XX大桥施工监测及成桥荷载试验方案.docx
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XX大桥施工监测及成桥荷载试验方案
潮白河大桥施工、运营监控及竣工荷载实验方案
一、工程概况
潮白河是北京市第二大河,河道宽浅,中间有明显的行水深槽,两侧行洪滩地开阔,百年一遇洪水位39.3m,无通航要求。
京承高速公路与潮白河交叉断面位于密云县耿辛庄村东。
潮白河大桥全长919.18m,宽29.5m,双向六车道;主桥为三塔矮塔斜拉桥,长384m,主跨径120m;两侧引桥为三跨和四跨预应力混凝土连续梁桥,单侧引桥长267.59m。
桥梁中线与河道交角为53度。
潮白河大桥主桥跨径组合为72m+120m+120m+72m,中间桥塔处为梁塔墩固结,两侧桥塔处为梁塔固结,在桥墩—卜设置支座。
主梁采用单箱3室箱形结构,梁高由4.2m按照二次抛物线型式渐变到2.2m。
边室项板厚26cm,底板厚24cm;中室顶板厚50cm,底板厚24cm:
中腹板厚60cm,边腹板厚80cm。
主梁采用三向预应力结构。
纵向预应力和横向预应力采用钢绞线,竖向预应力采用高强精轧螺纹粗钢筋。
主桥共有三个索塔,布置在中央分隔带上。
索塔桥面以上高21.5m,上塔柱采用工字型截面,断面尺寸为4.4mX3.Om;中塔柱采用实体截面,截面尺寸为4.4mX2.0m。
每个索塔上挂8对斜拉索,在横向分为2排。
斜拉索在塔上间距为0.8m,通过鞍座穿过塔身。
鞍座采用分丝管形式,每根分丝管穿一根钢绞线,以便将来可以单根换索。
索鞍的斜拉索出口处设抗滑锚板,以防止钢绞线滑动。
斜拉索在主梁上间距5m,锚固在箱梁中室内,相应位置设置一道横隔梁。
其设计标准为设计荷载汽车-超20级,验算荷载挂车-120;桥面横坡:
双面坡2%;基本风:
600Pa;地震烈度:
基本烈度8度,按8度设防,按9度采取抗震措施;水位和流量:
100年一遇设计洪水位39.3m,设计洪峰流量3570m3/s。
该桥监控及竣工验收工作难点:
密索结构,每塔16对斜拉索,共计48对96条索力监控;因斜拉索较多,应力控制截面多;该桥为变截面箱型桥梁,应对变截面处应力进行监测;箱型桥梁有外伸大悬臂须进行监控;三向预应力结构,需三向监控;为保证运营监测效果,竣工验收测试频率和振型较多;根据以上因素及设计人员意见,梁、墩柱共需要90余个应力控制截面监测和30余个温度控制截面。
二、施工监测方案
1,监测目的
根据设计要求,潮白河大桥主桥为斜拉桥,兼有普通斜拉桥和连续梁的特点,为保证成桥线型和运营阶段的索力在合理范围内,需进行施工控制。
2,监测内容
(1)梁施工过程中,进行水化热温度和梁体预应力体系各项瞬时损失的测试,对施工工艺和工程质量控制提出建议,指导施工。
(2)在梁体预应力束张拉、斜拉索张拉、施工支架拆除前后,进行主梁线性变化和塔顶位移、关键截面应力及斜拉索索力的测试,控制主梁预应力效果和斜拉索的索力。
(3)全桥合龙、临时墩拆除、梁体预应力束张拉完成结构体系转换和斜拉束束力、桥面线性、塔顶位移、斜拉索索力的测试,提出控制和调整意见,确保成桥的质量。
3,施工监测阶段
(1)主梁预应力张拉过程中混凝土应力的监测。
(2)斜拉索张拉过程中混凝土应力和位移的监测。
(3)施工支架拆除过程中混凝土应力、位移、反力的监测。
(4)成桥前后调整索力阶段混凝土应力、索力、桥面线形、塔顶位移的监测。
4,监测方法:
自适应控制方法。
自适应施工控制基本原理
预应力混凝土斜拉桥,在设计时确定了每个施工过程的操作以及应达到的目标,但是,这个目标在施工中难以实现,为了实现这个目标,需要建立有限元模型,在施工过程中根据实测数据对有限元模型进行反复修正,这样,随着数据的积累,有限元模型逐渐与施工实际状况吻合,比较好的预测施工状况和控制施工状况。
5,施工控制方案编制依据
(1)、《京承高速潮白河斜拉桥施工图设计》—北京市市政工程设计研究总院
(2)、《公路斜拉桥设计规范》—人民交通出版社1997
(3)、《公路桥涵施工技术规范》—人民交通出版社2000
(4)、《公路桥涵设计通用规范》—人民交通出版社(JTJ021-89)
(5)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》—人民交通出版社(JTJ023-85)
6、施工控制主要工作程序
(1)、理论计算
施工控制的理论计算是在进行施工阶段控制监测之前,前期复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。
按照施工和设计所确定的施工顺序,以及设计所提供的基本参数,采用MADS及ANSYS桥梁结构分析软件进行施工过程的模拟计算,得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等状态控制数据,与设计相互校对确认无误后再作为斜拉桥施工控制的理论依据。
通过理论计算需要确定的理论数据为:
施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据,包括:
主梁标高、主梁轴线偏位、主塔偏位、索力以及控制截面应力。
施工控制数据理论值,即初张索力和立模标高。
(2)、施工过程结构应力、索力、变位及温度监测
结构应力控制
本项施工监控,在施工过程中保证各主要受力部位的应力在预想和容许的范围内,以保证结构在施工期间的安全性,测量的应力同时可以修正施工控制理论计算的参数取值,校核理论分析的准确性。
主梁应力监测
主梁纵向应力测试断面选择在施工过程中应力控制截面以及成桥后活载作用的控制截面,包括:
塔根部附近断面、斜拉索与主梁接触点处截面(主梁拉索处测试断面在各塔对称布置)、边跨及中跨无索区的跨中断面。
如图5-1所示,主梁纵向控制断面共计28个。
在每个主梁纵向控制断面上的测点布置重点是测试截面上、下缘处的钢筋及混凝土应力值(见图5-2)。
主梁纵向应力测点全桥共计320个。
主梁横向应力测试断面选择在3个塔根部的大横梁、2个中跨跨中的无横梁处、以及中塔的4#和12#拉索的小横梁断面。
主梁横向测试控制断面共计7个。
每个断面上应力测点布置见图5-3。
主梁横向应力测点全桥共计47个。
主梁竖向应力测试断面在8、10号轴索塔的拉索区分别选取塔根截面和1#、8#、9#、16#斜拉索截面,在9号轴索塔的拉索区选取塔根截面和1#、4#、8#、9#、12#、16#斜拉索截面(如图5-4),每个断面上应力测点布置见图5-5。
主梁竖向应力测点全桥共计17*4=68个。
图5-5、主梁竖向应力测点横断面布置图
索塔应力监测
中塔和两个边中塔在桥面以上一定高度位置(桥面以上1米)、最低一对斜拉索、中间一对索和最高一对斜拉索处布置应力应变量测断面(图5-6),每个量测断面上布置应力、应变测点,如图5-7。
索塔应力应变测点全桥共计96个。
图5-7、索塔应力测点横断面布置图
斜拉索索力监测
在每一块件施工工况有重大改变时(如,主梁混凝士浇筑后、结构体系转换后等),均需进行索力监测。
斜拉索索力监测采用频谱分析法,用“JMM-268型智能信号采集处理分析系统”的仪器(索力动测仪)进行索力测试。
同时在锚下安装高精度荷重压力传感器,作为斜拉索张拉索力标定值,即利用锚索计的精确读数来标定测索仪所测的同一批张拉索的索力值。
中塔和两个次中塔需进行索力监测的斜拉索共计48对。
墩柱应力应变监测
斜拉桥主桥中塔墩柱(9号轴)和两个边塔墩柱(8、10号轴)在墩底(承台以上50cm处,图5-8)和边塔墩柱墩顶台帽中埋置墩柱应力测点(图5-9)。
图5-8、墩底应力测点布置图
图5-9、边塔墩顶应力测点布置图
结构变形观测
结构变形观测内容包括:
主梁标高、主梁轴线偏差、墩柱及索塔变位。
主梁标高、轴线偏差测量
主梁标高、轴线偏差测量需要在每一个主要施工步骤的实施前后测量主梁标高,立模标高及结构体系转换后的标高测量。
沿桥纵向主梁标高、轴线偏差测点布置测量断面与主梁纵向应力、应变测试断面一致(见图5-1),每个测量断面3个测点(见图5-10)。
全桥主梁标高、轴线偏差测点共计28*3=84个。
图5-10、主梁结构变形观测测点横断面布置图
通过主梁标高、轴线偏差测量,调整立模标高,控制主梁线形,以保证浇筑的斜拉桥主梁与先期浇筑完成的边墩墩顶上的主梁的顺利合拢,并保证成桥线型光顺,同时应使桥面线型在经过若干年的混凝土收缩徐变后也符合使用要求。
墩柱、索塔变形观测
主桥中塔(9轴)和两个边塔(8、10轴)均布置三维位移观测点,在每一个塔位处的墩底(承台顶面)、塔根及塔顶位置安装永久性位移观测测点,形成每个塔位的竖向三维位移观测断面,通过高精度水准仪及GPS卫星定位系统来检测墩柱、索塔在施工浇注及索束张拉过程中的偏位。
墩柱、索塔变形观测测点全桥共计3*3=9个。
温度测量
桥梁施工过程中,环境温度的变化及日照温差会影响到结构体系内的内力分布。
结构的温度变形还影响到测量的精度,跨季节的体系温度差及主梁的顶底板温差也是难以完全消除的。
因此,进行温度观测是十分必要的。
温度数据采集可直接应用于施工控制分析中的温度效应修正。
在施工控制实施中针对特征季节(夏季、冬季)和特征天气状况(晴天、阴雨天),选择代表性的时段进行构件温度场的测量,同时进行环境温度的连续观测,以掌握该条件下的主梁、索塔和斜拉索以及墩柱的温度分布规律,模拟各构件的特征数据温度场,为施工控制的理论计算提供科学的温度修正特征数据,并为桥梁合拢时机提供参考。
温度测量包括:
施工阶段环境温度,梁塔索构件的温度场分析。
环境温度的测量安排在各施工进行阶段及相应的线形测量阶段,利用温度计测量桥位处的大气环境温度。
在施工场地的地面及桥面分别安排2个环境温度测量测试点(全桥4个),相互校核。
构件温度场:
梁、塔、墩柱及承台的温度测点通过温度传感器测量。
主桥主梁温度量测截面选取在三个塔位的大体积浇注横梁及两个中跨跨中截面(图5-11)。
图5-11、主梁温度量测测点布置图
主桥承台温度量测测点,在每个塔位的大体积浇注混凝土承台中布置温度量测测点5个,主桥承台温度量测测点共计3*5=15个。
主桥墩柱及索塔温度量测测点,选取每个塔位的墩柱中部、索塔的底部和顶部作为墩柱及索塔温度量测断面,每个断面上布置5个测点。
7、施工控制组织计划
本桥施工控制的现场实施工作将在桥梁施工进入主桥桩基基础施工后进行。
施工控制的实施细则将根据施工单位具体实施的施工方法和施工程序进行编制。
为保证施工控制工作的顺利进行,及时、准确地按照监控组提出的控制数据进行施工,并将实施结果反馈给监控组进行误差分析,必须形成一个严密、科学的施工监控组织计划。
主桥施工控制框图
在形成一个施工监控组织计划的同时,必须建立一个完善的施工监控体系(监控组)。
这一体系包括以下各单位:
建设单位、监理单位、设计单位、施工单位及施工监控测试单位。
本桥的施工监控工作将在业主的协调下,在监理的监督下,在设计和施工单位的密切配合下进行。
施工控制测试单位将及时采集索力、主梁应力等有关数据,并计算预报每个节段的控制标高及张拉索力,紧密配合施工,保证施工正常进行。
施工单位应按监控单位的要求,按照规定的格式和时间测定和提供有关数据,并严格按照监控单位提出的控制数据进行施工。
8、施工监测主要仪器设备数量
序号
名称
型号
性能指标
数量
1
振弦应变读数仪
GK403
测试范围:
0-5000uɛ
6台
2
NDAU数据采集仪
NDAU1403
测试范围:
0-5000uɛ
6台
3
测温读数仪
GK403
测试范围:
-50—200℃
2台
4
精密水准仪
DSG-32
测试精度:
±1mm
3台
5
TCA-1800A型全站仪
TCA-1800A
线坐标1mm
3台
6
索力测试仪
SL-2A
测试精度:
±3%
3台
7
2000KN万能试验机
FCS-2000
最大负荷:
2000KN
2台
8
5000KN压力传感器
最大负荷:
2500-5000KN
24台
9
内埋振型式应变计
测试精度:
±1uɛ
240个
10
外贴振弦式应变计
测试精度:
±1uɛ
270个
11
位移计
LVDT
测试精度:
±0.005mm
16个
12
内埋温度传感器
测试精度:
±0.5℃
180个
13
桥面线性测点
45个
14
塔顶位移测点
3个
15
三维变形测量系统
3套
16
便携式计算机
6台
17
专业照像机
1台
18
测量导线
26000米
9、施工阶段监控测试人员组成
序号
姓名
年龄
学历
职务(职称)
从事专业
在课题中的主要分工
1
包琪玮
44
硕士
市政院总工
桥梁设计
总指导、技术顾问组长
2
刘庆仁
45
学士
市政院四所总工
桥梁检测
全面负责、施工监测组长
3
张宏远
40
博士
市政院一所
桥梁设计
应力监测指导
4
惠斌
40
硕士
市政院一所
桥梁设计
数据分析处理
5
刘能文
46
学士
市政院四所高工
桥梁监测
混凝土温度监控总负责
6
张连普
33
学士
市政院四所高工
桥梁监测
应力测试负责人
7
王琛妹
26
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
箱梁预应力监控负责人
8
张恺
32
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
桥梁线形总负责
9
马喜英
28
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
计算分析
10
辛晓琪
29
学士
市政院四所工程师
桥梁结构
计算分析
11
张玉石
25
学士
市政院四所工程师
桥梁结构
计算分析
12
薛培明
27
学士
市政院四所工程师
桥梁研究
计算分析
13
王进
36
学士
市政院四所工程师
道桥监测
现场监测负责人
14
王章永
28
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
现场监测
15
袁铁军
27
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
现场监测
16
赵莹
43
学士
市政院四所高工
桥梁监测
现场监测
17
王长海
29
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
现场监测
18
徐建华
25
学士
市政院四所工程师
桥梁监测
现场监测
19
蒲燕蓬
33
学士
市政院四所高工
桥梁监测
应力测试负责人
20
陈川宁
34
学士
市政院四所高工
桥梁监测
现场负责人
21
张恺
35
学士
市政院四所高工
桥梁监测
线形监控负责人
22
杨红霞
32
硕士
奥科瑞高工
桥梁监测
参与测试方案制定及项目协调
以上人员分别组成技术顾问小组、协调小组、监控数据分析及反馈小组。
技术监督与顾问小组负责对施工阶段测试的实施方案及反馈数据进行审核,并提交监理、设计及施工单位后,批准测试小组进行下一步工序的测试和数据采集工作。
同时,技术监督与顾问小组处理施工中与施工阶段监控测试有关的突发事件,有力地保障测试工作的顺利、有序的进行。
协调小组负责协调本项工程的建设、监理、设计、施工及监控测试各方,理顺在施工工序与监控测试工作发生时间交叉或冲突时的相互关系。
保证在不影响施工进度的前提下,为监控单位提供充裕的测点埋设、安装的时间和便利条件。
监控数据分析及反馈小组将已获取的实验测试数据进行整理与分析工作,并及时准确地提交技术监督与顾问小组,便于技术监督与顾问小组做出正确的判断,指导施工单位进行下工序的施工工作。
三,竣工验收荷载试验方案
1、试验目的
(1)通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度,并与理论计算值比较,拟检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符。
(2)通过测定桥跨结构的自振特性以及在试验动荷载作用下桥跨结构的动力反应,拟评定实际结构的动力性能。
(3)通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析,对实际结构作出总体评价,为交工验收提供技术依据。
2、试验依据
(1)、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计规范》(1989年合订本)
(2)、中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071-98)
(3)、中华人民共和国行业标准《公路养护技术规范》(JTJ073-96)
(4)、《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(“铁组”YC4-4/1978科研专题)
(5)、设计方提供的设计施工图纸以等
3、荷载试验的项目内容
主桥交工验收荷载试验包括以下主要项目内容:
(1)结构外观质量检验
(2)恒载作用下斜拉索索力的测定
(3)结构静力荷载试验
(4)结构动力荷载试验
4,实验方法
结构外观质量检查实施方案
为便于试验有的放矢和合理评定试验测试结果以及正确解释试验现象,在试验前通过结构外观质量检查和对有关资料的搜集分析,以达到对试验结构的全面了解。
试验前,试验人员应视试验实施的具体需要向业主、设计、施工和监理等有关方面搜集以下相关技术资料:
(1)、设计资料,包括设计图纸、变更设计和有关设计计算资料等;
(2)、施工和监理资料,包括材料性能试验报告、施工观测记录、隐蔽工程验收记录、各分项或分部工程验收报告、工程质量事故及其处理情况等。
在试验前,应组织专业检查人员对桥跨结构各部件进行下述内容的实物检查,以实现对试验结构的充分考察。
(1)、结构各部件几何尺寸和线形等的测定。
该部分数据主要采用施工单位在桥梁完工后的实测结果。
(2)、结构各部件安装情况的调查。
(3)、结构各部件表面缺损状况和构件变形情况的检查。
恒载作用下斜拉索索力测定实施方案
斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一。
恒载作用下斜拉索的索力状态基本反映了整座斜拉桥恒载作用下的内力状态。
对于预应力混凝土斜拉桥,恒载索力在恒活载索力总和中所占比例较大,对于主梁和索塔来说恒载索力可以看作是一种长期作用的外力,如果斜拉桥的实际索力与设计索力不相符合时会引起梁和塔的附加内力,直接影响上部结构的变形状态。
因此,桥梁完工以后的斜拉索的实际恒载索力,是桥梁设计者最关心的问题之一,其也就成为完工试验的一个重要组成部分。
(1)索力测定方法
用环境随机振动法测定斜拉索的索力。
实际采用专用夹具将加速度计固定在斜拉索上,以测定拉索的横向振动.测量时不必对被测索进行人为激励,加速度计将索的随机振动信号转变成电信号经放大器放大后送到FFT信号分析仪中进行谱分析,得到拉索的横向振动频率,再经分析得到索力。
为了能精确地测量恒载索力,索力的测定应在拉索减振器安装以前实施,但为了便于今后监测索力的变化,最好在拉索减振器安装完毕后再测一遍每一根拉索的频率,根据某一根拉索减振器安装前后两次测得的频率值就可算出该索的换算索长,以便于日后在测得拉索频率用以计算索力时考虑减振器对拉索的约束作用,取换算索长代替实际索长进行索力计算。
静力荷载试验实施方案
桥梁静力荷载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,加以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。
它是检验桥梁结构实际性能,如结构的强度、刚度等最直接、最有效的方法。
静力试验荷载确定原则
所需加载车辆的数量,将根据设计标准活荷载产生的该试验项目如内力、位移等的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得。
式中:
η—静力试验荷载效率;
Sstate—试验荷载作用下,某一试验项目最大计算效应值;
S—设计标准活荷载不计冲击作用时产生的该试验项目的最不利计算效应值;
(1+μ)—设计计算取用的冲击系数。
试验项目和加载工况
(1)、检验箱梁控制截面在对称荷载作用下最不利剪力效应;
(2)、检验箱梁控制截面最不利弯矩和挠度效应,分对称荷载和偏心荷载两个工况;
(3)、对索塔塔顶水平和纵向位移进行观测。
动力荷载试验实施方案
动力试验荷载及其作用方式
(1)、脉动试验,在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下,测定桥跨结构由于桥址处风荷载、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应。
为满足桥梁竣工后监测要求,测试桥梁前30阶频率及振型。
(2)、无障碍行车试验,在桥面无任何障碍的情况下,用两辆载重汽车(总重约300kN)分对称(两辆载重汽车)和非对称(一辆载重汽车)两种情况,以10、20、30、40km/h……的速度驶过桥跨结构,测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力反应。
(3)、有障碍行车试验,其动力试验荷载及其作用方式与无障碍行车试验相同,不同的是需在桥跨结构两中跨跨中设置长度与行车道宽度相同,高度为7cm的障碍物(障碍物是横断面底宽为40cm、矢高为7cm的弓形木板),模拟桥面铺装局部损伤状态,测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动力反应。
(4)、刹车制动试验,动力试验荷载同无障碍行车试验。
动力测试系统示意图
5、测试仪器
见后页表格
静动载试验主要仪器设备数量
序号
名称
规格
数量
备注
1
MDAC静态应变测试系统
两套
2
3815数据记录仪
两套
3
光电桥梁挠度仪
BJQN-4型
二套
4
静态应变仪
YJ26、YJ18
各两套
5
位移传感器
管型50~100mm
98个
配测量线
6
百分表
24个
配磁性表座
7
应变传感器
200个
8
应变片
4mm
400个
9
智能信号采集处理分析仪
INV-360D
两套
10
磁带记录仪
SR-70C
两套
11
全站仪
GTS-6A
两套
12
经纬仪
J2
两套
13
水准仪
两套
14
PN结点温度计
八套
15
拾震器
891-S、891-Z
各48个
16
连通管测量装置
40测点
一套
配四个水箱
17
放大器
701-5型
6套
18
动态应变放大器
YF3型
6通道
19
便携式微机
六套
20
压电加速度计
32个
21
多通道放大器
3台
22
多通道磁带机
3台
23
FFT信号分析仪
1台
24
1m水平尺、读数显微镜、电烙铁、万用表其它常用工具等
测量
导线
规格
长度
数量
总长
两芯(屏蔽专用测量线)
100m
16
5600米
50m
30
5500米
两芯(花线)
100m
30
5000米
三芯(屏蔽专用测量线)
100m
10
3000米
6、试验人员
序号
姓名
年龄
学历
职务(职称)
从事专业
在课题中的主要分工
1
何玉珊
44
硕士
交通部公路工程检测中心主任
桥梁结构
总指导
2
李万恒
34
硕士
交通部公路工程检测中心桥梁主任
桥梁监测
项目负责人
3
宿健
32
硕士
高工
桥梁监测
现场负责人
4
王歧峰
34
硕士
高工
桥梁监测
索力检测
5
何智源
33
硕士
高工
桥梁监测
索力检测
6
刘文峰
29
博士
博士后
桥梁监测
动力特性测试总负责
7
李宏江
30
博士
高工
桥梁结构
箱梁应力测试负责人
8
刘京
33
硕士
高工
桥梁结构
现场检测
9
唐守
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- XX 大桥 施工 监测 荷载 试验 方案