大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究
關(guān)鍵詞：大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋，施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，管道預(yù)應(yīng)力摩阻損失
施工監(jiān)測(cè)與施工控制提供必要的反映施工實(shí)際情況的數(shù)據(jù)和技術(shù)信息。在主梁每一塊段和工期序施工過(guò)程中，都需要觀測(cè)箱梁頂面撓度，為反饋控制分析提供實(shí)測(cè)狀態(tài)。在澆筑塊件混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力及掛籃移走的前后也需要觀測(cè)其撓度變化和相應(yīng)的應(yīng)力變化，以便為理想狀態(tài)修正提供依據(jù)。在進(jìn)行這些觀測(cè)內(nèi)容的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度、截面尺寸變異、預(yù)應(yīng)力和建橋材料相關(guān)力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為誤差分析和參數(shù)調(diào)整提供數(shù)據(jù)。
一、主梁結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)定
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)主要是按規(guī)范取用，由于部分設(shè)計(jì)參數(shù)的取值一般小于實(shí)測(cè)值，因此，大多數(shù)情況下，采用規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移均較實(shí)測(cè)值大，這對(duì)設(shè)計(jì)是偏于安全的，但對(duì)于結(jié)構(gòu)施工控制來(lái)說(shuō)是不容忽視的偏差，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懙匠蓸蚝蠼Y(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力是否符合設(shè)計(jì)要求。因此，應(yīng)對(duì)部分主要設(shè)計(jì)參數(shù)提前進(jìn)行測(cè)定，以便在施工前對(duì)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行一次修正，從而進(jìn)一步修正原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線形，為保證該橋成橋后滿足設(shè)計(jì)要求奠定基礎(chǔ)。
懸臂澆筑施工過(guò)程模擬分析包括構(gòu)件形成、預(yù)應(yīng)力筋作用、施工荷載作用和結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等；非線性分析主要涉及到時(shí)變非線性，即混凝土徐變和收縮非線性變形分析；溫度影響主要通過(guò)固定狀態(tài)測(cè)量時(shí)刻來(lái)消除短期（日）溫差的影響，而長(zhǎng)期（年）溫差對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響較小。連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析并不復(fù)雜，但其計(jì)算精度直接影響到成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)理想控制目標(biāo)，為了達(dá)到足夠的計(jì)算精度，必須認(rèn)真測(cè)定下列幾個(gè)基本參數(shù)：
1、構(gòu)件實(shí)際尺寸
構(gòu)件實(shí)際尺寸同理論值之間會(huì)由于放樣誤差、模板走樣等因素產(chǎn)生一定的偏差，這種偏差在結(jié)構(gòu)分析中造成截面幾何特性與恒載等偏離原設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)。因此，在每一節(jié)段施工完成后，必須進(jìn)行構(gòu)件尺寸測(cè)量工作，為修正截面幾何特性和調(diào)整恒載積累基本資料。
2、結(jié)構(gòu)彈性參數(shù)
結(jié)構(gòu)彈性參數(shù)的實(shí)測(cè)一般可以通過(guò)兩種途徑同時(shí)進(jìn)行，一是節(jié)段混凝土抽樣試塊試驗(yàn)，二是利用掛籃前移工況的結(jié)構(gòu)變位及其它一些實(shí)測(cè)參數(shù)分析，推算結(jié)構(gòu)實(shí)際彈性參數(shù)。其中，試塊數(shù)據(jù)主要用于確定混凝土彈性模量及其隨混凝土齡期變化的規(guī)律，而掛籃變位實(shí)測(cè)結(jié)果與試塊數(shù)據(jù)相結(jié)合，可用于推算結(jié)構(gòu)實(shí)際截面剛度和模量。根據(jù)實(shí)測(cè)彈性參數(shù)，調(diào)整理論參數(shù)，可以預(yù)測(cè)未建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
3、節(jié)段重量參數(shù)
節(jié)段實(shí)際重量與理論值的差異可以從下列幾種途徑中得到，一是從混凝土試塊中測(cè)定混凝土容重；二是利用結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)彈性參數(shù)和變化，同時(shí)結(jié)合截面特性和施工荷載等，推算混凝土節(jié)段的重量；另外，也可根據(jù)節(jié)段實(shí)際尺寸的測(cè)量數(shù)據(jù)在扣除含鋼量后，換算出混凝土節(jié)段重量。
4、混凝土收縮和徐變系數(shù)
由于影響混凝土收縮、徐變的因素很多，首先必須把確定性因素定義準(zhǔn)確，例如加載齡期、荷載、氣溫等，并在分析時(shí)計(jì)入截面配筋的影響。對(duì)于其它難以預(yù)先估計(jì)的因素，均歸入對(duì)計(jì)算時(shí)段內(nèi)的混凝土收縮和徐變的調(diào)整，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修改收縮和徐變系數(shù)�；炷潦湛s和徐變實(shí)際影響，主要根據(jù)節(jié)段混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)期內(nèi)控制點(diǎn)標(biāo)高的變化來(lái)確定。
5、掛籃支反力及變形
通過(guò)試驗(yàn)可得到在設(shè)計(jì)荷載情況下掛籃的支反力分布和彈性、非彈性變形參數(shù)，為箱梁施工控制計(jì)算提供立模依據(jù)。
二、主梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)
1、變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容
變形觀測(cè)是控制成橋線形最主要的依據(jù)。主梁變形監(jiān)測(cè)主要包括主梁標(biāo)高測(cè)量、主梁中心線及里程測(cè)量?jī)刹糠�。作為�?biāo)高或位移的控制測(cè)量結(jié)果，一般包括下列五個(gè)工序中的標(biāo)高測(cè)量和控制：
�。�1）零號(hào)塊標(biāo)高
零號(hào)塊控制標(biāo)高由理想控制目標(biāo)幾何線形標(biāo)高及其預(yù)變位、支架變形及基礎(chǔ)沉降拋高以及支座受壓變形拋高組成。其中，支架變形及其基礎(chǔ)沉降拋高對(duì)標(biāo)高影響最大，為了減小結(jié)構(gòu)線形的初始誤差，起始段支架的剛度應(yīng)增強(qiáng)、基礎(chǔ)宜加固。
�。�2）掛籃就位標(biāo)高
掛籃就位標(biāo)高涉及到三部分，即理想控制目標(biāo)幾何線形標(biāo)高、結(jié)構(gòu)施工期預(yù)變位和掛籃變形附加拋高。掛籃就位標(biāo)高是直接控制結(jié)構(gòu)幾何線形的關(guān)鍵內(nèi)容，因此，在掛籃就位操作過(guò)程中，應(yīng)保證前吊帶完全均勻受力、后吊帶與后錨收緊、控制點(diǎn)標(biāo)高正確。
（3）混凝土澆筑后標(biāo)高
混凝土澆筑后各控制點(diǎn)標(biāo)高數(shù)值主要用于已建結(jié)構(gòu)幾何線形的校核，以便修正已建結(jié)構(gòu)標(biāo)高的計(jì)算值和預(yù)測(cè)未澆節(jié)段的計(jì)算參數(shù)，調(diào)整與優(yōu)化成橋狀態(tài)幾何線形，確定出待澆節(jié)段的控制標(biāo)高。
（4）預(yù)加應(yīng)力后標(biāo)高
預(yù)應(yīng)力作用后結(jié)構(gòu)控制標(biāo)高測(cè)量的目的，在于利用實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)分析參數(shù)，了解預(yù)加力值是否發(fā)生偏差，以便決定是否修改預(yù)加力的理論值。
�。�5）合攏段標(biāo)高
合攏段施工標(biāo)高是根據(jù)未澆節(jié)段線形平順并且與設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差最小的原則確定的。由于節(jié)段施工標(biāo)高的誤差，預(yù)計(jì)的合攏段標(biāo)高將不被修正，直至結(jié)構(gòu)合攏。因此，節(jié)段標(biāo)高的偏差雖然發(fā)生在局部，但從結(jié)構(gòu)幾何線形平順的要求出發(fā)，卻是個(gè)影響整體幾何形狀的問(wèn)題。
2、測(cè)點(diǎn)布置
在每個(gè)0號(hào)塊件的頂板各布置11個(gè)高程測(cè)點(diǎn)，以控制頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)也作為以后各懸澆節(jié)段高程觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)。
在每個(gè)懸澆塊件上布置兩個(gè)對(duì)稱的高程觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)布置在離塊件前端10cm處，利用16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點(diǎn)焊牢固，并要求豎直。測(cè)點(diǎn)露出箱梁混凝土表面5cm，測(cè)頭磨平并用紅漆標(biāo)記。
具體測(cè)試時(shí)，采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。
在進(jìn)行主梁中線偏差測(cè)量時(shí)，以兩墩柱中心處預(yù)先設(shè)置的幾何定位點(diǎn)的連線為基準(zhǔn)線，利用全站儀進(jìn)行照準(zhǔn)，采用視準(zhǔn)線法直接用鋼尺測(cè)量每節(jié)段主梁中線的偏離值。里程測(cè)量采用全站儀進(jìn)行。
3、觀測(cè)時(shí)間
為盡量減少溫度對(duì)觀測(cè)的影響，觀測(cè)時(shí)間安排在早晨太陽(yáng)出來(lái)之前。在施工過(guò)程中，對(duì)每一節(jié)段需進(jìn)行數(shù)次（至少一次）的觀測(cè)，以便觀察各點(diǎn)的撓度及箱梁梁軸曲線的變化歷程，以保證箱梁懸臂端的合攏精度及橋面的線形。
三、主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)
結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)是施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容之一，它是施工過(guò)程的安全預(yù)警系統(tǒng)。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的施工過(guò)程中，主要測(cè)試橋墩和箱梁控制截面的應(yīng)力。橋墩上測(cè)點(diǎn)布置在墩底及墩頂截面處，主梁上測(cè)點(diǎn)布置在懸臂根部、L/4、L/2等關(guān)鍵截面上，以觀察施工過(guò)程中這些截面的應(yīng)力變化與應(yīng)力分布情況。
1、測(cè)試儀器的選擇
考慮要適合長(zhǎng)期觀測(cè)并能保證足夠的精度，選用丹東市電器廠生產(chǎn)的鋼弦式應(yīng)力計(jì)和配套的頻率接收儀作為應(yīng)力觀測(cè)儀器。該應(yīng)力計(jì)的溫度誤差小、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，適合于應(yīng)力長(zhǎng)期觀測(cè)。
2、測(cè)點(diǎn)布置
應(yīng)力計(jì)按預(yù)定的測(cè)試方向固定在主筋上，測(cè)試導(dǎo)線引至混凝土表面。上部結(jié)構(gòu)（箱梁）選取懸臂根部、L/4、L/2共計(jì)11個(gè)截面，每個(gè)截面8個(gè)測(cè)點(diǎn)，總共布置88個(gè)應(yīng)力量測(cè)點(diǎn)。兩個(gè)T構(gòu)的8個(gè)根部截面各布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)64個(gè)測(cè)點(diǎn)。全橋共計(jì)152個(gè)應(yīng)力量測(cè)點(diǎn)。
四、溫度場(chǎng)觀測(cè)
溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度變化包括季節(jié)溫度變化和日照溫度變化兩個(gè)部分。在季節(jié)溫度變化和日照溫度變化兩種因素中，日照溫度變化最為復(fù)雜，尤其是日照作用會(huì)引起主梁頂、底板的溫度差，使主梁發(fā)生撓曲，同時(shí)，也會(huì)引起墩身兩側(cè)的溫度差，使墩身產(chǎn)生偏移。而季節(jié)溫差對(duì)主梁撓度的影響比較簡(jiǎn)單，由于其變化的均勻性，既不會(huì)使主梁發(fā)生撓曲，也不會(huì)使墩發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而是通過(guò)使墩身產(chǎn)生軸向伸縮從而對(duì)主梁的撓度產(chǎn)生影響。由于日照溫度變化的復(fù)雜性，在撓度理想狀態(tài)計(jì)算時(shí)難以考慮日照溫度的影響，日照溫度的影響只能通過(guò)實(shí)施觀測(cè)來(lái)加以修正。
1、測(cè)試方法
日照溫差測(cè)試包括表面溫度測(cè)量和體內(nèi)溫度測(cè)量?jī)刹糠帧ｓw內(nèi)溫度測(cè)試采用在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)鉑電阻，引出測(cè)試導(dǎo)線，再用溫度測(cè)試顯示儀進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠^測(cè)，摸清箱梁日照溫變的情況。對(duì)表面溫度采用表面溫度點(diǎn)測(cè)計(jì)測(cè)量，大氣溫度采用水銀溫度計(jì)進(jìn)行。
2、測(cè)點(diǎn)布置
每個(gè)T構(gòu)上每側(cè)選取墩頂、L/3，2L/3斷面，兩側(cè)共5個(gè)測(cè)試斷面，全橋共10個(gè)測(cè)溫?cái)嗝�，每個(gè)斷面布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)。全橋共計(jì)有100個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。墩柱的溫度場(chǎng)測(cè)量在墩頂和墩底進(jìn)行，共有8個(gè)測(cè)試斷面，采用表面溫度點(diǎn)測(cè)計(jì)測(cè)量其表面溫度。
3、觀測(cè)時(shí)間
在施工期間，選擇有代表性的天氣進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。
五、混凝土彈模、容重及收縮、徐變系數(shù)的測(cè)試
混凝土的收縮、徐變對(duì)主梁的內(nèi)力與撓度均有較大影響，應(yīng)專門進(jìn)行混凝土7天、14天、28天、90天四個(gè)加載齡期的徐變、收縮試驗(yàn)，得出相應(yīng)的收縮、徐變系數(shù)和彈模值。同時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)取樣的方法分別測(cè)定混凝土在3天、7天、14天、28天、60天齡期的彈模值，以得到完整的E—t曲線，為主梁預(yù)拱度的修正提供數(shù)據(jù)。混凝土容重的測(cè)定也應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，在實(shí)驗(yàn)室用常規(guī)方法測(cè)定。
六、管道預(yù)應(yīng)力摩阻損失的測(cè)定
本測(cè)試旨在定量地測(cè)定長(zhǎng)鋼絞線的摩阻損失，以確定實(shí)際有效的預(yù)應(yīng)力噸位和預(yù)應(yīng)力筋的延伸量。如果張拉千斤頂不宜回縮，可采用將波紋管開孔，在鋼絞線上貼電阻片的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量。一般情況下，選擇豎彎鋼束和平、豎彎空間鋼束各一組進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)：
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