预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥悬臂施工控制

预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥悬臂施工控制主讲人:高原重庆交通学院预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥悬臂施工控制悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥的主要施工方法。采用悬臂施工法施工有若干关键问题需要解决。例如：如何保证合拢前两悬臂端竖向挠度的偏差和主梁轴线的横向偏移不超过容许范围；如何保证合拢后的桥面线形良好；如何避免施工中主梁截面出现过大的应力；……，这些问题若处理不当，不仅会对结构受力不利，而且可能会使主梁梁底曲线不顺畅，形成永久性缺陷而影响外形美观。为了解决好这些问题，唯一的办法就是对施工过程实施控制一、连续梁桥、连续刚构桥施工控制的目的、内容1.施工控制的目的定义：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计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。目的：桥梁施工控制的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求。(二)施工控制的内容内容：变形控制和应力监测。变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏移，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一节段更为精确的施工做好准备工作。关于控制方法，针对不同情况亦必然有所差异。应力监测则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，使其不致过大而偏于不安全，甚至在施工过程中造成主梁破坏。连续梁桥、连续刚构梁桥施工控制过程主要体现在施工控制模拟结构分析、施工监测(包括结构变形与应力监测)、施工误差分析以及后续状态预测几个方面。二、施工控制结构分析(计算)为了达到施工控制的目的，我们首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态(施工阶段理想状态)，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。(一)施工控制结构计算的一般原则预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工相符合的基本要求外，还要考虑诸多相关的其他因素。1．施工方案：由于连续梁桥、连续刚构桥的恒载内力与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前应首先对施工方法和架设程序作一番较为深入地研究，并对主梁架设期间的施工和在给出一个较为精确的数值。2．计算图式：连续梁桥一般要经过墩梁固接悬臂施工合拢解除墩梁固接中跨合拢的过程；连续刚构桥也需经过悬臂施工和数次合拢。可见，在施工过程中结构体系不断地发生变化，因此在各个施工阶段应根据符合实际状况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析、计算。3．结构分析程序：对连续梁桥、连续刚构桥的施工控制计算而言，采用平面结构分析方法基本可以满足实际施工控制的需要。4．非线性影响：非线性对中小跨连续梁桥、连续刚构桥的影响可以忽略不计，对对大跨进则有必要考虑非线性的影响。5．预加应力影响：预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。6．混凝土收缩、徐变的影响：连续梁桥、连续刚构桥必须计入混凝土收缩、徐变对变形的影响。7.温度：温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响。8、施工进度：施工控制计算须按实际的施工进度以及确切地预计合拢时间分别考虑各个部分的混凝土徐变变形。(二)施工控制的结构计算方法桥梁施工控制中的结构分析方法包括前进分析法、倒退分析法以及无应力状态法。对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥，施工控制结构计算的计算方法也采用前进分析法和倒退分析法。1．前进分析法为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种计算方法的特点是：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，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因此，前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。我们将这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为前进分析法。前进分析法能够较好地模拟桥梁结构的实际施工历程。下面我们就介绍一下悬臂浇筑施工的预应力棍簇土连续刚构桥的前进分析计算。结构分析的基本步骤1)确定结构初始状态：主要包括：中跨、边跨(次边跨)的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力索信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。2)基础、桥墩和0号块浇筑完成：计算已浇筑部分在自重和外加荷载作用下的变形和内力。3)在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力，每一阶段计算均依照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。4)进行边跨合拢(次边跨合拢)、中跨合拢，计算这几个主要阶段结构的内力和变形。5)桥面铺装：计算二期恒载作用下结构的内力与变形。前进分析法在一个施工阶段中，新拼装的杆件用激活两个结点间的新单元进行模拟，计算是对施工阶段循环进行，循环结束时分析结果可以是成桥若干年后结构的受力状态。前进分析程序系统见图7—l。(三)立模标高的确定在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顾、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立摸标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好；如果考虑的因素与实际情况不符合，控制不力，则最终桥面线形会与设计线形有较大的偏差。众所周知，立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变性(挠度)。其计算公式如下：2345lmisjiliiiiiglHHffffff式中：lmiH——i节段立模标高(节段上某确定位置)；sjiH——i节段设计标高；1if——由各梁段自重在／节段产生的挠度总和；2if——由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和；3if——混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度；4if——施工临时荷载在i节段引起的挠度；5if——使用荷载在j节段引起的挠度；glf——挂篮变形值。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线，进行内插而得。而1if、2if、3if、4if、5if五项在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。倒退分析输出结果中的预抛高值ypgiH就是这五项挠度的总和。那么，式(7—1)可改写为：lmisjiglsjiypgiglHHffHHf成桥后预计标高的计算公式为：yjilmigliHHff式中：yjiH——i节段预计标高；if——块件浇筑完后，i节段的下挠值。三、施工控制监测(一)施工监测的目的施工监测是施工监控的重要组成部分。大跨径预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥施工监测的目的就是在悬臂施工过程中，通过监测主墩和主梁结构在各个施工阶段的应力和变形来达到及时了解结构实际行为的目的。根据监测所获得的数据，首先确保结构的安全和稳定，其次保证结构的受力合理和线形平顺，为大桥安全、顺利地建成提供技术保障。1.主梁结构部分设计参数的测定在此只考虑主要的、而且可测定的参数。具体测定工作的进行，应根据该桥所在的自然环境情况、所用材料情况、施工工艺及工序情况来加以测定。需测定的参数如下：(1)混凝土弹性模量；(必须试验确定)(2)预应力钢绞线弹性模量；(3)混凝土容重；(必须试验确定)(4)混凝土收缩徐变系数；(5)材料热胀系数；(6)施工临时荷载；(主要是挂篮自重)2.箱梁施工挠度观测与标高控制2.1准备工作:（1）施工单位完成挂篮及托架试验。除安装检查外，重点进行挂篮变形测试，测试结果为挂篮和托架的结构荷载—挠度曲线图，实测弹性及非弹性变形值。边跨现浇段支架试验要求相同，试验结果要告之施工控制组。（2）主桥轴线及桥墩位里程、高程均根据全桥三角网点和水准网点由施工单位进行两次复测。（3）线形控制小组要按施工进度划分的阶段，应用施工控制程序求得每一时段的梁体挠度，并转化为各梁段计算的立模标高。（4）施工单位配合施工监控组设置桥墩沉降观测点。2.2梁段测点基准点的设置（1）0号和1号箱梁顶面水准点为箱梁悬臂浇筑施工的标高控制点。（2）从箱梁第2号节段开始，在梁段前端距端面15cm断面（桥纵向），沿横向布置3个箱梁顶面标高测点，其中中间测点主要用于连续梁水平轴线的测量控制。测点采用预埋钢质测点桩，横向布置在箱梁腹板位置处。上述标高测点中包括了桥中线位置控制测点。2.3监测规定（1）对于每一个悬浇梁段应进行至少3种工况的标高观测，即挂篮就位及立模后、浇筑混凝土后、张拉完预应力钢束后。（2）除立模调整外，测量时间一般应在早晨太阳出来前（清晨七点左右）。（4）在进行标高观测的同时，应进行中轴线位置观测，墩沉降观测，根据施工的进度情况，进行周期性观测。（5）在对梁段标高和中轴线进行测量时，若现场实测值与测量单上预测值对应误差为±15mm（高程）、5mm（中轴线偏位）时，应向监理和施工控制组（线形控制小组）汇报，在施工控制组人员认可和监理同意观测结果后方可结束测量。2.4立模标高（1）立模标高由施工控制组提出并将立模标高通知单发至监理组，由监理组核签后转发至施工单位。立模工作结束后，通知单返回施工控制组。（2）施工单位要根据施工控制组提供的立模标高通知单准确放样。立模标高放样结束经施工单位复测后，由监理检查合格并签字后才可进行下一步的工作。（3）施工控制小组在预应力张拉后于24小时内根据箱梁已浇梁段的重量、标高、预应力、混凝土强度、弹性模量等实测值（均由施工单位提供），考虑挂篮变形、支座变形、墩沉降和温度影响，由施工控制程序进行分析计算后，提出下一梁段的立模标高值。2.5合拢段观测（1）合拢段是箱梁施工的重点之一，更是线形控制的难点，故应高度重视。(2)合拢段相邻悬臂施工的最后梁段施工前，应对相应梁跨进行联测，以确定最后梁段悬臂施工的立模高程，保证合拢精度。合拢段的高程观测应按6种工况进行实测：临时支承约束解除后、劲性骨架焊接前、浇筑混凝土前、后，张拉部分的预应力钢束后，劲性骨架解除后、张拉完所有预应力钢束后。（3）在现浇合拢段之前，线形控制小组配合施工单位对最大悬臂长度时温度变化及相应挠度变化进行24小时测量。（4）控制标准应按设计文件要求。若设计文件中无此要求，则应按公路桥涵技术规范的规定要求执行。2.6箱梁悬臂浇筑施工的主要精度要求（1）箱梁梁段的精度要求箱梁底、顶板中线误差10mm箱梁顶面高程±10mm箱梁底、顶板和腹板厚度误差±10mm,0mm箱梁底、顶板宽度误差±30mm箱梁高度误差±5mm,-10mm同跨对称点高程误差±20mm（2）箱梁悬臂现浇施工中，梁段高程和中轴线位置容许误差为高程±15mm，中轴线位置5mm。（3）悬臂现浇合拢的主要精度悬臂合拢的中线位置误差不大于10mm；悬臂合拢的高程差在±20mm之内。强调：箱梁每一节段悬臂施工过程中，应进行至少以下3个工况的挠度测量和高程控制测量：（1）挂篮就位立模板及浇筑箱梁混凝土前；（2）浇筑箱梁混凝土后，纵向预应力钢束张拉前；（3）纵向预应力钢束张拉后；为了尽量减少温度对观测的影响．观测时间安排在早晨太阳出来之前。在施工过程中，对每一节段需进行数次(至少一次)的观测，以便观察各点的挠度及箱梁梁轴曲线的变化历程，以保证箱檗悬臂端的合拢精度及桥面的线形。以上测量工况，除对当前施工节段进行高程测量外，同时对已施工的连续3个节段同时进行高程测量，以得到箱梁节段累计实际变形数据和线形。3．主梁应力监测在大跨度预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥上，主要测试大桥的桥墩