混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工監(jiān)控技術(shù)

顧小路

(湖北交投漢十高速公路運(yùn)營管理有限公司 武漢 430000)

前言

橋梁鋼筋混凝土材料具有的非均勻性和復(fù)雜性，如非彈性、開裂、時(shí)間效應(yīng)、鋼筋與混凝土之間的相互作用效應(yīng)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)分析結(jié)果不能準(zhǔn)確反映實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)[1-3]?；炷吝B續(xù)剛構(gòu)橋施工中橋梁線形易與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。通過理論分析，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)調(diào)整，以確定施工控制參數(shù)，可以使橋梁順利的合攏、成橋線形滿足設(shè)計(jì)要求、橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠[4-7]。

1 項(xiàng)目背景

某大橋位于省道322 線荊州區(qū)段，上跨河流。主橋上部結(jié)構(gòu)為(30+2×50+30)m四跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，是單箱單室箱型截面。主橋橋跨布置如圖1所示。6～8號墩是主橋橋墩，等截面的矩形薄壁實(shí)心墩柱(500cm×200cm)，高度22.987m、25.001m、22.598m。5號和9號橋墩為主橋引橋的過渡墩。

圖1 主橋橋跨

2 施工控制參數(shù)確定

該橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用逐段懸臂澆筑施工方法。對施工過程的每一工況下橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，是最基本的橋梁控制內(nèi)容。

考慮各梁段的單元自重、施工荷載、二期恒載、預(yù)應(yīng)力索的張拉力、溫度荷載等，采用MIDAS計(jì)算各施工階段的結(jié)構(gòu)形變、控制截面結(jié)構(gòu)應(yīng)變、應(yīng)力、內(nèi)力、結(jié)構(gòu)預(yù)拱度等如表1～2所示。

表1 四分之一截面應(yīng)力(MPa)

續(xù)表

注：負(fù)號為拉應(yīng)力，正號為壓應(yīng)力。

表2 合攏口關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)力(MPa)

注：負(fù)號為拉應(yīng)力，正號為壓應(yīng)力。

在該大橋施工預(yù)拱度控制中，數(shù)值計(jì)算運(yùn)用BP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)拱度預(yù)測和調(diào)整。用已澆段的標(biāo)高偏差訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)，建立輸入與輸出間的關(guān)系，預(yù)測后續(xù)施工偏差。結(jié)果表明，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際測量值接近。調(diào)整后，各截面施工預(yù)拱度如圖2所示。

圖2 施工預(yù)拱度

3 線形控制

對主橋箱梁的2個(gè)合攏口底板和頂板的相對高差進(jìn)行測量。梁頂合攏口測點(diǎn)位置示意如圖3所示，測量結(jié)果如圖4、圖5所示。該橋2個(gè)合攏口梁頂平均相對高差均小于20mm，屬正常合攏。

圖3 梁頂測點(diǎn)位置

圖4 6/7墩間合攏段高程

圖5 7/8墩間合攏段高程

該大橋預(yù)應(yīng)力鋼索張拉完后，測量右幅箱梁頂面標(biāo)高，中線頂板高程的測量結(jié)果如圖6所示。測點(diǎn)高程偏差為2mm，滿足要求。頂面高程整體施工控制較好，達(dá)到了施工監(jiān)控目的。

圖6 中線頂板高程

4 箱梁應(yīng)力測試與分析

該橋上部結(jié)構(gòu)箱梁布置有12個(gè)測試截面，主梁應(yīng)力測試斷面如圖7。其中，1-1、2-2、5-5、6-6、9-9、10-10為懸臂根部截面，4-4、7-7為中跨1/4截面，11-11、12-12為邊跨跨中截面，主要監(jiān)測施工過程中截面的縱向應(yīng)力[8-10]。在箱梁的每個(gè)應(yīng)力測試截面布置7個(gè)測試點(diǎn)，如圖8所示。

圖7 主梁應(yīng)力測試截面布置圖(單位：cm)

圖8 箱梁L/4應(yīng)力測試截面

利用縱向傳感器測量主梁箱梁的受力大小，并與設(shè)計(jì)值比較，進(jìn)行合理性評價(jià)分析，并及時(shí)將對比分析結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)單位、現(xiàn)場監(jiān)理單位、施工單位等，指導(dǎo)下一步施工，完成信息化施工控制的全過程。接下來以中跨L/4箱梁截面、箱梁合攏口應(yīng)力測量結(jié)果為例分析施工監(jiān)測控制過程。

(1)中跨箱梁L/4截面應(yīng)力測試

在中跨箱梁L/4截面懸臂現(xiàn)澆施工過程中，各節(jié)段澆注、張拉后，其上、下緣實(shí)測應(yīng)力變化情況如表3所示。其測試應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力的累計(jì)相差最大值分別為：L/4荊州側(cè)累計(jì)最大負(fù)值偏差-3.38MPa，在5#節(jié)段澆筑工況；無最大正值偏差。L/4松滋側(cè)最大負(fù)值偏差為-3.02MPa，在4#節(jié)段張拉工況；無最大負(fù)值偏差。全橋的應(yīng)力全量對稱性比較好。

表3 中跨L/4截面應(yīng)力變化表(單位：MPa)

(2)箱梁合攏口應(yīng)力測試

箱梁合攏張拉后，合攏口截面上下緣的應(yīng)力狀況如下。測試應(yīng)力均與計(jì)算應(yīng)力接近，說明張拉情況較好。實(shí)測應(yīng)力比計(jì)算應(yīng)力大0.08～0.80MPa。合攏口截面下緣壓應(yīng)力儲備分別為4.03～4.50MPa左右，符合要求。

表4 合攏口張拉完成后合攏口應(yīng)力(單位：MPa)

5 結(jié)論

大橋施工過程中，開展橋梁施工監(jiān)控工作，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算與分析，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，保證箱梁順利合攏，橋面線形處于受控狀態(tài)。利用性能穩(wěn)定可靠的傳感器，通過優(yōu)化測試手段，采用系統(tǒng)識別技術(shù)，加強(qiáng)誤差分析與處理，使結(jié)構(gòu)測試結(jié)果盡可能逼近結(jié)構(gòu)真實(shí)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地掌握結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。