大跨度預應(yīng)力混凝土斜拉橋采用懸臂澆

題目：大跨度預應(yīng)力混凝土斜拉橋采用懸臂澆筑法施工時，其施工監(jiān)測的主要內(nèi)容和特點大跨度預應(yīng)力混凝土斜拉橋采用懸臂澆筑法施工時，其施工監(jiān)測的主要內(nèi)容和特點摘要：大跨徑預應(yīng)力混凝土斜拉橋以采用密索方式較多,密索的出現(xiàn)實際上也是懸臂施工方法進步的結(jié)果。就懸臂澆筑法而言,它是用掛籃(即懸吊模架)從塔柱兩側(cè)對稱的就地分段澆筑,待每段混凝土養(yǎng)護并張拉加力后,再將掛籃前移,以供澆筑下一個節(jié)段之用。但是其中最重要的一點就是施工監(jiān)測，是必不可少的，它是保證大橋完成其預定功能的最重要的一環(huán)。關(guān)鍵字：檢測特點；檢測內(nèi)容與方法1.檢測特點斜拉橋的一個重要特點是設(shè)計與施工高度藕合,所采用的施工方法、材料性能、澆筑程序、立模標高以及斜拉橋的安裝索力等都直接影響成橋的線形與受力,而施工現(xiàn)狀與設(shè)計的假定總會存在差異,為此,必須在施工中采集需要的數(shù)據(jù),通過計算,對澆筑主梁立模標高和斜拉索的安裝索力給予調(diào)整與控制,以滿足設(shè)計的要求。施工監(jiān)測監(jiān)控是施工控制的核心內(nèi)容,其目的就是要對成橋目標進行有效控制,修正在施工過程中種種影響成橋目標的參數(shù)誤差對成橋目標的影響,確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求。2.檢測內(nèi)容與方法2.1索塔變位測量主塔變位測量包括順橋向和橫橋向二個方向變位值的測量。主塔在施工和成橋狀態(tài)通過斜拉索均承擔相當部分的梁體重量。在不平衡荷載和大氣溫差及日照影響下,均會使主塔產(chǎn)生不同程度的變形。為了不影響主梁的架設(shè)施工,必須研究掌握主塔在自然條件下的變化規(guī)律以及在索力影響下偏離平衡位置的程度。測量方法:主要采用天頂基準法、投影法(或稱測小角法)、測距法等三種方法[1][2],所使用的儀器設(shè)備為經(jīng)緯儀和全站儀等。測站點的布置一般選在梁頂面上相應(yīng)較為適當?shù)奈恢?觀測點的布置可隨測試階段作相應(yīng)的適時調(diào)整,一般設(shè)置在塔柱側(cè)壁或頂端部位。測量成果:提供塔柱在日照下隨溫度變化發(fā)生縱橫橋向偏移的曲線以及在主梁施工過程塔柱的變化值。2.2梁體線形測量主梁線形測量包括高程測量和中線測量[2]。高程線形測量采用幾何水準測量法,測出已施工各節(jié)段的節(jié)段控制水準點的絕對標高,再根據(jù)各節(jié)段竣工時測得的與其梁底的高差,推算出相應(yīng)節(jié)段的梁底標高。為消除日照溫差引起梁體的不規(guī)則變化,線形測量應(yīng)選擇在溫度變化小、氣候穩(wěn)定的時間段進行,測量工作持續(xù)的時間越短越好。隨著液體靜力水準量儀的改進和自動化程度的提高,在主梁坡度較小的情況下,可以在每個撓度測點上安置一臺液體靜力水準儀的觀測頭,并將它們用軟管連接起來。在試驗準備期間,將觀測頭調(diào)整在大致相同的高程面上。當觀測頭和軟管內(nèi)充滿液體時,即可根據(jù)觀測頭中液面狀態(tài)及其變化測定觀測點的高程和變化量。該方法不僅可求得主梁在觀測時的瞬時高程和撓度狀態(tài),而且還可以進行連續(xù)跟蹤觀測,這一點對于成橋狀態(tài)的荷載試驗顯得更為重要。中線測量是觀測已施工節(jié)段的中線點相對于橋軸線的偏距。由于梁體受混凝土徐變和現(xiàn)澆段超重以及施工偏差、塔柱扭轉(zhuǎn)等因素的影響,容易造成梁體產(chǎn)生局部變形或引起整個梁體偏離橋梁中心線。為了保證邊、中跨按設(shè)計中線正確合龍,必須控制主梁中線偏差值,一般不應(yīng)偏離上下游各1cm。中線測量的一般方法是將經(jīng)緯儀安置在O號塊主梁中心點上,以另一墩主梁中心線后視點定向。對于與后視方向同側(cè)的主梁中線測量,可采用視準線法直接利用小鋼尺測量每一塊主梁中心點的偏離值,對于與后視方向異側(cè)的主梁中線測量,則采用正、倒鏡觀測法,依次測量每一塊主梁中心點的偏離值,最后取兩次結(jié)果的平均值作為該塊主梁中心點的偏離值。后者也可采用正倒鏡觀測確定最前端一次讀取每一塊主梁的中心點的偏離值。中線測量觀測時間應(yīng)與高程線形測量同步。高程測量和中線測量的測點一般均布置在梁頂面上。觀測點斷面間距應(yīng)根據(jù)主梁長度確定。一般情況下在梁體應(yīng)力、溫度測量斷面必須設(shè)點,其它部位可酌情確定。測量結(jié)果:提供主梁在各施工階段的高程實測值和中線實測值;提供主梁線形隨溫度變化的曲線,以隨時掌握主梁溫度變形的影響。2.3索力測量拉索索力的準確與否直接關(guān)系到主梁的線形,乃至施工安全。因此,在施工中必須確保索力測試結(jié)果正確可靠。索力測量一般采用脈動法(或稱頻普分析法),利用附著在拉索上的高靈敏度傳感器拾取拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號,經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析,再根據(jù)頻譜圖來確定拉索的自振頻率,然后根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系確定索力。考慮到拉索彎曲剛度的影響,應(yīng)進行測量前的標定工作,并在測量中加以修正。索力換算不僅要符合基頻,并且要用前3-4階頻率作驗證。索力測試內(nèi)容包括:施工掛籃掛索張拉后、每懸拼或懸澆一個節(jié)段后、體系轉(zhuǎn)換張拉拉索時鄰近的4-5對索、中間調(diào)索和全橋合龍調(diào)索時全部拉索的索力。測量結(jié)果:提供各測試階段的索力值以及關(guān)鍵索力隨溫度變化的曲線。2.4溫度測試溫度變化,特別是日照溫差的變化,對于斜拉橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響是復雜的。在施工階段日照溫差對主梁撓度和塔柱水平位移的影響尤其顯著[1]。溫度的影響總體上可分為二種。一是晝夜溫差,二是季節(jié)溫差。前者是指太陽每日的起落對橋梁各部位的日照變化在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)形成由表及里且深度一般不超過4Ocm淺層溫度梯度,使混凝土產(chǎn)生非均勻變形;后者則是由于長期的晝夜變化,使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生基本均勻的伸長和縮短?，F(xiàn)代混凝土斜拉橋的主梁和拉索的剛度相對于空心箱形混凝土塔身剛度而言是較小的,主梁的抗彎剛度幾乎只有塔身的1/90-1/25。再加之斜拉索又細又長,對溫度變化十分敏感,容易掩蓋主梁因晝夜溫差產(chǎn)生的變形。季節(jié)性溫差則使塔、梁、索產(chǎn)生均勻伸縮?？傊?溫度引起的主梁變形因懸臂長度增加而增加,但是,如果想從撓度實測值中分離出因溫度影響引起的變形,則相當困難。因此,選擇測量工作時間至關(guān)重要,宜在一天中日照溫差對結(jié)構(gòu)變形影響最小的時候進行測量,理所當然,清晨便是最佳選擇。為了便于施工控制資料的分析,尚應(yīng)測量出較有代表性的某一天或同天24h內(nèi)結(jié)構(gòu)溫度變化情況。結(jié)合塔柱偏移和主梁線形測量結(jié)果,總結(jié)出結(jié)構(gòu)日照溫差變形規(guī)律和季節(jié)性的溫差變形規(guī)律。溫度測量元件一般選用性能優(yōu)良的熱敏電阻。根據(jù)電陰與溫度的標定曲線,由測定的電阻值推算溫度值。主梁和塔柱的溫度測試斷面一般與應(yīng)力測量斷面相同,也便于計算分析。索溫測量的一般方法是制造一段同實索等粗的長約1.5m的試驗索,在其中心和內(nèi)部以及外表對稱布置測點,吊掛于施工現(xiàn)場實索部位,以承受同樣的大氣環(huán)境條件。對其它實索,每種型號選擇1-2根,在其表面布設(shè)測點,測得表面溫差,對照試驗短索的測量結(jié)果,確定實索的內(nèi)外溫差。測量結(jié)果:提供索、塔、梁各測試斷面溫度短期變化曲線和季節(jié)性溫差變化曲線;對于斜拉索,尚應(yīng)提供索內(nèi)外溫差和中心點溫差的對應(yīng)關(guān)系曲線。2.5應(yīng)力測試斜拉橋應(yīng)力監(jiān)控測量包括梁的安裝應(yīng)力監(jiān)測和塔的施工應(yīng)力監(jiān)測兩大類。主要目的是了解梁塔控制截面的應(yīng)力狀況,并對梁體重量及其它荷載變化情況進行判斷,確保結(jié)構(gòu)施工安全。施工應(yīng)力測試是一項長期的現(xiàn)場觀測,經(jīng)過長期的大量的現(xiàn)場觀測實踐,發(fā)現(xiàn)針對鋼梁的安裝應(yīng)力測試,采用手持式應(yīng)變計相對比較可靠。針對混凝土梁則選用鋼弦式應(yīng)變計,并用無應(yīng)力計加以補償,測試結(jié)果較好,可以滿足施工監(jiān)控的要求。施工應(yīng)力測試影響因素相當復雜,荷載作用引起的彈性應(yīng)變之外,還有與收縮、徐變、溫度等因素有關(guān)的應(yīng)變。對混凝土梁,在埋設(shè)應(yīng)力測點的相同部位埋設(shè)無應(yīng)力計,補償混凝土自身的體積應(yīng)變和收縮應(yīng)變以及自由溫度應(yīng)變。并且在測試工藝上采取有效措施,使混凝土徐變和溫差產(chǎn)生的應(yīng)變減少到最低限度,或根據(jù)測量時的齡期、環(huán)境溫度狀態(tài)進行修正,這樣,基本上可以達到施工監(jiān)控的目的。施工應(yīng)力測試截面一般由設(shè)計院根據(jù)施工計算的控制截面確定。原則上應(yīng)包含以下幾個方面:安裝階段的最大正、負彎矩截面,成橋狀態(tài)的最大正、負彎矩截面,主塔及其橫梁的應(yīng)力控制截面以及設(shè)計院從設(shè)計角度考慮的其它控制截面。由于施工應(yīng)力測試成本相當高,為了既能滿足施工監(jiān)控的要求,又不至于投入多余的財力,一般情況下梁體應(yīng)力監(jiān)測斷面可選擇6-10個,主塔應(yīng)力測試截面可選擇4-6個?；炷亮菏┕?yīng)力測點一般是測試截面的法向應(yīng)力,對于箱梁截面應(yīng)在頂板和底板上布設(shè)測點,對于邊主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)在主梁上下邊緣處布設(shè)測點,方向與截面法向一致。在主橫梁中部,宜布設(shè)橫橋向應(yīng)力測點。對鋼箱梁和鋼析梁結(jié)構(gòu),可選擇控制部位和控制件、連接部位等制作手持式應(yīng)變計測點并讀取初始讀數(shù)的鋼構(gòu)件溫度及環(huán)境,結(jié)合溫度補償測點的數(shù)值,以便正式測量時參照修正。應(yīng)力測量結(jié)果:包括各施工狀態(tài)下監(jiān)測截面的應(yīng)力值,塔柱監(jiān)測截面的應(yīng)力值以及成橋狀態(tài)下各監(jiān)測截面的恒載應(yīng)力水平。2.6施工控制方法斜拉橋的施工控制方法目前可以歸納為三類:開環(huán)控制、反饋控制和自適應(yīng)控制[1][3][4]。斜拉橋施工的開環(huán)控制:對于較簡單的斜拉橋,一般都是在設(shè)計中估計結(jié)構(gòu)的恒載和活載,由此計算出結(jié)構(gòu)的預拱度,在施工過程中只要按照這個預拱度來施工,施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達到設(shè)計所要求的線形和內(nèi)力。這就是所謂的開環(huán)控制。因為施工過程中的控制量,如預拱度、塊件重量、預應(yīng)力等是單向決定的,并不需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變。對于早期的斜拉橋施工,從理論成橋狀態(tài)通過施工過程的倒退分析,求得每個施工階段主梁的位置和索力。在施工過程中只要按這樣的位置和索力進行安裝,理論上即可達到理想的成橋狀態(tài),這也是一個施工開環(huán)控制過程。在各部件的制造和安裝精度很高,且對結(jié)構(gòu)的力學特性完全掌握的情況下,這種方法是可行的、方便的。斜拉橋施工的反饋控制:當斜拉橋在施工過程中,出現(xiàn)施工狀態(tài)偏離理想的設(shè)計狀態(tài)下,如不加以調(diào)整,就會造成結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力遠遠偏離設(shè)計成橋狀態(tài),甚至危及安全。對于預應(yīng)力混凝土斜拉橋,其施工中的精度保證相對較低,且設(shè)計計算中所采用的各項參數(shù)與現(xiàn)場材料的參數(shù)存在一定的差距,因此預應(yīng)力混凝土斜拉橋的施工控制難度較大。反饋控制就是通過施工控制量的實測數(shù)據(jù),進行計算,得出調(diào)整量,糾正偏差,控制流程詳見圖3-2。斜拉橋施工的自適應(yīng)控制:對于預應(yīng)力混凝土斜拉橋,施工中每個工況的受力狀態(tài)達不到設(shè)計所確定的理想目標的重要原因是有限元計算模型中的計算參數(shù)取值,并且主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)的取用等與施工中的實際情況有一定的差距。要得到比較準確的控制調(diào)整量,必須在根據(jù)施工中實測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計算模型中的這些參數(shù)值,以使計算模型在與實際結(jié)構(gòu)磨合一段時間后自動適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上,再加上一個系統(tǒng)參數(shù)識別過程,整個控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。當結(jié)構(gòu)測量的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果不相符時,把誤差輸入到參數(shù)識別法中去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù),使模型的輸出結(jié)果與實際測量的結(jié)果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后,重新計算各施工階段的理想狀態(tài),按反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進行控制。這樣,經(jīng)過幾個工況的反復辯識后,計算模型就基本上與實際結(jié)構(gòu)相一致了,在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。由于斜拉橋均采用懸臂拼裝或懸臂澆注的施工方法,主梁在塔根部的相對線剛度較大,變形較小,因此,在控制初期,參數(shù)不準確帶來的誤差對全橋線形的影響較小,這對于上述自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用非常有利。經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后,計算參數(shù)已得到修正,為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好條件。參數(shù)誤差識別過程是自適應(yīng)控制的關(guān)鍵,其任務(wù)就是根據(jù)對控制目標(如索力、標高、塔的變位和結(jié)構(gòu)應(yīng)力的)的測量值與計算值之間的誤差反算施工過程模擬計算中選用的參數(shù),如混凝土的彈性模量、主梁自重集度、掛籃剛度、徐變系數(shù)等。目前參數(shù)識別的算法有二類:一類是基于誤差最小化的算法,如最小二乘法等;另一類則是基于隨機狀態(tài)估計理論的算法,如推廣的卡爾曼濾波法等。施工控制的原則是在滿足結(jié)構(gòu)受力要求和線形要求的基礎(chǔ)上通過調(diào)控手段進行調(diào)控以保證成橋目標的實現(xiàn)。反映斜拉橋受力的因素應(yīng)包括主梁、塔(墩)和索的三大部分的截面內(nèi)力(或應(yīng)力)。通常起控制作用的是主梁的上下緣正應(yīng)力。在恒載已定的情況下,成橋索力是影響主梁正應(yīng)力的主要因素,成橋索力小的變化都會對其生產(chǎn)較大影響。而主梁的應(yīng)力與主梁截面軸力和彎矩有關(guān),因為軸力的影響較小且變化不大,所以彎矩是主梁的中起控制作用的因素。塔的情況與梁類似,只是索力對塔的影響沒有梁那么敏感,塔中應(yīng)力通常容易得到滿足。索力要滿足最大最小索力要求:最大索力要求即鋼絲強度要求;最小索力要求即拉索垂要求。線形主要是主梁的標高。成橋后(通常是長期變形穩(wěn)定后)主梁的標高要滿足設(shè)計標高的要求。對于主梁和塔(墩)內(nèi)力(或應(yīng)力)的調(diào)整,最直接的手段是調(diào)整索力。由于索力較小的變化就會在主梁中引起較