基于應(yīng)變的橋墩垂直度監(jiān)控方法研究

耿　波,段瓊林,孔小軍,彭　左

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司,重慶市 400067;2.中鐵七局集團(tuán)有限公司,河南鄭州 450000)

基于應(yīng)變的橋墩垂直度監(jiān)控方法研究

耿波1,段瓊林2,孔小軍2,彭左2

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司,重慶市 400067;2.中鐵七局集團(tuán)有限公司,河南鄭州 450000)

以江西尋全高速公路為依托,研究基于應(yīng)變的山區(qū)橋梁高墩垂直度監(jiān)控方法。參考鐵路相關(guān)規(guī)范,根據(jù)橋墩高度得到墩頂位移的限值,然后采用數(shù)值模擬方法得出橋墩墩底兩側(cè)應(yīng)變差限值,通過(guò)實(shí)測(cè)墩底兩側(cè)應(yīng)變差來(lái)監(jiān)控橋墩垂直度,最后將該方法應(yīng)用于依托工程。

應(yīng)變;高墩;垂直度;施工監(jiān)控

0　引言

近年來(lái),隨著設(shè)計(jì)水平的提高和施工技術(shù)的成熟,高墩在山區(qū)橋梁建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越頻繁,墩身高度超過(guò)100 m的也已屢見(jiàn)不鮮「1]。大量的事實(shí)表明,橋墩設(shè)計(jì)的合理性以及施工質(zhì)量,往往決定了整座橋的質(zhì)量「2]。其中橋墩垂直度不僅影響著橋梁的穩(wěn)定性和承載能力,且對(duì)全橋的成橋線形、內(nèi)力分布以及施工安全性都有一定影響「3]。

測(cè)定高墩垂直度的方法中最簡(jiǎn)單的是懸吊垂線法,缺點(diǎn)是在高墩上面無(wú)法固定懸吊垂線的鋼絲。人們通常采用經(jīng)緯儀、光學(xué)垂準(zhǔn)儀、激光儀來(lái)測(cè)定高墩的垂直度「4],但光學(xué)儀器受到溫度的影響較大「5],增加了測(cè)試中的不確定性。

本文以江西尋全高速公路為依托,通過(guò)數(shù)值模擬方法研究基于應(yīng)變的山區(qū)橋梁高墩垂直度監(jiān)控方法,并將該方法應(yīng)用于依托工程橋墩垂直度監(jiān)控中。

1　工程概況

根據(jù)江西尋全高速公路的特點(diǎn),選取具有代表性的桂云山高架橋?yàn)橐劳泄こ?。桂云山高架橋位于尋全高速公路尋烏至信豐段(B6合同段)。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí),橋面凈寬9.75 m。地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)小箱梁,先簡(jiǎn)支后連續(xù),全橋共2聯(lián),跨徑布置為4×40 m+5×40 m。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用柱式臺(tái),1、7、8號(hào)橋墩采用實(shí)體墩,其余橋墩采用空心墩,墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。

本文選取桂云山高架橋右7號(hào)橋墩開(kāi)展數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),橋墩截面見(jiàn)圖1。

圖1　橋墩截面圖(單位:cm)

2　數(shù)值模擬分析

2.1方法簡(jiǎn)介

為了開(kāi)展基于應(yīng)變的山區(qū)橋梁高墩垂直度監(jiān)控方法研究,首先進(jìn)行高墩的數(shù)值模擬計(jì)算,本文采用Midas FEA模擬橋墩施工過(guò)程,尋找墩底兩側(cè)應(yīng)變差與墩頂位移之間的關(guān)系,期望通過(guò)監(jiān)控墩底兩側(cè)應(yīng)變差來(lái)達(dá)到橋墩垂直度監(jiān)控的目的。

我國(guó)公路規(guī)范未對(duì)橋墩墩頂水平位移進(jìn)行規(guī)定,本文參考斜拉橋、懸索橋主塔以及鐵路橋涵相關(guān)規(guī)定。斜拉橋、懸索橋主塔驗(yàn)收允許偏差為傾斜度不超過(guò)塔高的1/3 000且不大于30 mm?！惰F路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)》(TB10415-2003)「6]的要求施工中墩身中心線與設(shè)計(jì)位置的偏差度小于墩身高度的1/3 000且不大于20 mm。本文依托工程橋梁右7號(hào)墩高度為55.15 m,故橋墩墩頂水平位移限值為18.38 mm。通過(guò)數(shù)值模擬分析計(jì)算出墩底兩側(cè)應(yīng)變差與墩頂位移的關(guān)系,即可得到墩底兩側(cè)應(yīng)變差的限制。

2.2有限元模型

采用有限元軟件Midas FEA建立橋墩模型,橋墩截面見(jiàn)圖1,墩高55.15 m。有限元模型共有節(jié)點(diǎn)5 832個(gè),單元61 640個(gè)。墩身采用C35混凝土,承臺(tái)采用C30混凝土。有限元模型見(jiàn)圖2。

圖2　有限元模型

模型邊界約束為承臺(tái)底部固結(jié),施加的荷載除了自重以外,還施加了橋墩兩側(cè)溫差,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),采用橋墩兩側(cè)平均溫差2.81℃。模擬橋墩從第8模施工到第24.5模的過(guò)程,其中每模高度為2.25 m。

他把杯中已經(jīng)冰冷的咖啡一下子倒進(jìn)嘴里，舔了一下嘴唇，翻開(kāi)餐譜。他摸著她點(diǎn)過(guò)的那些食物的圖片，感覺(jué)一會(huì)兒光滑溫軟如女子的肌膚，一會(huì)兒又冰冷堅(jiān)硬如冬天的巖石。敦禮合上食譜，重又窩回沙發(fā)，閉上眼睛，沉浸在那片月光里。

2.3計(jì)算結(jié)果

選取與實(shí)際傳感器布置點(diǎn)一致的10個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析,提取墩底和墩底4.5 m處各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變,墩底截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變見(jiàn)表1,墩底4.5 m處截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變見(jiàn)表2,表中應(yīng)變拉為正,壓為負(fù)。

由表1可以得出,橋墩墩底兩側(cè)應(yīng)變差最大值為30.28με,由表2可以得出,橋墩墩底4.5 m處兩側(cè)應(yīng)變差最大值為27.87με,該最大值可作為實(shí)測(cè)橋墩應(yīng)變差來(lái)監(jiān)控垂直度的參照值。

表1　墩底截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變

表2　墩底4.5 m處截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變

3　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

3.1測(cè)點(diǎn)布置

本文在橋墩墩底及4.5 m截面處埋設(shè)振弦式傳感器測(cè)量應(yīng)變,測(cè)點(diǎn)布置在角點(diǎn)、短邊中點(diǎn)以及長(zhǎng)邊3分點(diǎn)處,傳感器編號(hào)及測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖3和圖4。

圖3　墩底傳感器編號(hào)及測(cè)點(diǎn)位置圖

3.2傳感器埋設(shè)與數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)盡量選擇無(wú)風(fēng)、上部無(wú)施工偏載的情況下進(jìn)行,以保證實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)采集工作照片見(jiàn)圖6。

圖6　墩底應(yīng)變數(shù)據(jù)采集

3.3數(shù)據(jù)分析

將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理,得到施工過(guò)程中橋墩兩側(cè)的平均應(yīng)變變化曲線,墩底兩側(cè)應(yīng)變變化曲線見(jiàn)圖7,墩底4.5 m處兩側(cè)應(yīng)變變化曲線見(jiàn)圖8,圖中橫坐標(biāo)以澆筑混凝土模數(shù)表示,縱坐標(biāo)為平均應(yīng)變。

圖7　墩底平均應(yīng)變變化曲線

圖8　墩底4.5 m處平均應(yīng)變變化曲線

從圖7可看出,橋墩墩底兩側(cè)應(yīng)變均為壓應(yīng)變,且隨著上方混凝土的澆筑,兩側(cè)壓應(yīng)變均不斷增加。兩側(cè)應(yīng)變的差值反應(yīng)了橋墩的垂直度狀況。從圖中可知,橋墩高度較低時(shí),兩側(cè)應(yīng)變差值較小。隨著橋墩高度的增加,兩側(cè)應(yīng)變差值相對(duì)較大,最大應(yīng)變差值為11.7με,小于墩底應(yīng)變差限值30.28με,施工過(guò)程垂直度控制滿足規(guī)范要求。

從圖8可看出,橋墩兩側(cè)應(yīng)變均為壓應(yīng)變,可能受上部施工荷載影響,其值隨著凝土的澆筑來(lái)回波動(dòng)。從圖中可知,橋墩4.5 m處兩側(cè)應(yīng)變差值相對(duì)較大,最大應(yīng)變差值為20.5με,但仍小于墩底應(yīng)變差限值27.87με,施工過(guò)程垂直度控制滿足規(guī)范要求。

4　結(jié)語(yǔ)

本文采用Midas FEA進(jìn)行橋墩施工過(guò)程模擬,通過(guò)墩頂位移限值計(jì)算出墩底兩側(cè)應(yīng)變差限值,以該限值為參照進(jìn)行橋墩垂直度監(jiān)控。通過(guò)墩底截面及墩底4.5 m處截面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)監(jiān)控,其應(yīng)變差值均未超過(guò)相應(yīng)的限值。通過(guò)本文的研究,證明了基于應(yīng)變的橋墩垂直度監(jiān)控方法的可行性,可為類似工程垂直度監(jiān)控提供參考。

「1] 陳健.公路橋梁高墩施工階段穩(wěn)定性分析與施工控制技術(shù)「D].湖北武漢:武漢理工大學(xué)，2012.

「2] 方鴻.跨鐵路高墩連續(xù)剛構(gòu)橋穩(wěn)定性研究及風(fēng)險(xiǎn)分析「D]. 湖南長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2012.

「3] 李易蓉.橋梁高墩的垂直度控制 「J].中國(guó)水運(yùn)，2009，9(5): 224-225.

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「5] 宋嘉.超高墩垂直度控制技術(shù)與限值研究「D].重慶:重慶交通大學(xué)，2012.

「6] TB10415-2003，鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)「S].

U442.4

A

1009-7716(2015)12-0048-03

2015-08-07

江西省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2014C0004)

耿波(1979-),男,山東淄博人,高級(jí)工程師,博士,從事橋梁科研工作。