悬浇连续梁线型控制.docx

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悬浇连续梁线型控制

连续梁悬浇施工线型控制方案

一、连续梁悬浇线型控制目的、原理、因素、程序

1、线型控制目的

连续梁悬浇线型控制即在预应力混凝土连续刚构悬臂法施工阶段，对桥跨结构所发生的几何变形运用控制软件，逐段跟踪控制和调整，使其达到设计的理想状态。

2、线型控制原理

线型控制的基本原理是：

根据计算提供梁体各截面的最终挠度变化值（即竖向变形），设置施工预拱度，据此调整每节梁段模板安装时的前缘标高。

3、线型控制主要因素

悬臂梁施工线型控制的关键是要分析每一施工阶段、每一施工步骤的结构挠度变化状态，确定逐步完成的挠度曲线。

影响挠度的因素根据施工过程主要有以下几种：

①梁段砼自重；

②节段砼浇注时的温度；

③砼参与受力的龄期；

④砼弹性模量；

⑤砼徐变、收缩系数；

⑥施工量测时桥上温度；

⑦挂篮及施工临时机具、人员、压重等重力；

⑧预应力（管道摩阻）等。

4、线型控制程序

线型控制程序如下：

（1）倒退分析

根据设计的成桥状态，按照与施工次序相反的方向进行倒拆分析，以初步计算出各梁段的立模标高。

（2）前进分析

根据实际施工情况和工期（如移动挂篮、浇注砼、张拉预应力、体系转换等）划分时段，采用有限元步进法结合随时间调整的有效模量法对预应力连续梁从开始施工到成桥这一整个施工过程进行跟踪分析，在分析过程中考虑施工荷载、现浇梁段自重、预应力张拉、预应力损失、体系转换、基础沉降、收缩徐变和温度等的影响。

（3）误差分析和参数识别

对实际量测的标高和前进分析计算的结果进行分析和比较，分析实测和计算结果之间误差的原因，并进行参数识别和调整。

（4）在现场应用计算机程序进行跟踪控制，实际上是对每一节段的施工过程进行“预报→施工→量测→分析比较→调整→再预报”的过程，其中：

①预报：

将施工中实际的结构状态信息如量测的标高、温度、湿度的变化，实际施工的周期以及设计参数的实测值和调整值输入计算机，对下一梁段的立模标高进行预报并对结构的强度进行全面检算。

②施工：

根据预报结果进行施工中的标高预调。

③量测：

即施工过程中对各道工序施工后的实际测量，对每一施工工况（如挂篮移动前后、砼浇注前后、预应力张拉前后等）进行跟踪观测，在必要时进行全桥联测。

为了分析温度对梁体变形的影响，在进行标高观测的同时，测试箱梁顶、底板和腹板内外侧的温度。

在实际调整挂篮时，为避免温差对梁体变形的影响，尽量选在早晨9点钟以前进行。

④分析和比较：

对实测和预报的结果进行分析和比较，分析引起实测和预报结果误差的原因，以决定是否要采取有效措施来调整和矫正已偏离目标的结构状态。

⑤调整：

在分析和比较的基础上决定是否需要对标高进行调整，如决定要进行调整，要进行参数识别，分析实际参数和计算参数之间的误差，并进行调整。

通过上述对每一个节段施工反复循环的跟踪控制和调整，使结构施工实际与预定的目标始终控制在容许误差范围内，最终保证设计要求的合拢精度和成桥后的设计标高。

现场测定砼容重、弹性模量、节段自重、尺寸、施工荷载及温度状况等

前进分析

倒退分析

最优状态估计

最优控制

随机干扰

现场计算机

·工作站

·EWS

控制量测系统

·挠度

·应力

最优调整方案

调整操作控制

预告下阶段预抛高值

下阶段施工

二、连续梁悬浇线型控制现场量测内容及方法

1、连续梁悬浇施工桥梁轴线控制方法

（1）连续梁悬浇施工桥梁轴线控制桩点布设：

墩身施工完成后，利用复测合格的（特）大桥控制网采用座标法，测设墩顶纵轴及横轴线，并将轴线控制点引至桥墩身上（每墩至少两点）作为连续梁施工轴线控制依据。

连续梁0#段施工完成后将控制点引至梁顶（见下图示）；每完成两节段施工要对轴线桩进行复核。

梁顶桥轴线控制桩采用螺钉测量标芯（KZ-C型），埋设方法：

梁体混凝土浇注时在梁顶面预留深25cm的φ5cm孔，再用GPS精准定位桥梁纵轴线埋设，并采用桥梁支座灌浆用自流平砂浆固定。

桥梁轴线控制桩标芯露出梁顶混凝土面控制在5mm内。

（2）桥中轴线测量方法：

箱梁悬灌轴线施工测量利用梁顶和前后方墩上的轴线控制点，采用全站仪测量控制挂篮中心和模板中心。

2、连续梁悬浇施工高程测量方法

（1）临时水准点布设：

①为控制顶板的设计标高，在每个0#块顶板面布置11个高程观测点，并准确测定其标高，同时作为各悬浇节段的高程观测基准点。

如下图示。

②每个悬浇节段的梁面上各布设2个水准观测点，对称布置在翼缘板与腹板的交接点上，离节段前端10cm处，如下图示。

③连续梁顶预埋的临时水准观测桩点采用φ16钢筋制作，通长钢筋桩下部直接支承在砼垫块上，测点顶部磨成圆端并控制露出混凝土面5mm，在梁段混凝土浇注前预埋。

（2）连续梁高程观测要求

箱梁悬浇节段高程观测梁顶布设的临时水准点采用精密水准仪测量。

为尽量减小温度（气温）的影响，高程（挠度）观测安排在早晨6～8点进行。

观测主要内容为：

立模、混凝土浇注前后、预应力张拉前后，以及拆除挂篮后、边（中）跨合拢、最终成桥前的各项高程值，作为线型控制的有效依据。

3、钢绞线管道摩阻损失测试

（1）管道摩阻测点布设：

本连续梁拟在1号节段进行预应力张拉过程测试，选取箱梁底板上的两根预应力束，在0号块端、L/4、1/2和悬臂端4个截面上布置测点，共布置应变测点16个，即每根钢绞线在1个截面布置2个测点。

如下图示。

在预定的测点位置将波纹管开孔，然后在钢绞线上布片，每测点位置视操作空间的大小布置1～2个应变片。

（宜选2～3种典型长度的钢绞线作为测试对象，每种钢绞线沿长度方向设4～5个测点）

（2）管道摩阻测试方法

采用电阻应变片和电阻应变仪进行测量。

4、箱梁内应力测量（如需要时）

需要对结构进行安全评估时，应测量箱梁实际施工状态时的内应力。

（1）箱梁内应力测点布设：

本连续梁拟选1号主墩上的“T”作为箱梁应力观测对象。

总共布置个应力测点：

在“T”2个根部截面各布置8个测点，除腹板上两个测点与水平成45°方向布置外，其余6个测点均为顺桥向布置；其它4个截面各布置6个测点，均为顺桥向布置。

如下图示。

（2）箱梁内应力测量方法：

箱梁内应力观测考虑长期观测的精度要求，采用钢弦式应力计和配套的频率接收仪作为应力观测仪。

应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。

5、温度观测

日照温度和季节温度变化是影响箱梁悬浇时的挠度的主要因素之一，尤其是日照温度变化，会引起箱梁顶底板温度差，使箱梁发生挠曲。

季节性温度变化是均匀的。

为摸清箱梁截面内外温差和温度在截面上的分布情况，应在梁体上布置温度观测点进行观测，以掌握准确的温度变化规律。

因为每个“T”的各节段施工时梁体内温度大致相同，本连续梁选2号主墩主跨侧1号悬臂节段作为温度测试对象，共设置1、2两个观测截面，每个截面各布设6个温度测点。

如下图示。

梁体内温度测试采用测温铂电阻，在梁体混凝土浇注前先将测温铂电阻贴在钢筋上，做防潮和防机械损伤处理后埋入混凝土内，测试导线引出混凝土表面。

再用采用温度测试显示仪测温。

6、混凝土弹性模量测定

混凝土弹性模量测试是为了测定混凝土弹模（E）随时间（t）的变化过程，即E-t曲线。

采用现场取样通过万能试验机试压的方法，分别测定混凝土在3d、7d、14d、28d、60d、90d龄期的值，以得到完整的E-t曲线。

7、混凝土容重的测量

混凝土容重测试在现场取样在，采用实验室常规方法测定，并做好记录。

8、混凝土徐变收缩测定

（1）混凝土徐变收缩的计算：

徐变系数：

φ（t,τ）=∑ai（τ）[1-e]

4

i=1

-λi（t-τ）

收缩系数：

εsh（t,τ）=∑shi（τ）[1-e]

式中：

τ----加载时刻；

t----观察时刻；

ai、shi、λi----取决材料的参数；

Eh----砼弹性模量；

λ1=1，λ2=0.2，λ3=0.1，λ4=0.01；

ai（τ）、shi（τ）以实验值为计算初值进行参数识别。

（2）混凝土徐变收缩的现场观测

自梁体预应力张拉开始至无砟轨道铺设前，应系统观测梁体的竖向变形。

预应力张拉前为变形起始点。

1）观测点的设置原则

①连续梁上的观测标，边跨分别在支点及1/4跨中附近设置。

当连续梁中跨跨长小于80m时，分别在中跨支点、跨中处设置观测标；当连续梁中跨大于80m时，在中跨1/4跨中处增设两对观测标。

②观测点布置

本连续梁共设置观测标14个，分别位于两侧支点、跨中及1/4边跨。

③桥梁梁部水准路线观测按二等水准精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如下图所示，其中测点1，2，3，4构成第一个闭合环，测点3，4，5，6构成第二个闭合环。

所有观测线路在形成闭合环以前必须置镜两次以上，以保证不会形成相关闭合环。

2）观测元件与埋设技术要求

沉降观测桩：

选择Φ20mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线，埋置深度不小于0.1m，高出埋设表面3mm，表面做好防锈处理。

完成埋设后测量桩顶标高作为初始读数。

观测标埋设见下图。

3）观测技术要求

①徐变观测设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的桥梁施工要与设备的埋设做好协调，做到互不干扰、影响。

观测设施的埋设及徐变观测工作应按要求进行，不能影响桥梁施工质量。

②观测精度要求：

梁体徐变沉降变形的观测精度为±1mm，读数取位至0.01mm。

③观测频次要求：

梁体徐变观测按下表要求的时间间隔进行。

梁体徐变观测频次表

梁体测量间隔表

观测阶段

观测周期

预应力张拉

张拉前、后各1次

预应力张拉完成～无碴轨道铺设前

张拉完成后第1天

张拉完成后第3天

张拉完成后第5天

张拉完成后1～3月，每7天为一测量周期

桥梁附属设施安装

1次/周，要求安装前、后必须各有1次

无碴轨道铺设期间

1次/周

无碴轨道铺设完成后

第0～3个月，每1个月为一测量周期

第4～24，每3个月为一测量周期

④梁体徐变量计算：

对于梁体的徐变变形观测，每孔梁支点之间的梁体徐变应以两支点的连线为基准线进行观测计算，由于下部结构沉降变形的影响，该基准线的位置会发生变化，梁体观测点至该基准线的垂直距离利用几何方法计算取得，垂直距离差值就是梁体徐变变形值。

9、施工观测原则：

按照施工顺序，每悬浇一段观测5次，即挂篮就位后浇筑混凝土前、浇筑梁段混凝土后、张拉纵向预应力束前、纵向预应力张拉后、移动挂篮前（即进行下一节段作业前）。

三、预拱度计算

基本假设：

混凝土为均质材料。

施工及运营过程中梁体截面的应力σh＜0.5Ra，并可认为在这种应力范围内，徐变、应变与应力成线性关系；叠加原理适用于徐变计算，即应力增量引起的徐变变形可以累加求和；忽略预应力筋和普通钢筋对混凝土受力及变形的影响。

在上述假设的基础上考虑到各节段混凝土龄期不同所导致的收缩徐变差异将连续梁施工所经历的收缩徐变过程划分为与施工过程相同的时段即：

浇筑新梁段、张拉预应力筋、移动挂篮、体系合拢等。

每一时段结构单元数与实际结构梁段数一致，在每一时段都对结构进行一次全面的分析，求出该时段内产生的全部节点位移增量，对所有时段进行分析，即可叠加得出最终预拱度值。

1、抛高量修正值计算：

如下图示。

（1）抛高量的修正：

Y=Y-△H-△

△=（△Y-Y2+Y1）×L2/L1

Y----本次浇筑梁段梁底标高

△---角度影响修正项

△H--上一梁段后测量点标高与原设计梁底标高之差

Y1、Y2----分别为定位时上一梁段前后测量点标高实测值

L1、L2----分别为上一梁段与本次浇注梁段长度

△Y----为梁段设计坡度引起的高程差值，即Y2、Y1测点间的设计高差值。

监控点的布设：

在每一梁段的端部（即Y1、Y2位置）两侧设置监控点（同梁顶面临时水准点布设），监控点采用φ16mm钢筋通长布设。

（2）施工过程中的标高监控程序：

挂篮定位时的标高测量→砼浇注前标高复测→砼浇注后标高复测→预应力张拉后全桥标高联测，标高测量精度应达到四等水准测量精度，测量时间应控制在早上6～8点。

2、电脑软件计算预抛高值。

3、立模标高计算：

立模标高：

HL=Hs+Yy+△g

式中：

HL----立模标高；

Hs----设计标高；

Yy----计算所得的预抛高值（含设计预拱度）；

△g----挂篮变形值；

预计标高：

Hy=HL-x0-△g

式中：

x0----浇筑当前节段的下挠值或张拉预应力后的总下挠值。

四、线型控制过程中的施工控制误差分析

误差分析是施工监控的难点，也是施工监控三大系统中相对较困难的部分，主要原因是测试数据较少而影响因素较多的矛盾引起的。

例如，引起主梁标高偏低的因素较多，诸如混凝土超方、挂篮变形较大、预应力张拉力不够、临时荷载引起、日照影响等等，在诸多的因素中，仅仅通过标高测量或者应变测量是很难判断出原因的。

所以，为了得到更准确的分析，必须增加测点，增加测试工况，增加测试内容。

为保证结构安全、保证线形和顺，这就要求在监控过程中抓主要矛盾，忽略次要矛盾，实施施工过程中的量测监控。

1、结构刚度误差

引起结构刚度误差的因素，一方面是混凝土弹性模量的改变，另一方面截面尺寸的变化，都对刚度有所影响。

对于对称悬臂施工的连续梁，如果整体刚度提高，虽然浇筑混凝土过程中主梁变形量会减少，但是，张拉预应力束过程中变形量也会减少。

所以，结构刚度误差对施工控制质量的危害不大。

2、浇筑混凝土误差

浇筑混凝土误差，即超方现象是浇筑混凝土过程中难以克服的误差，产生的原因有两方面：

一方面是浇筑混凝土时，由现场施工（高程测量、抹面等）引起的顶、底板混凝土厚度而产生的误差，另一方面是由模板变形和混凝土容重变化而产生的误差。

混凝土超方对连续梁施工阶段的内力和线型影响较大，特别是两侧出现不平衡超方时，影响就更大。

当结构悬臂伸长时，危害急剧增加。

在施工过程中，通过改进施工方法减少误差的产生是很有必要的，也是可行的。

对悬臂施工的连续梁桥来说，由于两悬臂端对称荷载对结构的影响比单侧荷载要小的多，所以，施工中出现两侧不平衡荷载时，可以考虑在轻的一侧增加重量，只要保持平衡，影响不会太大。

3、桥面临时荷载影响

桥面临时荷载的影响类似于混凝土超方，既存在对称荷载，也存在单侧荷载。

桥面临时荷载可分为两类：

第一类相对固定，如卷扬机、压浆机、预应力机具等；第二类比较随机，如桥面上堆放的钢筋、型钢、锚具等。

由于桥面荷载随机性较大，只能通过实地观察，估计桥面荷载的重量以及位置，在计算数据中考虑。

如果能准确估计第一类荷载的重量，并且随时记录第二类荷载堆放的时间和重量，是能够在计算中消除此类误差的。

由于临时荷载是随机的，如果把每一种荷载影响作为荷载工况输入跟踪计算，并不方便。

一般情况下，可先进行试算，将各种荷载影响的结果算出，作为修正值现场修正会比较方便。

当结构处于悬臂状态时，桥面临时荷载的影响效果同浇筑混凝土的超方现象。

由于它是随机的，所以较难掌握。

在施工过程中，加强施工管理，除了必须的施工设备外，对于无用的设备及时清理，并且尽可能保持桥面荷载的平衡性。

在计算中要考虑临时荷载的影响，特别是在挂篮定位时要将不平衡的临时荷载影响排除。

4、挂篮及模板定位误差

由于挂篮是一个庞大的结构物，加上挂篮本身刚度的影响，实际施工时挂篮位置很难做到与设计一致。

挂篮模板定位包括外模板和内模板的定位，外模板决定了梁底标高，而内模板决定了桥面的标高。

挂篮定位是控制主梁标高最重要也是最直接的手段，定位时只要态度认真，并且挂篮在设计上是合理的，挂篮定位误差能够控制在允许范围以内。

一般桥梁工地都是24小时工作制，在挂篮定位时其它工序仍在进行，所以挂篮定位必须考虑温度和临时荷载的影响。

五、线型控制过程中的施工控制措施

（1）在悬臂施工过程中，对挠度和施工标高进行施工精密测量。

（2）对悬臂施工实行第三方监测，确保挠度和施工标高的测量准确无误。

（3）预应力钢绞线在具体张拉过程中，及时向设计人员提供有关数据，以便核对延伸量，同时也是验证预应力有关参数的准确性。

实测延伸量和理论延伸量符合较好，满足设计要求。

（4）施工单位应将已经施工阶段的实测挠度及标高等参数提前3天反馈给设计人员，以便设计人员对将施工阶段的标高进行调整和控制。

（5）悬臂施工按照对称平衡的原则进行施工，施工过程中应随时注意两悬臂不得出现不平衡荷载。

（6）为了避免不平衡荷载的出现，悬臂施工段除了施工机具外，不得堆放其它物品和材料，以免引起挠度偏差。

（7）在有可能时宜将边、中跨合拢避开台风季节，在每一梁段施工过程中出现台风预报应停止施工，并做好施工的防台风工作。

（8）挂篮定位须在早晚进行，以消除日照影响。