新水东大桥施工与监测报告

新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-1-新水东大桥施工监测与控制报告第一章新水东(57.5+105+57.5m)连续刚构桥施工监控概况1.1工程概况新水东大桥位于福建省南平市区东，为横跨建溪河的一座三跨变截面预应力混凝土连续刚构桥。主桥跨径布置为（57.5+105+57.5）m，全长220m。上部结构采用变高度预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用薄壁墩、箱型墩配桩基础，桥梁纵坡为2.00％。大桥整体结构如下图1-1所示：图1-1新水东大桥主桥总体布置图梁体采用单箱单室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽12.2m，顶板厚度34～60cm，腹板厚度50～70～90cm，底板厚度44～100cm。在端支点、中支点共设5个横隔板，隔板设有孔洞，供检查人员通过。中支点梁高为5.29m，端支点及跨中梁高为2.89m，中支点处轨顶至梁底高度为5.91m。梁体采用三向预应力结构，纵向采用fpk=1860MPa，弹性模量为Ep=195GPa，公称直径为15.20mm的高强度钢绞线，其技术条件符合GB5224标准，竖向预应力采用抗拉强度标准值为fpk=830MPa，弹性模量为Ep=200GPa预应力混凝土用螺纹钢筋，全梁采用竖向预应力。本桥采用挂篮悬臂施工方式，主桥箱梁的两个T构同时施工，采用四组挂篮对称悬浇施工。0号段施工完并待其强度满足要求后，在其两端安装挂篮，挂篮新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-2-控制重量为800KN，挂篮装好后进行预压测试，消除部分非弹性变形，记录弹性变形曲线，获得标高控制数据。每节段施工流程见图2，主桥箱梁各节段要求一次浇注完成，保持对称平衡施工。主桥边跨现浇段在支架上一次连续浇筑完成，预压支架以确保安全和消除非弹性变形，按实测的变形和施工控制的要求，确定底模标高和预拱度。箱梁合龙是控制全桥受力状态和线型的关键工序，首先合龙两个边跨，然后合龙中跨，全桥按浇筑基础、墩身→浇筑0号块→对称悬臂施工→边跨合龙→中跨合龙的顺序进行施工。混凝土强度大于85%龄期不少于3天1-13号梁段1.2施工监控的意义和目的预应力混凝土连续刚构桥，具有跨越能力大、受力合理、行车平顺、施工方便、养护费用低等优点，已成为大跨度梁桥的主要桥型。由于大跨度预应力混凝土连续刚构桥设计与施工高度耦合，所采用的施工方法和安装顺序与成桥后的主桥线型及结构内力状态有密切的关系。并且大跨度预应力混凝土连续刚构桥一般多采用节段施工方法进行施工，结构体系随施工的进展而不断发生变换，在施工架设中，结构受力和变形变化幅度大，影响因素较多，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致。造成实际状态与设计状态不一致的主要因素是：（1）设计时设计参数的取值不可能与实际结构一致，比如结构自重、截面尺寸、混凝土弹性模量、施工荷载、预应力的实际张拉值等，与设计值相比将或多或少地有所变化；移动挂篮定位立模绑扎钢筋张拉纵向预应力束竖向预应力束浇筑混凝土松开挂篮新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-3-（2）环境因素诸如温度、风荷载的影响；（3）施工误差的影响；（4）结构计算模型简化和计算误差的影响；（5）量测误差的影响。上述这些因素的影响在设计阶段一般没有也无法完全考虑和计及，只有在施工过程中根据结构的实际反应予以考虑。若不在施工过程中实施有效的监控，就有可能由于误差的积累致使成桥后结构的整体受力状态及线型严重偏离设计目标而影响结构的可靠性。因此，对南平新水东大桥这样的大跨度预应力混凝土连续刚构桥进行施工监测监控是保证其顺利修建的必要条件之一。由于连续刚构施工中的预应力张拉非常重要，预应力索的预应力损失状况直接影响成桥后的应力分布。特别是经历施工期最长的早期施工箱梁节段，由于混凝土的收缩、徐变和张拉状况等因素的影响，经历多个施工阶段后可能出现预应力储备不足的情况。因此，在预应力开始张拉的前期，通过预应力损失的试验测试，为后续的预应力张拉施工（有时甚至需要增加预应力束）提供依据，对确保施工后成桥的应力状态和工程质量至关重要。本项目拟采用可靠性较好的钢弦应变传感器，进行预应力的张拉过程和后续损失（包括成桥后的营运阶段的预应力损失）监控；拟在正、负弯矩最大的几个关键截面布设钢弦应变传感器，除用于施工监测监控外，也为成桥荷载试验及关键截面的长期受力状态变化监测提供测试手段。对南平新水东大桥开展施工监测监控的目的，是根据现场施工情况，在提供箱梁合适立模标高的前提下，保证桥梁结构的线型；通过对控制截面应力、应变、变形及温度等物理量的测量来了解结构各构件在每一施工阶段的实际受力状况及变形情况，及时发现问题，以便采取相应的技术措施。使桥梁结构受力合理，线型符合设计要求，确保大桥的施工安全、施工质量、美观可靠和长久耐用。1.3施工监控的内容及方法本桥的施工监控主要包括两个方面的内容：变形控制及内力监控，变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度，若有偏差且偏差较大时，必须进行误差分析并确定调整方案，以保证下一阶段施工工作的精确性。内力监控则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢实践的控制，使其不至于过大而偏于不安全。梁部结构采用的悬臂施工方法属于典型的自架设施工方法，对于本桥来讲，新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-4-由于在施工过程中的已成结构（悬臂阶段）状态是无法事后调整的或可调整的余地很小，所以，针对主梁的结构和施工特点，梁部的施工监控主要采用预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。1.4施工控制基本理论在(57.5+105+57.5)m新水东预应力混凝土连续刚构桥的施工监控中，对梁体线形进行重点控制。在控制过程中，监控方采用预测控制法对本桥进行线形控制，采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。1.4.1本桥悬臂施工受力特点连续刚构桥综合了T型刚构桥和连续梁桥共同的受力特点，其主梁为连续梁与桥墩固结而成的结构体系，所以整体性好，梁的应力分布合理，墩的刚度大，从而增加了梁的跨越能力。连续刚构桥在施工过程中的主要目标是控制主梁的线形，施工方法为对称悬臂浇筑，整个桥梁体系上部结构同连续梁特性相同，但需考虑桥墩受力及混凝土收缩、徐变及温度变化对其应力的影响。刚构桥抗扭潜力大，抗震性能好，地震力可分布到各墩处，无需设置专用抗震支座。由于为超静定结构，混凝土收缩、徐变、温度作用、预应力作用、基础不均匀沉降等都会引起结构产生次应力。1.4.2自适应施工控制系统对于预应力混凝土连续刚构桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-5-在系统的运行过程中，当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按照上述反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。1.4.3参数识别在本桥的施工控制中按照自适应控制思路，采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析，其基本方法是：当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时，测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠度为：[(1),(2),,()]TSSSSm设原定理想状态的梁体理论计算挠度为：[(1),(2),,()]Tm上述两者有误差量：[(1),(2),,()]TYYYYm若记待识别的参数误差为：[(1),(2),,()]Tm由引起的各阶段挠度误差为：[(1),(2),,()]Tm式中：—参数误差到的线性变换矩阵。残差：Y＝YY方差：()()()()TTTVYYYY＝TTTTTYYYY将上式配成完全平方的形式：11(())(())TTTTTTVYY+11()()TTTTTTTTYYYYYYYY新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-6-当0V时，即1()TTY＝0时，上述不等式中的等号成立，此时V达到最小，因此的最小二乘估计为：1ˆ()TTY引入加权矩阵：12...00n有：1ˆ()TTY在连续梁桥悬臂施工的高程控制中，可以由结构性能计算出，按工程条件定义，由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值S，计算Y，最后获得参数误差估计值，根据参数误差对参数进行修正。1.5桥梁施工控制结构分析计算1.5.1结构分析的目的（1）确定每一阶段的立模标高，以保证成桥线形满足设计要求；（2）计算每一阶段的梁体的合理状态及内力，作为对桥梁施工过程中的每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据。1.5.2结构分析计算依据(1)《新水东大桥57.5+105+57.5m连续刚构桥施工图》(2)《公路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)(3)《公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)(4)《公路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)(8)其他相关规范、规程1.5.3结构计算参数的确定在进行结构设计和施工控制初步分析时，结构设计参数主要按规范取值，由于部分设计参数的取值小于实测值，因此在多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于施工控制来说即是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求，因此应对部分主要设计参数进行测定以便在施工前对部分结构设计参数进新水东大桥57.5+105+57.5m预应力混凝土连续刚构桥施工监控报告-7-行一次修正，从而进一步修正结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。影响结构线形及内力的基本参数由很多个，需测定的参数主要有：（1）混凝土弹性模量，前期结构计算按照规范取值，在施工过程中根据试验结果确定，混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天龄期的弹模值，为主梁预拱度的修正提供数据。（2）预应力钢绞线弹性模量，按照现场取样试验结果采用；（3）恒载按设计图提供的尺寸，并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要的修正，考虑结构自重和临时荷载,并考虑梁面坡度的影响；（4）混凝土收缩、徐变系数，按照规范采用，计算按规范考虑结构局部温差效应及考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响；（5）材料热胀系数，按规范取值；（6）施工临时荷载，现场进行统计，尽量减少材料等的堆放，本阶段不用的材料堆放在0＃块附近；（7）预应力孔道摩阻系数，根据现场摩阻试验确定。1.5.4施工控制的计算方法大跨径预应力混凝土连续刚构桥是采用悬臂施工方法分阶段逐步完成的，对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，是施工控制中最基本的内容之一。为达到施工控制的目的，首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构