位移變化，就可以獲得拱肋該部位的實測應(yīng)力

5、及位移。計算機監(jiān)控的主要工作就是通過對監(jiān)測到的主拱肋的應(yīng)變數(shù)據(jù)以及施工過程計算的理論數(shù)據(jù)分析推斷，實行相應(yīng)有效的處理措施，來控制主拱肋的應(yīng)力及變形限制在一定的范圍之內(nèi)，使其不發(fā)生超限，進而控制施工進程，以保證施工平安與質(zhì)量。監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理 綜合分析 輸出監(jiān)控預(yù)報實施措施理論數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)流程圖從監(jiān)控系統(tǒng)流程圖來看，監(jiān)控軟件應(yīng)具備以下功能：(1)系統(tǒng)預(yù)處理對于一個結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)通過預(yù)處理，對各個施工過程(施工階段)的受力，變形狀況做出理論分析，它將成為監(jiān)控分析的基礎(chǔ)資料和基本依據(jù)。(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理在施工過程中，通過監(jiān)測采集到的數(shù)據(jù)，即使是與理論分析相當吻合，也必將存在一定的離散性，這與采集時光的

6、同步性、采集的精度等因素有關(guān)，且很難避開不消失失效點數(shù)據(jù)。因此，對監(jiān)測數(shù)據(jù)舉行處理是須要的，應(yīng)通過處理將顯然不合理的測點數(shù)據(jù)剔除，方能保證程序在接下來的分析中不致消失錯誤的結(jié)論。(3)預(yù)報分析這一部分應(yīng)將視之為整體監(jiān)控體系的核心，計算機自動處理與人工操作的區(qū)分就體現(xiàn)在能否按照理論分析值，結(jié)合已獲得的實測數(shù)據(jù)，對將來施工階段結(jié)構(gòu)是否會消失應(yīng)力，位移超限等問題作出正確的推斷。(4)監(jiān)控措施分析當預(yù)報分析表明，需要實行措施以避開結(jié)構(gòu)在施工過程發(fā)生應(yīng)力超限，位移超限等問題后，軟件應(yīng)供應(yīng)須要的分析功能，協(xié)助用戶舉行監(jiān)控處理方案的決策。這種分析方法隨著對象的不同，可能是多種多樣的，本軟件系統(tǒng)采用了線性計劃

7、優(yōu)化及人機交互處理兩種方式。監(jiān)控方法簡介從鋼管混凝土拱橋的受力特點舉行分析，拱肋結(jié)構(gòu)體系在施工過程中主要在以下三個階段發(fā)生轉(zhuǎn)變:階段(一):拱肋在吊裝、合攏、澆筑下鋼管混凝土的過程中，其斷面為空鋼管形式受力。階段(二):拱肋在澆筑上鋼管及腹腔混凝土過程中，其斷面形式為下鋼管有混凝土的組合截面。階段(三):拱肋在舉行上部構(gòu)件的安裝過程中，(如:橫、斜撐澆筑混凝土，安裝立柱，吊桿，預(yù)應(yīng)力橫梁， 剛性橫梁，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，鋪設(shè)橋面板，橋面鋪裝等)，其斷面形式為上、下鋼管均有混凝土的組合截面。在上述階段中，因為拱肋結(jié)構(gòu)的剛度變化強烈，故拱肋在荷載作用下的受力、變形務(wù)必分離舉行計算和分析。為了便于更清晰

8、地表述，我們采用術(shù)語 監(jiān)控模式 來對這三個大階段的監(jiān)控加以區(qū)分。從鋼管混凝土拱橋的施工特點及預(yù)期可采用的監(jiān)控措施方面舉行分析，主要實行兩種監(jiān)控方式。監(jiān)控方式(一):在拱肋鋼管澆筑混凝土的過程中，即上文中的監(jiān)控模式(一)、(二)，混凝土由拱腳開頭向拱頂繼續(xù)澆筑，中間不允許停頓，因而不行能轉(zhuǎn)變該模式下的施工子階段實施挨次只能采用暫時加載(或卸載)的施工監(jiān)控措施，且要求監(jiān)控系統(tǒng)具備按照采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對將來的混凝土澆筑進程中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力位移變化作出預(yù)報的功能。并能夠在很短的時光內(nèi)作出分析推斷提出幾種可供用戶抉擇的暫時加載(或卸載)方案。監(jiān)控方式(二):在拱肋鋼管澆筑混凝土達到強度后，進入上部結(jié)構(gòu)的安

9、裝過程。即上文中的監(jiān)控模式(三)，因為各上部構(gòu)件的安裝是間歇舉行的，所需周期較長，此時采用的監(jiān)控措施，一般以調(diào)節(jié)施工子階段的實施挨次為主。本系統(tǒng)對上述兩種監(jiān)控方式， 采用不同的方法舉行分析處理對于監(jiān)控方式(一)， 系統(tǒng)采用線性計劃原理對暫時加載措施舉行多目標優(yōu)化處理， 向用戶提交建議的加載措施，由用戶以人機交互方式確認實行的監(jiān)控實施措施。對于監(jiān)控方式(二)， 系統(tǒng)采用屏幕圖形方式顯示各監(jiān)測點量值的理論過程曲線和實測過程曲線，由用戶以人機交互方式確定是否調(diào)節(jié)和如何調(diào)節(jié)上部構(gòu)件的施工安裝挨次。1監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)監(jiān)控規(guī)劃及監(jiān)控人員的要求按時供應(yīng)。2監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)保證正確無誤。3中拱監(jiān)測數(shù)據(jù)的軟盤文件存放格

10、式監(jiān)控系統(tǒng)的要求存放。4中拱拱肋鋼管灌注混凝土的過程中，要求每灌注完一個節(jié)間后舉行一次監(jiān)測，并在分鐘內(nèi)用軟盤供應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)控軟件系統(tǒng)的特點1 采用了最新的結(jié)構(gòu)化比較強的BORLAND C+語言舉行編程設(shè)計，代碼緊湊，效率高，結(jié)構(gòu)化程度高，運行速度快。2軟件采用了先進的屏幕界面設(shè)計技術(shù)，運用了彈出式窗口技術(shù)和漢化下拉式菜單技術(shù)，便利了用戶操作。3施工過程中的各種數(shù)據(jù)都配以文字和圖形顯示，使用戶可以直接對計算結(jié)果以圖形來推斷分析。4施工監(jiān)控過程中圖文并茂的動態(tài)圖形顯示，使囫圇監(jiān)控系統(tǒng)更具直觀性。5監(jiān)控軟件與監(jiān)測數(shù)據(jù)以文件形式接口，削減了用戶輸入數(shù)據(jù)的繁瑣。6軟件采用了合理的數(shù)據(jù)接口方案，使該軟件

11、可以應(yīng)用于同類鋼管混凝土拱橋施工的監(jiān)控中。三 監(jiān)控實施方案 拱肋應(yīng)力、位移及其它各項目標控制范圍按下表所列值采用。 項目 最小值 最大值 鋼管應(yīng)力 -150MPa(拉) +150Mpa(壓) 鋼管混凝土應(yīng)力 -1.9MPa(拉) +25Mpa(壓) 拱肋豎向位移 -35mm(下) +25mm(上) 墩身水平位移 -5mm +5mm 恒載下邊拱支座反力 100噸 180噸 按照蓮沱特大橋中承式拱上部結(jié)構(gòu)的施工步驟，對下列工序采取監(jiān)控：1.鋼管拱肋、橫斜撐、立柱、系梁混凝土的灌注；2.型預(yù)應(yīng)力橫梁吊裝、型預(yù)應(yīng)力橫梁吊裝（或現(xiàn)澆）；3.暫時預(yù)應(yīng)力束與永遠預(yù)應(yīng)力束的張拉及轉(zhuǎn)換；4.橋面板的架設(shè)；5.橋

12、面鋪裝層施工；6.支座反力的調(diào)節(jié)； 按照實際狀況，在中拱拱肋鋼管灌注混凝土的施工過程中，采用暫時加載的方案作為監(jiān)控處理措施，在舉行上部結(jié)構(gòu)的安裝施工過程中，采用調(diào)節(jié)上部構(gòu)件施工挨次的方案作為監(jiān)控處理措施。 按照邊拱的結(jié)構(gòu)受力特點及施工方案，采用對胎架預(yù)頂?shù)姆椒▉砀纳七吂暗氖芰η闆r，對支座反力采用調(diào)節(jié)張拉噸位及調(diào)節(jié)支座高度的方法舉行調(diào)節(jié)。 在施工各階段，特殊是暫時預(yù)應(yīng)力束和通長預(yù)應(yīng)力束張拉及轉(zhuǎn)換階段，對橋墩的水平位移、鋼絲束應(yīng)力、鋼管及砼應(yīng)力、拱軸線座標舉行隨時監(jiān)測，監(jiān)控人員按照監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定是否對張拉噸位舉行調(diào)節(jié)。 主要監(jiān)控設(shè)備及人員AST486電子計算機1臺便攜式微機COMPAQ4861臺打

13、印機1臺專業(yè)監(jiān)控人員3名四 監(jiān)控實施過程中拱下鋼管灌注混凝土階段過程中的施工監(jiān)控拱肋合攏后，作為空鋼管截面時的拱肋剛度較小，而混凝土自重又較大，此時鋼管內(nèi)混凝土不能一次性舉行灌注，只宜舉行單管灌注。根據(jù)施工組織規(guī)劃，先舉行下鋼管混凝土的灌注工作。下鋼管灌注混凝土施工階段是中拱合攏后的關(guān)鍵性的施工階段，它能否順當舉行直接關(guān)系到以后的施工的發(fā)展，因此，我們對此項施工的監(jiān)控工作非常重視。在下鋼管灌注混凝土階段，我們把灌注過程按挨次共劃分了十個子階段舉行監(jiān)控分析，經(jīng)監(jiān)控軟件理論分析表明，在囫圇灌注過程中，拱腳鋼管應(yīng)力在-400+800Kg/cm攩2攪之間變化，在舉行到4、5子階段時，拱腳鋼管應(yīng)力最大將

14、達到800Kg/cm攩2攪，拱頂將向上發(fā)生25mm的位移，考慮到拱肋在空鋼管階段時的整體剛度比較小，不宜使其承受較大范圍的變化應(yīng)力和上下位移，為了將應(yīng)力變化幅度控制在較小的范圍之內(nèi)，并降低最大鋼管應(yīng)力值和拱肋冒頂位移，我們將最大鋼管應(yīng)力和冒頂位移的限制值輸入到監(jiān)控軟件的目標數(shù)據(jù)中，經(jīng)軟件分析，理論上應(yīng)在灌注到3、4、5階段時分離在拱頂壓重至10、20、30T，在最后7、8、9階段分步拆除。按照監(jiān)控軟件提出的建議，我們通知施工單位對壓重做好了打算。在實際的混凝土灌注施工過程中，我們應(yīng)用監(jiān)控軟件對施工全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地舉行了系統(tǒng)的分析，從監(jiān)測數(shù)據(jù)整體狀況來看，基本上與理論分析比較吻合。故按照監(jiān)

15、控軟件的結(jié)果，確定按原監(jiān)控實施規(guī)劃舉行壓重。在囫圇灌注過程中有效地控制了拱頂?shù)南蛏厦绊數(shù)奈灰茮]有超過10mm，拱腳的最大應(yīng)力控制在-350+700Kg/cm攩2攪以內(nèi)。上鋼管及腹腔灌注混凝土階段過程中的施工監(jiān)控下鋼管灌注混凝土之后，混凝土經(jīng)過一段時光后達到一定強度，同時拱肋也較空鋼管階段加大了剛度，此時可將上鋼管和腹腔混凝土一起舉行灌注。在上鋼管及腹腔灌注混凝土階段，我們把灌注過程按挨次共劃分了十個子階段舉行監(jiān)控分析，經(jīng)監(jiān)控軟件理論分析表明，在灌注過程中，拱腳鋼管應(yīng)力在-600+550Kg/cm攩2攪之間變化，在舉行到4、5子階段時，拱腳鋼管應(yīng)力最大將達到600Kg/cm攩2攪，拱頂將向上發(fā)生

16、20mm的位移，考慮到拱肋在此時的整體剛度比較小，不宜使其承受較大范圍的變化應(yīng)力和上下位移，為了將應(yīng)力變化幅度控制在較小的范圍之內(nèi)，并降低最大鋼管應(yīng)力值和拱肋冒頂位移，我們制定了相應(yīng)的應(yīng)力及位移限制目標值，按照監(jiān)控軟件的分析結(jié)果，理論上應(yīng)在灌注到3、4階段時分離在拱頂壓重至20、50T，在最后8、9階段分步拆除。在實際的混凝土灌注施工過程中，我們應(yīng)用監(jiān)控軟件對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地舉行了系統(tǒng)的分析，從監(jiān)測數(shù)據(jù)整體狀況來看，基本上與理論分析比較吻合。故確定按原監(jiān)控實施規(guī)劃舉行壓重。在囫圇灌注過程中有效地控制了拱頂?shù)南蛏厦绊數(shù)奈灰茮]有超過15mm，拱腳的最大應(yīng)力控制在-560+500Kg/cm攩2攪以

17、內(nèi)。上部構(gòu)件安裝階段過程中的施工監(jiān)控在上，下鋼管及腹腔灌注完混凝土之后，拱肋的整體剛度已形成，此時要舉行上部構(gòu)件的安裝工作。包括下列工序:1.橫斜撐、立柱砼的灌注；2.型橫梁吊裝、型橫梁現(xiàn)澆；3.橋面板的架設(shè)；4.橋面鋪裝層施工；我們把上部構(gòu)件的安裝過程按施工規(guī)劃挨次共劃分了13個子階段舉行監(jiān)控分析，監(jiān)控軟件的初步的理論分析表明，在安裝過程中，只要安頓好各施工加載的挨次，使拱肋的加載平均凝聚在各個部位，則拱肋鋼管及混凝土的應(yīng)力變化安穩(wěn)，拱肋各部位的位移也變化緩慢。因此各階段的施工挨次可以有較大的調(diào)節(jié)范圍。詳細施工時，受施工組織安頓和施工進度的變化影響，各有關(guān)工序可同時舉行。因此在現(xiàn)場的實際實施

18、過程中，按照實際的施工發(fā)展狀況，并結(jié)合施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)用監(jiān)控軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地舉行了系統(tǒng)的分析，對一些構(gòu)件的安裝挨次作了一些相應(yīng)的調(diào)節(jié)，其中對控制工期的B型預(yù)應(yīng)力橫梁的吊裝挨次作了一些變動，從而加快了施工的進度，保證了施工的平安。暫時束張拉為平衡中拱施工階段的水平推力，按照需要在不同階段共張拉了八根暫時預(yù)應(yīng)力鋼束(每側(cè)拱肋下四根)。我們對張拉全過程舉行了監(jiān)控。監(jiān)測資料并結(jié)合長委對兩橋墩的觀測證實張拉噸位精確合理（鋼絞線上布有測點），達到設(shè)計要求。邊拱各施工階段（含通長束張拉）蓮沱特大橋邊拱較之中拱受力容易、明確，實行了在支架上舉行上部結(jié)構(gòu)施工的方法。所以，我們事先對支架的剛度提出要求，并對各

19、支架舉行預(yù)壓以消退銜接間隙及非彈性變形。為了保證支架在各階段施工過程中有效地起到應(yīng)有的作用，不使拱肋受力和變形處于不利狀態(tài)，我們對支架實行了分階段預(yù)頂?shù)姆椒ㄅe行調(diào)節(jié)，從而改善了邊拱的受力狀況。兩側(cè)邊拱均按個截面舉行監(jiān)測監(jiān)控。暫時束全橋縱向預(yù)應(yīng)力通長束的張拉與體系轉(zhuǎn)換是全橋成橋的關(guān)鍵之一，它的順當與否直接關(guān)系到整座橋的成敗。為了不使橋墩在張拉轉(zhuǎn)換過程中承受過大的水平推力而發(fā)生危急，又要避開因張拉次數(shù)過多而使預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨具受到損傷，我們對全橋預(yù)應(yīng)力通長束張拉和體系轉(zhuǎn)換舉行了具體的計算，分為四次張拉。第一次每側(cè)張拉束，每束105噸，共計840噸，暫時束卸完620噸，并且詳細布置了張拉和卸載的挨次

20、。其次、三、四次張拉每次每側(cè)張拉至束，每束55噸。在張拉過程中作了全面的監(jiān)測監(jiān)控，對整座大橋的平安供應(yīng)了保障。五 監(jiān)控狀況總結(jié) 實測值與理論值偏差分析從附圖點繪的應(yīng)力及位移對比圖和我們提交的監(jiān)控報告中列出的監(jiān)控數(shù)據(jù)表中可以看出實測值和理論值有不同程度的偏差。1儀器系統(tǒng)及測試方法誤差經(jīng)監(jiān)測單位推薦:儀器自身誤差1，系統(tǒng)誤差2，測試方法誤差為測試值的2，總誤差5 (不含施工破壞)。但因為數(shù)據(jù)采集不行重復(fù)， 致使監(jiān)測結(jié)果難免消失偏差和錯誤。2外界因素影響(1)采集時光與理論計算階段不同步這一影響尤其在拱肋鋼管混凝土灌注、橋面板架設(shè)及澆注橋面鋪裝過程中特殊顯然， 拱肋鋼管混凝土灌注時在現(xiàn)場舉行監(jiān)控， 實測數(shù)據(jù)讀取時光由施工單位負責按設(shè)計要求通知， 混凝土灌注時共分20個( 下管、上管及腹腔各分10個工況 )工況舉行監(jiān)控， 每灌注兩個計算單元測試一次， 灌注進程由特地人員按照敲打拱肋的回音推斷， 難免消失偏差和錯誤且兩邊也難以保證灌注速度同步， 橋面板架設(shè)及澆注橋面鋪裝則因為施工周期較長， 測試時無法使儀器始終處于繼續(xù)工作狀態(tài)， 只能分段測試，從而不能很好地反應(yīng)實際的變化過程。(2)施工干擾該橋在施工過程中配合單位及同時工作人員較多，測點