特大桥施工监控方案(新).doc
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岔河特大桥
(88+168+88)m预应力混凝土连续刚构桥挂篮法悬臂施工
监
控
方
案
西安建筑科技大学
二零一三年十二月
目录
1、工程概况 1
2、施工监控的目的及意义 2
3、施工监控的基本思路和方法 3
4、施工监控 4
4.1施工监控系统的建立 4
4.2施工监控的主要内容 6
4.3施工控制结构分析计算 7
4.3.1前进分析法 7
4.3.2倒退分析法 11
4.3.3拟采用的结构分析软件 17
4.4施工控制误差分析 17
4.4.1预测控制法 17
4.4.2自适应控制法 19
4.4.3线形回归分析法 19
4.4.4误差分析 19
4.5主跨结构设计参数识别 21
4.6误差调整 24
4.7有限元分析计算模型的优化 26
4.8稳定性分析 27
4.9挂篮设计安全评估及静载试验:
27
4.9.1安全评估 27
4.9.2静载试验 27
4.10主梁位移监测 28
4.11边跨现浇段及支座预偏设置 29
4.12主梁正应力应变监测 29
4.13主梁腹板主拉应力监测 30
4.14承台及基础下沉量监控 33
4.15材料力学指标试验的测定 33
4.15.1弹性模量的测量:
33
4.15.2容重的测量 34
4.15.3收缩、徐变系数及热膨胀系数测定 34
4.16钢绞线管道摩阻损失的测定 34
4.17预应力钢绞线应力监测 34
4.18温度监测 34
4.18.1温度监测 34
4.18.2温度变位的控制:
34
4.19转换过程监测 36
4.20重大设计修改 37
5、施工控制的精度与总体要求 37
5.1控制精度与原则 37
5.2实施中的总体要求 37
5.3施工监控预警系统 38
6、监控量测服务计划 39
7、监控组织机构及管理措施 39
7.1施工监控管理系统 39
7.1.1建设单位 39
7.1.2设计单位 39
7.1.3施工单位 40
7.1.4监理单位 40
7.1.5监控单位 40
7.2施工监控组织机构 41
7.3质量管理措施 42
7.4安全管理措施 42
8、监控报告 43
I
1、工程概况
岔河大桥位于贵州省兴义市普安县和晴隆县境内,主要为跨越岔河沟谷而设。
大桥起讫里程桩号为DK896+413.9~DK896+897.95,全长484.05m。
桥梁设计纵坡0‰、处于半径为11000m的平曲线上。
桥跨结构为:
主跨(88+168+88)m连续刚构+引桥(33+56+33)m连续刚构。
墩高在19~103m之间。
桥梁下部结构为:
桩基+承台+空心薄壁墩柱(实心墩),桥台为空心桥台;桥梁上部结构采用预应力连续刚构及预应力连续刚构。
连续刚构梁体为单箱单室直腹板变截面箱梁,箱梁顶板宽12.0m,底板宽8.0m,顶板厚62cm,边跨端块处顶板厚由62cm渐变至100cm,底板厚52~110cm,腹板厚50~110cm,梁体全长345.8m,中跨中部18m梁段和边跨端部13.9m梁段为等高梁段,梁高6.0m,中支点处梁高12.0m,0#段外其它梁段梁底下缘按二次抛物线Y=6.0+6.0×X2/4900(m)变化,梁体在支座处设横隔板,全联共设6道横隔板,隔板中部设孔洞。
2、施工监控的目的及意义
随着我国交通事业的不断发展,急需修建更多的高墩桥梁跨越大江大河和深谷,同时随着预应力混凝土施工工艺的不断完善,采用挂篮悬臂浇筑节段混凝土,实现无支架而靠自身结构进行施工的先进方法,使得预应力混凝土连续刚构桥得到了更大的发展。
分段悬臂浇筑法是目前国内外预应力混凝土连续刚构桥的主要施工方法。
当桥梁下部结构施工完成之后,从桥墩墩顶部位浇筑箱梁0号块开始至全桥箱梁合拢,其间经历逐段立模浇筑混凝土节段,分批张拉预应力钢束,逐步至全桥合拢的较长施工过程。
在这个施工过程中,对于高墩连续刚构桥,其施工阶段比较多,各个阶段的变形、内力、应力与墩高、荷载大小、混凝土收缩、徐变、预应力筋应力损失、温度、施工误差、材料特性等多种因素有关,加之各阶段混凝土加载龄期不同的相互影响,从而会造成桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致,结构的受力变形过程表现为非平衡的随机过程。
大量荷载试验表明,其实测值总小于理论值,从强度角度来讲,具有安全储备,符合新建桥规范;从变形的角度来讲,实际变形小于理论变形,实际刚度大于理论刚度,如果仅用理论刚度来进行施工控制,就无法实现结构的空间设计位置。
因此,为了保证施工质量,必须对梁的整个悬浇过程进行施工控制,在施工过程中对结构内力和变形不断进行监测,分析其与设计理论值间的关系,对施工过程及有关控制参数加以调整和控制,保证建成后的主梁线形及结构的受力状态符合设计期望值,结构受力尽可能处于最优状态。
所以实施桥梁监控量测,及时、准确地提供施工控制数据对桥梁的施工质量有着重要的意义。
同时为了保证桥梁施工安全,必须对悬浇的整个过程进行施工监控。
因为桥梁所采用的施工方法均是按预定的程序进行。
施工中的每一阶段,结构内力和变形是可以预计的,同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际内力和变形,从而完全可以跟踪和掌握施工进程和发展情况。
当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大时,就要进行检查和分析原因,这样就避免了不安全事故的发生。
可以说施工监控量测是桥梁施工过程中的安全监测系统,为了确保施工安全,监控量测必不可少,尤其对造价昂贵的大跨径连续刚构桥更为重要。
施工监控工作一方面是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行;另一方面是结合测试分析和模拟计算,对施工过程中结构状态的变化进行有效的预测和控制,优化施工工序、保证工程质量。
现在国内同类桥梁在建设中均进行了全面的监控工作,充分反映了桥梁施工监控的重要性和必要性。
3、施工监控的基本思路和方法
根据我单位施工监控的数座高墩连续刚构桥的经验,施工监控的基本思路和方法可归纳如下:
(1)收集设计和施工文件,对施工全过程进行模拟计算,得出各主要阶段的变形和应力状态的数据,并作数据分析或图表文件进行存放。
(2)协同设计、监理和施工单位优化预定的施工监控方案,制定实施细则,报送业主审查。
(3)做好监控前的准备工作,如:
材料进场、设备购置、仪器标定、传感器的安装、测试系统的调试等。
(4)对施工所涉及材料的性能进行试验和测定,掌握其弹性模量、收缩、徐变及热膨胀系数的变化规律,这些工作将为施工监控中的计算过程提供可靠的经过实际修正的参数。
(5)对悬灌施工的重要设备-施工挂篮进行变形分析研究和计算,并进行必要的静力荷载试验。
(6)实施监测:
一是对施工过程中的关键工序进行按时跟踪监测,确保关键施工工序的安全、可靠;二是阶段性状态监测,当施工到某一相对稳定的状态时,测试结构的线形、变位以及应力状态。
(7)实施监控:
对比施工模拟计算和阶段性监测的实测值,分析偏差原因,利用实测参数和动力特性的测试分析参数,并考虑收缩、徐变和环境作用的影响修正模拟计算值,对下一步施工的结构变形和应力状态进行预测,以确定下一阶段的调整量。
监控程序如图1施工监控流程图所示。
收集设计、施工文件
混凝土试验成果、施工挂蓝参数、施工工艺、施工计划
施工过程的计算模拟
细化和优化施工监控方案、制定施工监控细则
专家审查
监测监控准备工作
材料设备购置
仪器设备和测试系统标定
辅助设施的设计制作
传感器的安装调试
基准点设置
监测、监控
关键工序的实时跟踪监测
阶段性监测
控制点变形
控制截面应力
线型、位移
应力测试
温度场
预应力
监测结果分析
偏差分析
环境作用分析
材料参数变异分析
修正模拟计算值
预测指导下一步施工
图1施工监控流程图
4、施工监控
4.1施工监控系统的建立
桥梁施工控制的实施涉及到方方面面,所以必须事先建立完善、有效的控制系统才能达到预期的控制目标。
桥梁施工控制系统的建立及其功能的确定要根据不同的工程施工实际分别考虑。
一般施工控制系统都具备管理与控制的功能,施工控制系统由施工控制管理与施工现场控制两个分系统组成。
施工控制系统如图2所示。
桥梁施工控制系统
施工现场控制分系统
施工控制分析支系统
误差与实时跟踪分析支系统
施工状态监测与参数识别支系统
施工控制管理分系统
图2施工控制系统框图
(1)施工控制管理分系统
大跨度桥梁施工控制是一个较大的系统工程,它必须具备足够的人力、物力、财力以及先进的管理手段才能使其正常运行。
桥梁施工通常要涉及到业主、设计、施工、社会监理、政府监督、施工控制等多个部门及单位,这些单位都将在施工控制中起到不同程度的作用,他们既分工负责又协同作战。
本桥施工控制管理系统如图3所示。
设计单位
业主
控制单位
监督单位
施工单位
监理单位
意见
意见
意见
意见
监督
协调
协调
通报
协调
协调
通报
通报
控制反馈
控制指令
监督执行
控制指令
控制反馈
图3施工管理系统框图
(2)施工现场控制分系统
施工现场控制分系统是施工控制系统的核心,它包含整个施工控制的主要分析过程,具有数据比较、结构当前状态把握、误差分析、参数识别、前进或倒退仿真分析、未来预测等功能。
施工现场控制分系统由多个支系统组成。
施工控制分析支系统
该系统是指采用专业软件对结构进行施工模拟计算分析,判断当前结构状态是否与实际相符和对未来状态进行预测。
结构状态监测与参数识别支系统
结构状态监测是为控制模拟分析提供合理的基本参数。
参数识别是为判断当前施工状态是否与设计值相符提供实际参数。
误差分析与实时跟踪分析支系统
施工控制中总存在误差,这些误差均将使施工偏离理想状态和控制目标。
该系统主要功能是:
对结构理想状态、实测状态和误差信息进行分析并做作出最佳调整方案,使结构施工实际状态与设计理想状态的差值控制在允许范围内;在计入结构参数调整修正值、结构初始状态最优估计值、结构施工误差、量测误差等信息后,通过控制模拟分析系统对结构施工状态确定出超前预测控制值。
4.2施工监控的主要内容
(1)基础资料试验数据的收集
①混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以及按规定要求的强度实验;钢筋混凝土容重。
②气候资料:
晴雨、气温、风向、风速。
③挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。
以上数据由相关单位提供
(2)施工控制的主要内容与技术路线
①主跨在施工过程中及成桥后的结构分析;
②施工控制误差分析;
③主跨结构设计参数识别;
④结合控制的实时跟踪分析;
⑤施工控制软件的简单操作说明;
⑥进度计划安排;
⑦有限元分析计算模型的优化;
⑧墩身和箱梁施工过程中的稳定性分析;
⑨挂篮设计方案安全性评估。
(3)施工监测的主要内容与技术路线
①施工挂篮静力荷载试验;
②结构截面的应力监测;
③砼弹模、容重的测定和收缩、徐变、热膨胀系数的确定;
④高桥墩施工监测;
⑤主跨结构施工监测;
⑥钢绞线管道摩阻损失的测定;
⑦温度监测;
⑧墩身稳定性监测;
⑨预应力钢筋应力监测;
⑩腹板主拉应力监测。
4.3施工控制结构分析计算
大跨度桥梁的施工均采用分阶段逐步完成的施工方法,结构最终形成必须经历一个漫长而又复杂的施工过程,对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析是桥梁施工控制中最基本的内容。
现阶段混凝土连续刚构桥施工控制计算方法有两种:
前进分析法和倒退分析法。
4.3.1前进分析法
又称正装计算法,是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析,它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程,能得到桥梁结构在各个施工阶段的位
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