矮塔斜拉橋監(jiān)控淺析
2018-04-02
0引言
橋梁施工監(jiān)控是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，尤其對于使用懸澆或者懸拼施工方法施工時，其是必不可少的。橋梁施工監(jiān)控以成橋后的狀態(tài)為目標(biāo)，在各施工階段測出梁體的應(yīng)力和高程的實際情況與理論狀態(tài)相對比，找出誤差，分析誤差，及時反饋并在下一施工節(jié)段修正，確保工程的安全性、合理性。最終使結(jié)構(gòu)達到設(shè)計和施工規(guī)范的要求。
工程概況
梁跨徑組成為60+100+600米，為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋。主橋?qū)?2米,見圖1。本橋采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的體系，墩頂設(shè)支座，目的是使部分斜拉橋的受力更加接近梁式體系，受力明確，結(jié)構(gòu)簡單。中間主跨為通航孔。全橋滿足通航凈寬、凈空要求，同時滿足東西大堤通車和防洪通道要求。
采用單箱三室大懸臂截面，外腹板采用豎直腹板形式，箱梁頂板寬度為22米，箱梁底板寬度為15.5米。主墩墩頂根部梁高4米，向中、邊跨方向46米范圍內(nèi)梁高變化采用2次拋物線，其余為等高梁段，梁高2.2米。斜拉索錨固區(qū)均設(shè)橫隔板，邊室橫隔板厚度為40厘米，中室橫隔板厚度為40厘米。
算塔高18米，采用實心矩形截面。布置在中央分隔帶上，塔身上設(shè)鞍座，以便拉索通過。斜拉索橫橋向呈單排布置，鞍座亦設(shè)單排。
圖 1有限元模型示意圖
施工過程仿真分析
本橋有限元模型建立完成后采用了倒裝分析法對全橋應(yīng)力和線形進行了分析計算，如圖2所示。倒拆計算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順的逆過程來進行結(jié)構(gòu)行為分折。倒裝計算法的目的就是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段理想的安裝位置(主要指標(biāo)高)和理想的受力狀態(tài)。眾所周知，一座大跨度橋梁的設(shè)計圖只給出了橋梁結(jié)構(gòu)最終成橋狀態(tài)的設(shè)計線形和設(shè)計標(biāo)高。但是橋梁結(jié)構(gòu)施工中間各狀態(tài)的標(biāo)高并沒有明確給出．要想得到橋梁結(jié)構(gòu)施工初始狀態(tài)和施工中間各階段的理想狀態(tài)，就要從設(shè)計圖中結(jié)出的最終成橋狀態(tài)開始，逐步地倒拆計算來得到施工各階段中間的理想狀態(tài)和初始狀態(tài)。只有按照倒裝計算出的橋梁結(jié)構(gòu)各階段中間狀態(tài)(主要指標(biāo)高)去指導(dǎo)施工．才能使橋梁的成橋狀態(tài)符合設(shè)計要求。當(dāng)然，在橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制中，除了控制結(jié)構(gòu)的高程和線形之外，同樣要控制結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，它與線形控制同樣重要。正因為卸裝計算法有這些特點，所以它能適得用于各種橋形結(jié)構(gòu)的安裝計算．尤其適用于以懸臂施工為主的大跨度連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋和斜拉嬌。
圖 2倒拆分析流程圖
監(jiān)控結(jié)果分析
線形監(jiān)測
結(jié)構(gòu)線形監(jiān)測的目的是分析各梁段實際的高程沉降與抬升與理論趨勢是否相符合，并為提供下一階段的立模標(biāo)高提供參考依據(jù)。橋梁線形監(jiān)測基準(zhǔn)點宜取在沉降較小或者沉降可忽略不計的梁體處，因此本橋梁基準(zhǔn)點取在主梁0#梁段（主塔附近），現(xiàn)以最大懸臂施工階段主梁的端部相鄰的三個截面的抬高情況作出對比和分析。同時對成橋后的線形進行擬合，從直觀和擬合兩方面來評價監(jiān)控在線形方面控制的結(jié)果。見圖表所示。
圖 3截面高程測點布置圖（剖面）
圖 4全橋高程變化曲線
圖 5半跨直線段高程變化擬合曲線
表 1高程數(shù)據(jù)對比
由表中數(shù)據(jù)可知，實際截面抬升較理論抬升略小，這主要是立模偏差、溫度效應(yīng)、以及預(yù)應(yīng)力張拉損失造成的，其中測量誤差也是一方面因素。但得到實測值與理論值相差在±6mm以內(nèi)且不大于懸臂長度的1/3000，滿足要求。大橋橋面標(biāo)高控制理想，以跨中為中心為一豎曲線，根據(jù)擬合直線函數(shù)可以求得縱坡為2.495%，較設(shè)計采用的2.5%縱坡非常接近。
應(yīng)力監(jiān)測
應(yīng)力測試主要包括應(yīng)變計的調(diào)試，埋設(shè)后頻率與溫度的測量，測量結(jié)構(gòu)的計算與分析三大部分。本橋應(yīng)變計的埋設(shè)主要設(shè)置在彎矩最大處和正負變化處。根據(jù)測量結(jié)果與理論應(yīng)力之間還是有一定的誤差，其主要原因是混凝土的收縮、溫度的變化、儀器本身的誤差，對于寬箱梁來說剪力滯效應(yīng)也不能忽略?？傮w而言應(yīng)力的傳遞還是符合要求的，說明已施工梁體間存在應(yīng)力傳遞，且剛度適宜。索力的測試采用的是振動頻率法，利用信號采集儀以及公式測出相應(yīng)的索力。
索力與頻率之間的關(guān)系為：
式中m為單位索長質(zhì)量，L為索的振動長度，n為索的振動階數(shù)，為第n階振動頻率。本橋索力測試數(shù)據(jù)證明索力精度良好。
結(jié)論
本文通過對合肥某斜拉橋的計算分析和監(jiān)控，得出結(jié)論如下：主橋線形比較美觀，取得了理想的效果，通過對成橋之后的線形測量以及擬合，實際坡度與設(shè)計坡度很接近，說明線形的監(jiān)控有效，保證了截面的橫向一致性和縱向順滑性，施工是嚴(yán)格按照監(jiān)控進行的。主梁的應(yīng)力在在個別點比較大，有應(yīng)力集中現(xiàn)象，說明此部位混凝土收縮大，這與混凝土澆筑時候的振動不到位有關(guān)，也需要對混凝的收縮性進行更深層次的研究。
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