连续梁线形监控方案说明.docx
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连续梁线形监控方案说明
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1工程概况
1、鲁南高铁花果峪特大桥DK212+220.5处跨S241省道,道路与线路为斜交,角度
约30。
,采用一联三孔(60+112+60)m的预应力混凝土双线连续箱梁跨越,梁全长233.5m。
S241省道路面宽度为15米,公路交叉里程K13+747。
桥型布置如图1-1所示。
6011260
10#墩13#墩
11#墩
12#墩
图1-1(60+112+60)m连续梁桥型布置图
(1)下部结构
本连续梁10#、13#边墩基础采用8-φ1.5m钻孔灌注桩,桩长分别为20.5m、15.0m,
11#主墩基础采用12-φ1.8m钻孔灌注桩,桩长为15.0m,12#主墩基础采用12-φ1.8m
钻孔灌注桩,桩长为13.0m;10#、13#边墩承台尺寸:
12.4×6.5×3m,边墩高度:
10#墩
10米;13#墩13.5米;11#主墩尺寸:
14.0×10.3×4.0m,12#主墩尺寸:
14.0×11.3×
4.1m,桥墩采用圆端形实体直坡墩,10#、13#边墩高10.0m、13.5m,11#、12#主墩高9.0m、
12.1m。
(2)梁部结构
箱梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁,梁底、腹板、顶板局部向内侧加厚,均按
直线线性变化。
全联在端支点,中支点处设横隔板,横隔板设有孔洞,供检查人员通过。
中支点处梁高9.017m,边支点处梁高5.017m。
边支点中心线至梁端0.75m,梁缝分界线
至梁端0.1m,边支座横桥向中心距离6.0m,中支座横桥向中心距离6.0m。
桥面防护墙内
侧净宽7.6m,桥梁宽12.6m,桥梁建筑总宽12.9m,底板宽7.0m。
顶板厚度43.5-73.5cm,
腹板厚度50cm~95cm,底板厚度50cm~90cm,腹、底板厚度均按折线变化。
在梁体边支
点、中支点共设4个横隔板,隔板中部设有孔洞,供检查人员通过。
在0#段中跨梁侧底
板处设φ1.0m进人洞,作为梁部桥墩检查通道。
梁体分11#、12#墩2个对称T构,单个T构分13个悬臂浇筑段,1(1')#段到4
(4')#节段长度3.0m,5(5')#段到9(9')#节段长度3.5m,10(10')#节段到13(13')
#节段长度4.0m,14#边跨合龙段、14'#中跨合龙段节段长度均为2.0m;0#段节段长度
19.1m,重量1833.51t,15#边跨现浇段节段长3.75m,重量274t。
连续梁悬臂段采用挂
篮悬臂浇筑施工,0#段现浇段采用托架现浇法施工,15#边跨现浇段采用支架现浇法施工。
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(3)预应力体系
梁体二期恒载按直线108KN/m设计,梁内设置了纵、横、竖三向预应力筋体系。
腹
板纵向束为16-φ15.2mm预应力钢绞线,采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔,M15A-16
锚具配套三瓣式自锚夹片锚固;顶板纵向束为13-φ15.2mm预应力钢绞线,采用内径φ
90mm镀锌金属波纹管成孔,M15A-13锚具配套三瓣式自锚夹片锚固,设计张拉控制应力
1302Mpa底板纵向束为15-φ15.2mm预应力钢绞线,采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成
孔,M15A-15锚具配套三瓣式自锚夹片锚固。
合龙段处纵向预应力筋采用增强型镀锌金属
波纹管,其余各处采用标注型。
镀锌金属波纹管管道摩擦系数取0.26,管道偏差系数取
4.2。
钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860Mpa,弹性模量为Ep=195Gpa,预应力采用
先成孔后穿钢绞线法施工。
纵向预应力张拉配5台穿心式YDC400型双作用千斤顶(1台
备用),两端对称张拉真空辅助压浆工艺;梁体在顶板设横向预应力张拉束,采用
3-15.2mm钢绞线,扁型波纹管成孔,U1=60m,mU2=22m,mS=3.5mm;采用单端张拉,张拉
端采用BM15-3扁型锚具锚固,固定端采用BM15P-3扁型锚具锚固,张拉端与锚固端沿梁
长方向布置;采用QYC250型千斤顶单端张拉,张拉端采用BM15-3扁形锚具锚固,固定
端采用BM15P-3扁形锚具锚固,张拉端与固定端沿梁长方向交错布置。
梁体腹板中的竖
向预应力采用外径16mm的预应力砼用钢棒(ф16-2),外径ф18.5mm,壁厚1mm护套成孔,
YGD-350-70型穿心式专用千斤顶张拉,PSU16-2锚具锚固。
2、鲁南高铁赵庄特大桥DK200+575处跨S240省道,道路与线路为斜交,角度大约
85度,采用一联三孔(40+56+40)m的预应力混凝土双线连续箱梁跨越,梁全长137.5m。
S240省道路面宽度为35米,交点里程DK200+575。
桥型布置如图1-2所示。
405640
图1-2(40+56+40)m连续梁桥型布置图
(1)下部结构
本连续梁24#、27#边墩基础采用8-φ1.25m钻孔灌注桩,桩长分别为15.0m、6.0m,
25#主墩基础采用8-φ1.5m钻孔灌注桩,桩长为13.0m,26#主墩基础采用8-φ1.5m钻孔
灌注桩,桩长为12.0m;24#、27#边墩承台尺寸:
10.4×6.8×2.5m,25#、26#主墩尺寸:
12.2×7.4×3.0m,桥墩采用圆端形实体斜坡墩,24#、27#边墩高11.0m、9.5m,25#、26#
主墩高9.5m、8.0m。
(2)梁部结构
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箱梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁,梁底、腹板、顶板局部向内侧加厚,均按
直线线性变化。
全联在端支点,中支点处设横隔板,横隔板设有孔洞,供检查人员通过。
中支点处梁高4.335m,边支点处梁高3.035m。
边支点中心线至梁端0.75m,梁缝分界线
至梁端0.1m,边支座横桥向中心距离5.6m,中支座横桥向中心距离5.9m。
桥面防护墙内
侧净宽7.6m,桥梁宽12.6m,桥梁建筑总宽12.9m,底板宽6.7m。
顶板厚度38.5cm,腹
板厚度48cm~90cm,底板厚度40cm~900cm,腹、底板厚度均按折线变化。
在梁体边支
点、中支点共设4个横隔板,隔板中部设有孔洞,供检查人员通过。
在0#段中跨梁侧底
板处设φ1.0m进人洞,作为梁部桥墩检查通道。
梁体分25#、26#墩2个对称T构,单个T构分6个悬臂浇筑段,1(1')#段、2(2')
#节段,3(3')#段长度3.5m,4(4')#节段、5(5')#6(6')#节段长度4.0m,7#边
跨合龙段、7'#中跨合龙段节段长度均为2.0m;0#段节段长度9.0m,重量370t,8#边跨
现浇段节段长11.75m,重量330t。
连续梁悬臂段采用挂篮悬臂浇筑施工,0#段现浇段采
用托架托架现浇法施工,8#边跨现浇段采用钢管柱支架现浇法施工。
(3)预应力体系
梁体二期恒载按直线100KN/m~120KN/m设计,梁内设置了纵、横双向预应力筋体系。
腹板纵向束为7-φ15.2mm预应力钢绞线,采用内径φ70mm镀锌金属波纹管成孔,M15-7
锚具配套三瓣式自锚夹片锚固,设计张拉控制应力1260Mpa;顶板纵向束为14-φ15.2mm
预应力钢绞线,采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔,M15-14锚具配套三瓣式自锚夹片
锚固,设计张拉控制应力1260Mpa底板纵向束为12-φ15.2mm、13-φ15.2mm预应力钢绞
线,采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔,M15-12、M15-13锚具配套三瓣式自锚夹片锚
固。
合龙段处纵向预应力筋采用增强型镀锌金属波纹管,其余各处采用标注型。
镀锌金
属波纹管管道摩擦系数取0.26,管道偏差系数取0.003。
钢绞线采用抗拉强度标准值
fpk=1860Mpa,弹性模量为Ep=195Gpa,预应力采用先成孔后穿钢绞线法施工。
纵向预应
力张拉配5台穿心式YDC400型双作用千斤顶(1台备用),两端对称张拉真空辅助压浆
工艺;梁体在中支点处设横向预应力束,中隔板部位M1、M2束采用4-φ15.2mm、5-φ
4.3mm预应力钢绞线,19×70mm扁镀锌金属波纹管成孔,中跨侧底板进人洞部位M3、M4
束采用5-φ15.2mm预应力钢绞线,19×90mm扁金属波纹管成孔。
采用QYC250型千斤顶
单端张拉,张拉端采用BM15-4、BM15-5扁形锚具锚固,固定端采用BM15P-4、BM15P-5
扁形锚具锚固,张拉端与固定端沿梁长方向交错布置。
3、施工方法
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本桥采用挂篮悬臂施工方式。
悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥、连续刚构的主要施工方法,对于预应力混凝土
连续梁桥、连续刚构来说,采用悬臂施工方法虽有许多优点,但是这类桥梁的形成要经过
一个复杂的过程,当跨数增多、跨径较大时,为保证合龙前两悬臂端竖向挠度的偏差不超
过容许范围和成桥后线形的合理,须对该类桥梁的施工过程进行控制。
2施工监控的意义和目的
本桥梁体为预应力混凝土连续箱梁,采用悬臂施工。
该类桥梁的形成要经过一个复
杂的过程,施工工序和施工阶段较多,各阶段相互影响,且这种相互影响又有差异,易
造成各阶段的位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象,甚至超过设计允许的
位移,若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整,就可能造成成桥状态的梁体线形
与受力不符合设计要求,或引起施工过程中结构的不安全。
在施工过程中,为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容
许范围、保证合拢后的桥面线形良好,必须对该桥主梁的挠度等施工控制参数做出明确的
规定,并在施工中加以有效的管理和控制,以确保该桥在施工过程中的安全,并保证在成
桥后主梁线形符合设计要求。
对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说,施工控制就是根据施工监测
所得的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定出每个悬浇阶段的立模标高,并在施工过
程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整,以此来
保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态
符合设计要求。
对桥连续梁部分进行施工监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性,保
证桥梁成桥桥面线形状态符合设计要求,主要控制内容为:
主梁线形。
3施工监控的原则和方法
本桥的施工监控主要为梁的变形控制,变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠
度,若有偏差并且偏差较大时,就必须立即进行误差分析并确定调整方法,为下一阶段更
为精确的施工做好准备工作。
梁部结构采用的悬臂施工方法属于典型的自架设施工方法,对于本桥来讲,由于在施
工过程中的已成结构(悬臂阶段)状态是无法事后调整的或可调整的余地很小,所以,针
对主梁的结构和施工特点,梁部的施工监控主要采用预测控制法。
预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标
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后,对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测,使施工沿着预定状态进行。
由
于预测状态与实际状态间有误差存在,某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的
预测中予以考虑,以此循环,直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。
4施工控制体系
为有效地开展施工监控工作,在本桥的施工监控中需要建立如图2.1所示的施工监控
体系。
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施工体系施工现场设计体系
设计计算
张拉预应力
实时测量体系现场测试体系
挂篮前移(下
阶段钢筋)
物理测量线形测量力学测量砼容重、弹模
块件重量、尺寸设计指
温度主梁线形材料强度
施工荷载定参数
时间测量
偶然荷载
实测值
计
算
现场测试参数
核
对
参数识别、修正
施工控制计算参数
施工控制计算体系
施工控制预测计算施工控制实时计算
比较施工控制计算值
分析
修正量计算
下阶段施工资料:
立模标高预
告及挂篮变形量预测
发布施工控制指令
图2-1连续梁桥施工监控体系
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5施工控制基本理论
在连续梁桥的施工监控中,对梁体线形、应力进行重点控制。
在控制过程中,监控方采
用自适应控制方法对本桥进行线形控制,采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。
4.4连续梁桥施工控制的特点
连续梁桥在悬臂施工阶段是静定结构,合龙过程中如不施加额外的压重,成桥后内
力状态一般不会偏离设计值很多,因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。
若已施工梁段上出现误差,除张拉预备预应力束外,基本没有调整的余地,且这一调整
量也是非常有限的,而且对梁体受力不利。
因此,一旦出现线形误差,误差将永远存在,
对未施工梁段可以通过立模标高调整已施工梁段的残余误差,如果残余误差较大,则调
整需经过几个梁段才能完成。
根据上述分析,悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是,已完成梁段的误差无
法调整,而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关,与已完成梁段的误差基本无
关。
因此,在图5-1自适应施工控制原理图中的下半环,即控制量反馈计算,在连续梁
施工控制中一般不起作用。
同时,上半环,即参数估计及对计算模型的修正就显得尤为
重要,只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的。
参数估计算法
修改理想状态
计算结果
有限元计算模型
施工理
+
参数调节
e
施工
结果
想状态
控制量输入
-
实际结构
实测结果
输出
控制调整量
控制量反馈计算
图5-1自适应施工控制基本原理
4.5自适应施工控制系统
对于预应力混凝土连续梁桥,施工中每个阶段的受力状态达不到设计所确定的理想目
标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值,主要是混凝土的弹性模量、材料的容
重、徐变系数等,与施工中的实际情况有一定的差距。
要得到比较准确的控制调整量,必
须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值,以使计算模型在与实际结
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构磨合一段时间后,自动适应结构的物理力学规律。
在闭环反馈控制的基础上,再加上一
个系统参数辩识过程,整个控制系统就成为自适应控制系统。
当实测到的结构受力状态与模型计算结果不符时,把误差输入到参数识别算法中去
调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。
得到修正的计算
模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态,按照上述反馈控制方法对结构进行控制。
这样,经过几个工况的反复辨识后,计算模型就基本上与实际结构相一致了,在此基础
上可以对施工状态进行更好的控制。
对于采用悬臂浇筑的桥梁,主梁在墩顶附近的相对刚度较大,变形较小,因此,在
控制初期,参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小,这对于上述自适应控制思路
的应用是非常有利的。
经过几个节段的施工后,计算参数已得到修正,为跨中变形较大
的节段的施工控制创造了良好的条件。
4.6参数识别
在本桥的施工控制中按照自适应控制思路,采用“最小二乘法”进行参数识别和误差
分析,其基本方法是:
当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时,测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠
度为:
T
S[S
(1),S
(2),,S(m)]
设原定理想状态的梁体理论计算挠度为:
T[
(1),
(2),,(m)]
上述两者有误差量:
T
Y[Y
(1),Y
(2),,Y(m)]
若记待识别的参数误差为:
T[
(1),
(2),,(m)]
由引起的各阶段挠度误差为:
T[
(1),
(2),,(m)]
式中:
—参数误差到的线性变换矩阵。
残差:
Y=Y
Y
方差:
TTT
V(Y)(Y)(Y)(Y)
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=
TTTTT
YYYY
将上式配成完全平方的形式:
T1TTTT1T
V(()Y)(()Y)
TTT1TTTT1T
+YYY()YYYY()Y
V
当0
时,即
T1TY=0时,上述不等式中的等号成立,此时V达到最小,
()
因此的最小二乘估计为:
()
T1TY
引入加权矩阵:
...01
2
0n
有:
?
()
TTY
1
在连续梁桥悬臂施工的高程控制中,可以由结构性能计算出,按工程条件定义,
由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值S,计算Y,最后获得参数误差估计值,根据参数
误差对参数进行修正。
6桥梁施工控制结构分析
4.7结构分析依据及计算参数的确定
12.3结构分析计算依据
(1)《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005);
(2)《铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005);
(3)《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006);
(4)《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010);
(6)《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005);
(6)《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010);
(7)《铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》(TZ324-2010);
(8)连续梁桥施工图
(9)其他相关规范、规程。
12.4结构计算参数的确定
在进行结构设计和施工控制初步分析时,结构设计参数主要按规范取值,由于部分设
计参数的取值小于实测值,因此在多数情况下,采用规范设计参数计算的结构内力及位移
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均较实测值大,这对设计是偏于安全的,但对于施工控制来说即是不容忽视的偏差,因为
它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求,因此应对部分主要设计参数进
行测定以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正,从而进一步修正结构线形,为保
证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。
影响结构线形及内力的基本参数由很多个,需测定的参数主要有:
(1)混凝土弹性模量,前期结构计算按照规范取值,在施工过程中根据试验结果确
定,混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天
龄期的弹模值,为主梁预拱度的修正提供数据。
(2)预应力钢绞线弹性模量,按照现场取样试验结果采用;
(3)恒载按设计图提供的尺寸,并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要
的修正,考虑结构自重和临时荷载,并考虑梁面坡度的影响;
(4)混凝土收缩、徐变系数,按照规范采用,计算按规范考虑结构局部温差效应及
考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响;
(5)材料热胀系数,按规范取值;
(6)施工临时荷载,现场进行统计,尽量减少材料等的堆放,本阶段不用的材料堆
放在0#块附近;
(7)预应力孔道摩阻系数,根据现场摩阻试验确定。
4.8施工监控结构计算
12.5施工监控结构计算
在施工之前,应对该桥在每一施工阶段的应力状态和线形有预先的了解,故需要对其
进行结构计算,该桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外,
还要考虑诸多相关的其它因素。
(1)施工方案
连续梁桥的恒载内力、挠度与施工方法和架设程序密切相关,施工控制计算前首先对
施工方法和架设程序做一番较为深入的研究,并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为
精确的数值。
在开始施工前,施工单位应给出挂篮的荷载值及刚度值(或变形),监控单
位将根据此数据进行计算分析。
(2)计算图式
梁部结构要经过墩梁固结→悬臂施工→合拢→解除墩梁固结→合拢的过程,在施工过
程中结构体系不断的发生变化,故在各个施工阶段应根据符合实际情况的结构体系和荷载
状况选择正确的计算图式进行分析计算。
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(3)结构分析程序
对于连续梁桥的施工控制计算,采用平面结构分析方法可以满足施工控制的需要,结
构分析采用BSAS程序进行,并利用MIDAS程序对结果进行校核。
(4)预应力影响
预应力直接影响结构的受力与变形,施工控制应在设计要求的基础上,充分考虑预应
力的实际施加程度。
(5)混凝土收缩、徐变的影响
混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体挠度有较大影响,必须加
以考虑。
(6)温度
温度对结构的影响是复杂的,在本桥的施工监控中,对季节性温差在计算中予以考虑,
对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除,以减小其影响。
(7)施工进度
本桥的施工控制计算需按照实际的施工进度以及确切的合拢时间分别考虑各部分的
混凝土徐变变形。
4.9施工控制的计算方法
悬臂施工的连续梁桥梁结构的最终形成需经历一个复杂施工过程以及结构体系转化
过程,对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析,是桥梁结构施工控制中最基本的内
容。
施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全,保证桥梁成桥线形和受力状态基本
符合设计要求。
为了达到施工控制的目的,必需对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和
变形情况进行预测和监控。
因此,必需采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施
工过程中每个阶段的结构行为。
针对该桥的实际情况,采用正装分析法和倒退分析方法进
行施工控制结构分析。
正装分析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,能得到桥梁结构各个施工阶段的位移和受力状态,这不
仅可用来指导桥梁施工,还能为桥梁施工控制提供依据,同时在正装计算中能较好的考虑
一些与桥梁结构形成历程有关的因素,如混凝土的收缩、徐变问题。
正装分析不仅可以为
成桥结构的受力提供较为精确的结果,还为结构刚度、刚度验算提供依据,而且可以为施
工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构的施工控制奠定基础。
倒退分析方法假定在成桥时刻tt0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果,轴
线满足设计线形要求,按照前进分析的逆过程对结构进行倒拆,分析每次拆除一个施工阶
段对剩余结构的影响,在每一个阶段分析得到的结构位移、内力状态便是该阶段结构理想
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的施工状态。
结构施工理想状态就是在施工各阶段结构应有的位置和受力状态,每个阶段
的施工理想状态都将控制着全桥最终形态和受力特性。
施工控制将根据每阶段的实际状态
和理想状态的偏差对计算进行调整,分析误差原因,以较为准确的估计下一阶段的梁体挠
度。
4.10结构分析的目的
(1)
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