悬浇梁桥施工监控

安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第1页施工监控的意义、原则、方法和依据2.1施工监控的意义桥梁悬臂施工中，由于施工荷载的变化、新浇筑混凝土重量的误差、结构弹性模量的变化、挂篮的重量和移动的位置、温度的变化、结构体系调整以及混凝土的收缩与徐变等均会影响结构的变形和内力，而这众多的因素在设计阶段是无法准确确定的，这些因素的改变均可能引起桥梁结构线形与内力的改变，影响施工质量，甚至危及桥梁安全。为了使施工能按照设计意图进行，确保施工安全并最终达到设计的理想状态，通过对箱梁实施施工全过程的跟踪监控监测，对控制参数进行实时调整，以确保施工中结构的安全、箱梁最终线形平顺、内力分布合理，使成桥状态的外形和内力符合设计要求，确保桥梁施工安全和正常运营。对于悬臂施工的预应力混凝土连续梁结构来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段的结构仿真分析，确定出每个悬臂浇筑阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测下一节段立模标高及进行相应的调整，以此来保证成桥后桥面线形、合龙段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值。同时监测平面线形是否满足有关规范的要求，并在施工过程中监测结构应变是否在设计及规范允许的范围内，保证结构安全。施工监控的意义主要体现在以下几个方面：1）设计图纸的要求是施工的目标，在为实现设计目标而必须经历的施工过程中，通过施工监控，可对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工处于有效的控制之中，确保设计目标安全、顺利实现是至关重要的。2）通过对桥梁施工过程中的结构受力、变形及稳定进行监测控制，使施工中的结构处于最优状态。施工监控是施工质量控制体系的重要组成部分，是保证桥梁建设质量的重要手段，是对桥梁建设质量的宏观调控，是桥梁施工质量控制的补充与前提。3）监控单位配合监理，辅助业主，指导施工，解决桥梁施工质量控制过程中的关键技术问题。4）通过施工监控，可取得在成桥后无法得到的桥梁部分“参数”，建立档案，为后期桥梁的管理与养护，提供依据。5）将施工监控与桥梁荷载试验结合起来，可以得到仅靠荷载试验无法取得的桥梁恒安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第2页载应力，为科学地评价桥梁结构的状态提供更全面的资料。6）通过严格管理，加强保护，使施工监控中埋设的大量应力计存活下来，在桥梁通车运营后，可以通过定期测量这些应力计的应力情况，与成桥时进行比较，可以分析评估桥梁的现状。2.2施工监控的原则桥梁施工控制采取理论计算预测→按预测进行阶段施工作业→阶段施工作业完成后实测反馈→根据实测反馈进行参数分析、评估和优化→进行下一施工阶段理论计算预测的循环次序进行。其主要工作内容包括阶段施工前的预测计算、阶段施工过程中的控制测量、实测结果与计算预测结果的偏差分析及优化分析三个方面。桥梁施工控制体系如图2-1所示。图2-1桥梁施工控制体系主桥施工控制按“双控”原则进行，即变形控制和内力控制，对主梁挠度和控制截面应力进行实时跟踪监测反馈，以主梁标高控制为主，应力控制为辅，确保全桥控制截面应力和成桥线形满足设计要求。施工控制中，通过调整主梁节段立模标高来控制线形，立模标高控制采用相对高差控制，以追求桥面线形的平顺为目标。施工监测中如发现根据实测修正后反馈的应力结果或线形偏差较大，则应暂停施工，查明原因，及时纠正，施工体系现场设计体系实时监测体系实时监测数据现场测试体系现场测试参数参数识别修正施工控制计算参数施工控制计算体系预测计算实时计算施工控制计算值比较分析及修正确定下阶段施工资料发布施工控制指令按设计参数计算核对安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第3页采取改进措施，尽可能保证主梁竖向线形偏差和横向偏移不超过容许范围，施工过程中主梁应力偏差不超过容许范围，使施工状态与设计状态最大程度吻合。1）线形要求严格控制主梁的每一节段的横向偏移及竖向挠度是线形控制的主要原则。为了使下一节段更为精确地施工，在偏差比较大的时候要立即进行误差分析且进行调整(调整前首先要确定好调整的方法)。只有把主梁的线形(变形)控制好了才能确保主梁的局部平顺性和整体标高(通常是长期变形稳定后)。其次，实际轴线与理论轴线的偏差应符合质量标准的要求和设计的要求。2）应力要求所谓应力控制是指监测主梁截面和墩身截面的应力，包括施工过程中以及成桥后特别是合拢阶段的应力。施工控制所要明确的非常重要的问题便是桥梁结构在成桥状态以及施工过程中的受力的情况是否与设计符合。两者的差别如果超过了允许范围则结构很可能就会破坏，因此两者的差别一旦超限就要马上进行调控和查找原因。一定要保证应力满足规范要求以及在安全范围之内。3）调控策略主梁立模标高的调整是调整主梁线形最直接的手段，根据本阶段的实测挠度和理论计算的差值，对误差原因进行合理分析，对模型参数进行修正，对下一阶段的立模标高进行及时修正。调整的方式一般为通过额外压重和对预应力张拉力进行适当调整。2.3施工监控的方法施工监控方法有开环控制法、闭环控制法和自适应控制法三种。自适应控制法也称作参数识别法，是指控制开始时，施工阶段实际结构状态不可能与理想结构状态严格一致，造成控制系统的一些设计参数（如截面几何特性、材料重度、混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变等）与实际参数有偏差，致使系统的输出结果与实际结果不符，在各施工阶段实时修正设计参数，将设计输出结果用于下一施工阶段结构分析，如此重复循环，经过若干施工阶段磨合后，系统模型参数取值趋于真实合理，从而主动降低参数误差，让控制系统自动适应实际情况的控制。该法的重点在于对主要设计参数（对结构变形和内力影响较大的参数）的识别，一般只要及时地对主要设计参数进行修正，实测值与预测值的吻合度就较好。自适应控制的基本原理如图2-2所示。安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第4页图2-2自适应控制的基本原理参数估计算法有限元计算模型实际结构控制量反馈计算施工理想状态施工结果输出修改理想状态控制量输入+-控制调整实测结果计算结果参数调节安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第5页1施工控制的基本原理和方法4.1施工监控的原理桥梁施工监控是一个预告→监测→识别→修正→预告的循环过程。施工监控最重要的目的是确保施工过程中结构的安全，具体表现为：结构内力合理，结构变形控制在允许范围内，并保证有足够的稳定性。本合同段主桥大跨径变截面预应力混凝土连续梁施工监控的原则是“线形控制为主、应力监测为辅，确保成桥线形符合设计要求，确保施工过程中结构的安全”。4.2施工监控的方法大跨径预应力连续梁的施工采用分阶段逐步完成的悬臂施工方法时，结构的最终形成必须经历一系列的施工过程，而在每一个施工过程中已经完成的节段其实际状态已经形成，在施工过程中施工荷载会发生变化，施工进度也会由于天气原因、施工人员、施工机具和施工材料的影响会和计划的有出入等等原因，为保证施工后成桥的线形和结构安全，在施工前和施工过程中均须对结构进行详细的计算分析，对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，这是桥梁施工控制最基本的内容之一，也是本桥梁施工控制的方法核心。在施工前应根据施工方提供的施工方案进行初期的结构分析计算，在施工过程中应根据控制监测的实际数据进行计算分析。施工前期的计算是根据前期施工单位提供的施工方案对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形的理想状态，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为。施工过程中的结构计算是根据施工监测的数据、进行分析处理，分析现阶段状态与理论状态之间的偏差原因，对计算数据进行参数识别、修正，使计算模型逐步与实际状态接近，误差能控制的设计容许的范围内，根据此模型计算预测下一施工节段的立模高程。施工过程中的结构计算分析是一个不断对结构计算参数进行识别、进行修正的过程，贯穿于整个施工过程中。目前桥梁计算分析方法主要包括：正装分析法、倒装分析法和无应力分析法。正装分析法是指为了计算出桥梁结构成桥后的受力状态，根据实际结构配筋情况和施工方案设计逐步逐阶段地进行计算，最终得到成桥结构的受力状态。这种计算方法的特点是:安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第6页随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变。倒装计算法（倒退分析法）是按照桥梁实际加载的逆过程进行结构分析，可以获得桥梁结构各施工阶段理想的立模标高，指导施工，控制结构的受力状态。本桥施工过程分析拟采用正装分析和倒装分析相结合的方法。分析中把0#块施工完成时的工况作为正装计算起点，成桥状态作为倒装计算的起点，对挂篮前移就位、混凝土浇筑完成和预应力束张拉完成等工况作静力分析，得出相应工况下控制截面的应力和节段截面变形。以倒装计算结果作为施工预拱度控制的依据，以正装计算结果作为应力和变形监控的依据。计算成果：计算成果包括设计参数识别、各施工阶段的应力及挠度及后续施工的控制预报。设计参数识别：在本桥施工控制中，对于设计参数误差的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的。首先，要确定引起桥梁结构偏差的主要设计参数，对于本桥来说主要是截面特性参数、收缩及徐变参数、荷载参数及砼的弹性模量等；其次，运用卡尔曼滤波或最小二乘法等理论和方法来识别这些设计参数误差；最后，要得到设计参数的正确估计值，通过修正设计参数，使桥梁结构的实际状态与理想状态相一致。施工阶段的应力与挠度分析：不可能通过监测得到全桥各断面的应力，只能得到一些代表性断面的数据，故需要通过计算得出各施工阶段其它部位的应力。通过比较应力、挠度的实测值与计算值，调整设计参数，使得计算结果与监测结果一致，则可认为计算能反映实际结构。安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第7页2桥梁施工控制方案5.1施工控制的主要内容本标段桥梁施工监控包括以下主要内容：1）对施工单位的0#块和1#块支架、边跨直线段支架、施工挂篮悬浇、合龙段施工等施工方案提出建议；2）根据施工图纸、施工方案，建立平面或空间仿真计算模型，根据施工过程进行分析计算；3）提出计算分析报告，给出各施工阶段的位移值、应力值；4）编制施工监控实施细则，作为施工监控指导性文件；5）收集桥梁施工过程中的技术参数及资料；6）0#块支架搭设完毕后，布设支架变形测点；7）0#块施工支架堆载预压前后，测量支架上测点的变形值，分析确定支架预设拱度量，结合理论计算，给出0#块的立模标高，下达监控指令；8）0#块（或1#块）钢筋绑扎过程中埋设应力传感器、位移测点、温度传感器，在混凝土浇注前，测量其初始值；9）在0#块混凝土浇注后、预应力张拉后，测量温度、应力、线形，同时测量0#块顶高程点的标高；10）施工挂篮拼装好后，分析确定挂篮的荷载变形曲线，给出2#块的立模标高，下达监控指令；11）在2#块混凝土灌注前后、预应力张拉前后，测量挂篮实际变形、块段前方测点的变形和应力，进行参数识别，分析确定3#块的立模标高，下达监控指令；12）重复11内容，直至悬浇块段施工结束；13）在合龙前，选择日照较强的一天，进行连续24小时观测，得出梁体温度线形曲线，下达监控指令，提出合龙段施工指令；14）在合龙段压重、劲性骨架安装、混凝土浇注、预应力张拉、体系转换前后，进行应力、线形的监测，根据监测结果，提出桥面系施工指令；15）桥面系施工完成后，测量成桥阶段应力、线形；安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司第8页16）若施工过程中出现异常，及时进行预警；17）编制监控总结报告。5.5施工托架预压、挂篮静载测试5.5.1托架预压箱梁墩顶0#块、1#块和边跨直线段采用支架现浇的施工方法。支架在自重和其他施工荷载作用下将发生变形，这种变形包括弹性变形和非弹性变形，通过预压消除托架的非弹性变形。预压试验的方案由施工单位自行设计，并经现场监理审批。5.5.2挂篮静载测试挂篮安装好后，应对挂篮进行预压,预压试验采用分级加载的方法。加载吨位不低于梁段实际