快速鐵路連續(xù)梁橋線形監(jiān)控分析

江阿蘭 黃嘉楠

(大連交通大學土木與安全工程學院，遼寧 大連 116028)

·橋梁·隧道·

快速鐵路連續(xù)梁橋線形監(jiān)控分析

江阿蘭 黃嘉楠

(大連交通大學土木與安全工程學院，遼寧 大連 116028)

以某快速鐵路某橋為研究對象，結合具體工程概況，介紹了該橋的線形監(jiān)控的方法以及線形監(jiān)控中采取的措施，并闡述了自適應控制方法能較好地應用于此類橋梁的線形控制。

線形監(jiān)控，自適應控制理論,連續(xù)梁橋,快速鐵路

0 引言

隨著高快速鐵路的建設和運營,越來越多的PC連續(xù)梁成為鐵路橋梁基礎設施之一，對鐵路橋的結構體系的布置、施工工藝特點、控制理論等也提出了新的要求。在橋梁的投入建設時，將受到多種確定和不確定影響的因素，如何衡量快速鐵路PC連續(xù)梁橋的質量，其有效辦法就是看各階段的實際標準與理想設計方案是否吻合。同時，根據(jù)PC連續(xù)梁橋采用懸澆法施工工藝的特殊性和主梁結構的復雜性，控制人員需在建設中認真分析每個階段的施工情況，應認真分析和處理并提供精確的預報數(shù)據(jù)。

1 工程概況

某快速鐵路時速200 km有砟軌道(80.6+128+80.6)m預應力混凝土連續(xù)梁橋，梁體上部結構如圖1所示。

結構主要基本參數(shù)：

1)主梁全長290.9 m，采用預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，計算跨度為(80.6+128+80.6)m，采用二次拋物線變化，跨中梁高9.963 m，邊跨長22.8 m，范圍內為直線段。

2)結構為單箱單室,采用三向預應力筋。主橋上部結構施工方法:采用托架施工0號塊,支架施工邊跨現(xiàn)澆段,其余梁段采用掛籃對稱懸臂澆筑施工。施工流程是:移動掛籃→綁扎鋼筋→澆筑混凝土→張拉各種預應力束→移動掛籃,循環(huán)以上步驟,直至合龍。合龍順序是先合龍邊跨,拆除主墩臨時錨固,再合龍中跨。

3)本梁按曲梁曲做設計，當連續(xù)梁位于變線間距地段時，橋面附屬設施及線路設備按對稱于梁體中心線布置。施工方法：主梁除0號塊和邊跨現(xiàn)澆段采用支架施工，中跨合龍段采用懸吊支架施工，其他階段均使用掛籃懸臂澆筑施工。

(80.6+128+80.6)m預應力混凝土連續(xù)梁跨某高速公路，橋下凈高大于5.5 m，施工平面布置圖及連續(xù)梁橋現(xiàn)場施工圖見圖2，圖3。

2 某快速鐵路大橋施工控制結構模擬

1)計算模型。根據(jù)設計圖的內容，對全橋總體結構建立有限元模型，對該橋進行了分析，計算各階段的主梁變形。

大橋計算模型如圖4所示。

2)施工階段劃分。82號和83號兩個主墩上按“T”構采用掛籃分段對稱懸臂澆筑。每邊分20段，合龍段在吊架上現(xiàn)澆，邊跨現(xiàn)澆段在支架上澆筑。采用合理合龍順序為先邊跨合龍，再中跨合龍。全橋總共劃分為75個施工階段。

3 線形控制的基本理論

3.1 立模標高的確定

在PC連續(xù)梁中隨著懸臂施工節(jié)段的不斷延伸，在施工過程中產(chǎn)生不確定撓度的變化量，主要由于結構自重逐步施加在已懸澆節(jié)段而產(chǎn)生的箱體位移變化。因此，需要及時提供成橋的立模標高在各施工階段中。但實際施工中，產(chǎn)生撓度變化的因素較多。所以撓度控制將影響到合龍精度和成橋線形，故對其必須進行精確的計算和嚴格的控制。以設計標高為計算依據(jù)，通過施工階段中的預拱度來計算出立模標高，要設置一定的預拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形。

3.2 懸臂施工位移監(jiān)測點布置及最優(yōu)施工控制方法

PC連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工時，由于撓度過大或突然增大過快都是危險信號，所以采用嚴格的監(jiān)測控制法來觀測施工中各梁段的高程及拱度變化等。以此來確定合龍前兩懸臂端的高程滿足規(guī)定值，確保成橋后橋面線形的平順性。

3.2.1 位移監(jiān)測點布置

主梁標高觀測斷面點一般布設在離梁段端部10 cm處，其頂板橫向布置5個監(jiān)測點，采用φ16鋼筋，要求鋼筋頂頭光滑，焊接時應高出橋面3 cm～5 cm，測頭并用紅油漆顯示明示點。高程測試采用TC1800全站儀(測量精度0.1 mm)或精密水準儀來進行測試。

1)0號塊高程測點布置。82號墩及83號墩的0號塊段分別在頂板布置7個觀測點，以作為懸臂澆筑施工的基準高程控制點，布置在0號段的基準點主要目的是控制頂板的設計標高。測點位置如圖5所示。

2)掛籃定位。監(jiān)控方會提供立模標高，我們會根據(jù)這個進行掛籃定位。需要設置的測點如圖6及圖7所示。

3)觀測的時間與內容。一般采用的監(jiān)測時間為清晨的太陽出來之前進行數(shù)據(jù)采集，主要是減小日照溫度帶來的撓度影響，主要內容包括：混凝土澆筑前，澆筑后，預應力張拉前,預應力張拉后，掛籃行走前,掛籃行走后，拆除掛籃后、邊(中)跨合龍前的高程測量。

4)精度控制。按TB 10415-2003鐵路橋梁涵工程施工質量驗收標準，主梁懸臂澆筑時，施工控制精度如表1所示。

表1 施工控制精度表 mm

3.2.2 施工最優(yōu)控制基本理論

1)自適應施工控制系統(tǒng)。對于懸臂澆筑的連續(xù)梁橋，施工中與計算模型中的參數(shù)取值有一定差距。要得到較準確的調整量，就應該根據(jù)施工中實測得到的數(shù)值，以使計算模型與實際結構自動適應結構的物理力學規(guī)律。圖8為自適應控制的原理圖。

2)參數(shù)識別。設計參數(shù)誤差就是我們在進行橋梁結構分析時所采用的理想設計參數(shù)值與結構實際狀態(tài)所具有的相應設計參數(shù)值之間的偏差，這是引起橋梁施工誤差的主要因素之一。現(xiàn)有研究成果表明，混凝土彈模量、結構自重及預應力損失這三個參數(shù)是影響結構計算結果的主要參數(shù)。在本橋的施工控制中按照自適應控制思路，采用“最小二乘法”對混凝土的彈性模量和容重進行參數(shù)識別和誤差分析。

4 控制成果

某快速鐵路連續(xù)梁橋施工控制的循環(huán)體系為：施工→量測→識別→修正→預告→施工，這一流程體系主要根據(jù)預測理想線形進行。而現(xiàn)實中的理論分析求得理想狀態(tài)還是實踐中都存在一定誤差，所以施工量測的主要目標就是對誤差進行分析校核，本橋共劃分20個懸臂段，每一節(jié)段需要觀測箱梁頂、底板的拱度，為控制分析提供實測數(shù)據(jù)。由于篇幅有限，下面僅列出82號墩20號塊的數(shù)據(jù)進行分析和中跨合龍后誤差分析。

4.1 實測位移與理論位移對比

82號墩20號塊實測線形、位移與理論結果對比見圖9，圖10。

從圖9和圖10可以得出，澆筑混凝土之后，懸臂結構呈下?lián)献冃?；張拉鋼束后，懸臂結構呈上撓變形；說明本橋監(jiān)控采用的計算參數(shù)反映了本橋的實際情況。

4.2 成橋線形

由圖11可以看出，張拉中跨預應力束后，梁體線形走勢與理論線形一致，梁體線形平順，滿足目標控制要求。

5 結語

1)將自適應控制方法及參數(shù)調整應用到PC連續(xù)梁橋施工控制系統(tǒng)，調整了本橋的數(shù)值模型。

2)該橋梁順利合龍，中跨合龍前合龍段兩端合龍誤差滿足規(guī)范及設計要求。成橋階段與設計線形的標高誤差均在1.0 cm以內，滿足目標要求。

3)由施工過程中所測梁體實際發(fā)生的位移與理論位移的比較可見，理論計算值和實時監(jiān)測值進行誤差分析、校核調整，以此來達到最終橋梁線形的平順性和二期鋪設要求。

[1] 張繼堯，王昌將．懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)梁橋[M]．北京：人民交通出版社，2004:1-4.

[2] 趙小龍．松花江大橋連續(xù)箱梁懸臂施工監(jiān)控技術研究與實踐[D]．石家莊：石家莊鐵道學院，2009.

[3] 武肖福．高速鐵路預應力混凝土連續(xù)梁施工工藝研究[D]．成都：西南交通大學，2008:1-2.

[4] 余錢華．大跨混凝土橋梁施工監(jiān)控中的應力分析與測試[J]．中國公路學報，2008(3):68-73.

[5] 陳武龍．某連續(xù)梁橋施工監(jiān)控中若干問題的研究[D]．合肥：合肥工業(yè)大學，2009.

[6] 姚長?。咚勹F路PC連續(xù)梁橋施工控制及收縮徐變效應研究[D]．大連：大連交通大學，2011.

Analysis on linear monitoring of rapid railway continuous beam bridge

JIANG A-lan HUANG Jia-nan

(Civil Engineering Safety Engineering College, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)

Taking a fast railway bridge as the research object, combining with specific project situation, this paper introduced the linear monitoring method of the bridge and should take measures in linear monitoring, and elaborated the adaptive control method could better apply to this type of bridges.

linear monitoring, adaptive control theory, continuous beam bridge, rapid railway

1009-6825(2014)31-0179-03

2014-08-25

江阿蘭(1975- )，女，教授； 黃嘉楠(1988- )，男，在讀碩士

U448.215

A