大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)向木生張世飆張開銀沈典棟沈成武112131.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，湖北武漢4300632.湖北省漢十高速公路指揮部，湖北十堰4410003.湖北省公路局科研所，湖北武漢430000摘定主梁施工預(yù)拱度。借助預(yù)埋鋼弦傳感元件，測(cè)試主梁混凝土應(yīng)變，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的安全施工和合理成橋狀態(tài)提供技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：公路橋梁；預(yù)應(yīng)力混凝土；施工控制技術(shù)0引言施工狀況的確定（施工荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù)）和結(jié)構(gòu)分析模型等諸多因素的影響，以及混凝土T型剛構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)等梁橋施工過程中結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)很難完全吻1時(shí)給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力最大的誤差容許值控制法。1橋梁結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算分析倒裝分析法和無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法。首先必須進(jìn)行正裝計(jì)算。求。無應(yīng)力狀態(tài)法是以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率不變?yōu)榉N方法特別適用于大跨度拱橋和懸索橋的施工控制。2在進(jìn)行有限元分析時(shí)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建模。一般地說，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋可按空間（平面）梁?jiǎn)卧M(jìn)行分析。在選用計(jì)算分構(gòu)有限元分析軟件包（如橋梁博士、ANSYS、COS-MOS、SUPSAP、GQJS等）進(jìn)行計(jì)算與分析，這些軟件有很好的前后處理功能。結(jié)構(gòu)載荷應(yīng)包括：混凝土自重、掛籃自重及鋼筋、人員和設(shè)備的重量，掛籃移的收縮徐變等。這些荷載能引起結(jié)構(gòu)的附加變形和應(yīng)力。一般而言，制的依據(jù)。2主梁線形測(cè)量2.1墩頂測(cè)量和基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)立月至少進(jìn)行一次聯(lián)測(cè)。2.2主梁撓度、軸線和主梁頂面高程的測(cè)量在每一節(jié)段懸臂端梁頂設(shè)立～4個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)和一個(gè)軸線點(diǎn)。3行測(cè)量，根據(jù)各節(jié)段施工次序，每一節(jié)段按三種工況（即澆筑混凝土其前端偏位。視準(zhǔn)時(shí)，將軸線后視點(diǎn)引至過渡墩，用遠(yuǎn)點(diǎn)控制近距離點(diǎn)。在主梁頂面混凝土高程測(cè)量過程中，同一截面測(cè)～4點(diǎn)，根據(jù)其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時(shí)，在不同工況下，由觀察得到的主梁撓度（反拱）變化值，與給定立模標(biāo)高（含預(yù)拱度）立模的高程值，也可得到主梁頂面的高程值，兩者比較后，可檢驗(yàn)施工質(zhì)量。2.3主梁立模標(biāo)高的測(cè)量位置較適宜，如圖1所示。用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量立模標(biāo)高，立模標(biāo)高的測(cè)量應(yīng)避開溫差較大的時(shí)段。施工單位立模到位，測(cè)量完畢后，監(jiān)理單位對(duì)施工各節(jié)段的立模標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，監(jiān)控單位不定期進(jìn)行抽測(cè)。圖1主梁截面立模標(biāo)高測(cè)點(diǎn)2.4同跨兩邊對(duì)稱截面相對(duì)高差的直接測(cè)量和多跨線形的通測(cè)4分析比較。當(dāng)施工節(jié)段不同時(shí)，對(duì)稱節(jié)段的相對(duì)高差不滿足可比性，作為相對(duì)高差的測(cè)量對(duì)象。在測(cè)量過程中，同一對(duì)稱截面可測(cè)多點(diǎn)，證各跨線形在控制范圍內(nèi)外，主梁全程線形應(yīng)定期或不定期進(jìn)行通測(cè)，確保全橋線形的協(xié)調(diào)性。2.5結(jié)構(gòu)幾何形狀測(cè)量上蓋板和下底板的厚度、主梁截面高度以及主梁施工節(jié)段的長(zhǎng)度等。監(jiān)控單位采用抽查的方式，不定期地進(jìn)行測(cè)量。3線形控制原理與技術(shù)3.1預(yù)拱度控制主梁懸澆段的各節(jié)段立模標(biāo)高可按下式確定H=H+f（-f+f+f（）i0ii預(yù)籃x式中：H為待澆筑段主梁底板前端底模標(biāo)高；H為該點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高；fi0i為本施工段及以后澆筑的各段對(duì)該點(diǎn)的影響值；f為本施工段頂板i預(yù)縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對(duì)該點(diǎn)的影響值；f為掛籃彈性變形對(duì)該施工籃5段的影響值；f為由徐變、收縮、溫度、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、二期恒載、x活載等影響值。KALMAN）濾波法、灰色系統(tǒng)、最小二乘法等。這些方法在橋梁施工控制應(yīng)用中取得了一些成效。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能型方法，在國(guó)外得到了度預(yù)測(cè)中，既克服了灰色理論GM（1，N）輸入?yún)?shù)單一的缺點(diǎn)，又KALMAN不足，建立了輸入與輸出之間的多參數(shù)、非線性的映射關(guān)系。圖23層BP網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于有連續(xù)函數(shù)表現(xiàn)定理，選用圖2所示的3層網(wǎng)絡(luò)，輸入層和輸出層有與網(wǎng)絡(luò)輸入變量I（l=12，…，L）及輸出l變量O（n=1，…，）相應(yīng)的L和N個(gè)神經(jīng)元，而隱層?。∕=2L+1）n個(gè)神經(jīng)元。神經(jīng)元的傳遞函數(shù)F通常選用SIGMOID函數(shù)，即6Fx=1/1+e2）網(wǎng)絡(luò)輸出O的值域?yàn)椋?1），故需對(duì)樣本的期望輸出作歸n一化處理。通過一定數(shù)量樣本的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練（自學(xué)習(xí)）過程，實(shí)際是確定最適宜的權(quán)系數(shù)w和wO與期望輸出的2次殘差12nE達(dá)到3）選擇合理的權(quán)系數(shù)w和w的最優(yōu)化過程由BP算法完成，而且12在4）得到滿足時(shí)，網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)終止。取影響標(biāo)高偏差的因素（即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量）為：時(shí)間；混凝土m及其兩截面至“T”構(gòu)中心的距離（m）；理論計(jì)算的張拉后標(biāo)高變化值m計(jì)8Δ（即BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元數(shù)L=8N=17據(jù)均有較好響應(yīng)的非線性映射關(guān)系。3.2預(yù)拱度指令利合攏，應(yīng)力分布是否合理的關(guān)鍵。施工預(yù)拱度指令，一般由監(jiān)測(cè)監(jiān)能組織施工。施工預(yù)拱度指令除保證其合理性、科學(xué)性外，下達(dá)時(shí)間應(yīng)保證施工的連續(xù)性和及時(shí)性。4主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量與應(yīng)力分析4.1控制截面選擇T型和連續(xù)剛構(gòu)梁橋，主梁在懸澆施工中各截面的可選在0塊根部、L/8、L/43L/8L/2、合攏段等處。在這些截面#內(nèi)布置傳感元件，進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試和施工控制。在每一截面內(nèi)，隨截面38圖3主梁雙室、單室截面?zhèn)鞲衅鞑贾?.2布點(diǎn)時(shí)間感元件，并做好相應(yīng)的防護(hù)工作。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，主要是測(cè)試和控制橋梁結(jié)構(gòu)縱向應(yīng)力。因此，布點(diǎn)時(shí)，傳感元件沿縱向（橋的里程或樁號(hào)方向）布置，用鐵絲捆扎在主梁縱向鋼筋的上（下）緣。4.3傳感元件測(cè)試原理及其應(yīng)變測(cè)量混凝土應(yīng)力測(cè)試傳感元件類型較多，目前通常使用鋼弦應(yīng)變計(jì)，能得到較好數(shù)學(xué)表達(dá)式。如型號(hào)為JXH-2、規(guī)格為30MPa的混凝土鋼弦應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變與頻率間的關(guān)系為∈=a+bf+cf或∈=a+bf+cf+df3（5）22gg式中：∈為鋼弦的應(yīng)變（∈）；fHz）；a、gc、d為待定系數(shù)。9土變形協(xié)調(diào)，即：∈=∈，混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力為gcσ=E∈（6）ccc式中：σ為混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；E為混凝土的彈性模量；∈為混凝ccc土的應(yīng)變。將測(cè)得的頻率值代入式（5），便可得到鋼弦和混凝土的應(yīng)變值，再由式（6）得到了混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值。后；預(yù)應(yīng)力索張拉前后；掛籃前移以及溫度變化等情況）進(jìn)行應(yīng)變等跟蹤測(cè)量。5測(cè)試應(yīng)力的影響因素在時(shí)刻τ承受單軸向、不變應(yīng)力為σ（τ）的混凝土構(gòu)件，在時(shí)刻t測(cè)量總應(yīng)變∈（t）可分解為t=∈（τ∈（t+∈t∈（t+∈（）icsTm式中：∈iτ）為加載時(shí)初應(yīng)變；∈（t）為時(shí)刻t>τ時(shí)的徐變應(yīng)c變；∈（t）為收縮應(yīng)變；∈（t）為溫度應(yīng)變；∈為測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)變sTm誤差。10移、徐變、溫度等方面。5.1鋼弦元件初值設(shè)定時(shí)機(jī)于）實(shí)際結(jié)構(gòu)真實(shí)應(yīng)力。5.2溫度影響頻率均將發(fā)生改變。由∈=4Lf/E知，溫度引起的應(yīng)變?cè)隽繛?2gg（）一般情況下，則有（）11因此，混凝土主梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)變?yōu)椋?0）然后再由式（6）確定混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。事實(shí)上，日照下混凝土主梁上表面近20cm范圍內(nèi)的溫度梯度很大，溫度分布極不均勻，而其它部位的溫度分布趨于均衡。主梁頂面少αΔ（其中α為弦絲的熱膨脹系數(shù)，Δt為溫升），有g(shù)g11）應(yīng)變，而主梁上緣的實(shí)際應(yīng)變修正為12）12若以主梁結(jié)構(gòu)施工9個(gè)月工期考慮，蠕變使得測(cè)試應(yīng)變累計(jì)偏小約12.0μ∈；而溫漂視環(huán)境溫度升高還是降低相應(yīng)修正（加或減）測(cè)試應(yīng)變約3.0μ/10℃。5.3應(yīng)變滯后性段的不同而各異。當(dāng)預(yù)應(yīng)力索較短、管道較暢通時(shí)，應(yīng)變的滯后性不明顯。當(dāng)預(yù)應(yīng)力索較長(zhǎng)、管道不太暢通時(shí)，各截面應(yīng)變的滯后性與張離張拉端的截面，應(yīng)變的滯后性十分明顯。5.4混凝土干縮、徐變的影響和剪滯效應(yīng)無論在多低的應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土也會(huì)產(chǎn)生徐變。在恒定應(yīng)力和本徐變。如果在被測(cè)結(jié)構(gòu)干燥過程的同時(shí)，施加了載荷，通常認(rèn)為徐械應(yīng)變，消除徐變干縮的影響是必不可少的。在豎向載荷作用下，主是不均勻的，這種效應(yīng)隨上下緣翼板的寬度而變化，翼板愈寬，梁高愈低，剪滯效應(yīng)就愈突出。135.5其它因素的影響混凝土的彈性模量隨其“齡期”變化，且逐步達(dá)到其設(shè)計(jì)值，如與按規(guī)范取值存在一些差別。此外，鋼弦的質(zhì)量（即元件的穩(wěn)定性、重復(fù)性）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)有影響。排除這些影響因素，測(cè)試的結(jié)果才具有可靠性。6結(jié)語(yǔ)（1）通過監(jiān)測(cè)與施工控制，施工工藝參數(shù)更具合理性，為合理成橋狀態(tài)提供技術(shù)依據(jù)。（2）有限元理論計(jì)算和施工線形測(cè)量相結(jié)合，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制理論進(jìn)行高程偏差調(diào)整和預(yù)測(cè)，能得到合理的施工預(yù)拱度，使橋梁的線形控制在或接近設(shè)計(jì)線形。（3）借助現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，分析測(cè)試應(yīng)變中措施，防患于未然。（4）收集施工和成橋試驗(yàn)全過程的信息，為橋梁結(jié)構(gòu)理論、橋梁科學(xué)研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。14參考文獻(xiàn)：[1]李國(guó)平.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社，2000.3840.[2]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].2000.69125.[3]KITAHARAM,ACHENBACHJD,GUOQC.Neuralnetworkforcrack-dapthdeterm