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【摘要】：梁的分段悬臂浇筑法是目前大跨径预应力混凝土桥梁的主要施工方法，也是桥梁施工中的难点，本文以“磨溪大桥”为例，浅谈如何做好对变截面箱梁的施工监控。
【 abstract 】 : the cantilever beam section law is the current long-span prestressed concrete Bridges, but also the main construction method of bridge construction, this paper takes the difficulties "grind creek bridge", for example, to discuss how to do well the varingarea box girder construction supervision.
【關键词】：桥梁 ；施工工艺； 监控
【 key words 】 : bridge; Construction craft; monitoring
1引言
预应力连续箱梁桥作为一种结构刚度大、跨越能力大的桥型 ，在近几十年得到了长足的发展。随着预应力混凝土工艺的不断完善 ，采用挂篮悬臂浇筑节段混凝土来建造大跨度混凝土梁桥，如今在国内技术已经相当成熟。梁的分段悬臂浇筑法是目前国内外大跨径预应力混凝土桥梁的主要施工方法 ，箱梁桥在施工过程中已成的结构无法事后调整，而且在施工过程中还有温度效应、混凝土的收缩徐变以及测量带来的误差等不利的因素，都可能对最终的目标造成干扰，从而影响桥梁的最终合拢。为检验每一施工工况是否正常，确保施工安全和质量，尤其是保证成桥线形，必须对上部箱梁结构进行施工力学分析和现场监控，以保证成桥的线形和受力状态与设计一致。因此，为了确保桥梁施工安全，取得相对理想的结果，在施工中对桥梁进行监控是十分必要的。本文以福州机场二期高速公路A2合同段磨溪大桥为例，介绍监控在桥梁施工过程中的实施过程及作用。
2 工程概况
磨溪大桥位于福州市马尾区快安村境内，为跨越磨溪及山间谷地的一座左右幅分离式大桥；左线桥起点桩号为ZK6+430，终点桩号为ZK6+771，桥梁全长341m，共分三联，桥跨组合为5×30m+（40+68+40）m+30m；右线桥起点桩号为YK6+432.5，终点桩号为YK6+769.5，桥梁全长337m，共分三联，桥跨组合为5×30m+（40+68+40）m+30m。第二联上部结构为（40+60+40）m三跨P.C变截面连续箱梁，由上、下行分离的两个单箱单室箱型截面组成，采用纵、横、竖三向预应力体系。
磨溪大桥的仿真计算是采用平面杆系程序——《桥梁博士》进行的。计算的内容包括温度变化、施工临时荷载、混凝土收缩徐变、机构体系转换、以及后期的二期恒载和活载效应。在计算过程中采用实际的挂篮及模板自重，对于混凝土的材料容重及弹性模量则取用规范理论值。
3 施工监控
施工控制过程是一个“施工—测量—误差分析—参数调整—预报”的循环，根据施工单位制定的施工方案、步骤、工期、荷载以及现场外部条件变化等实际情况，结合施工监测的数据，以设计的线形和结构内力为目标，通过计算分析，提前预报施工阶段梁体的施工高程，以指导施工。桥梁施工工程控制是一个系统工程，主要包括二部分。一部分是数据采集系统，另一部分是数据的分析处理系统，即监控。施工工程控制理论的发展是从简单向复杂逐步发展的过程，本项目采用最先进的自适应控制。
自适应控制是根据施工中每个工况的受力与变形状态未达到设计所确定理想目标的重要原因分析，修正有限元计算模型中的计算参数取值，包括混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，这些设计中采用参数的偏差可能引起施工中的线形、内力变化，使之与实际结构有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测得到的结构内力、线形变化修正计算模型中的相关参数值，以使计算模型与实际结构在一定的施工期后，自动适应结构的物理力学变化规律。
当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到辩识算法中去计算模型参数的调节量，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致，这时参数的辩识过程结束。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。
主桥应力监控主要是确保大桥的安全施工。通过主桥结构应力监测可迅速获知主梁及桥墩受力状况的实测资料，及时分析判断并掌握主桥应力实际状态 ，从而控制整个结构的安全。通过对箱梁及主墩控制截面混凝土正应力的监测 ，可以观察施工过程中的箱梁及主墩控制截面混凝土正应力是否在设计要求范围内;观察预应力钢束张拉、锚固、恒载、结构体系转换等荷载作用下的箱梁及主墩控制截面混凝土正应力变化情况等。传感器采用国内常用的丹东市三达测试仪器厂的GHB-3型钢弦式应变计，该种传感器具有测试精度高，稳定性好等特点。对于混凝土梁桥，主要监控的是桥梁纵向应力大小，所以在钢筋绑扎完毕、混凝土浇筑之前，用铁丝绑扎在主梁的纵向钢筋上。磨溪大桥在各悬臂的根部、1/2悬臂处埋设传感器，每个截面上的传感器布置。
集数据后，代入传感器的计算公式，得到混凝土的应变大小，然后乘以混凝土的弹性模量，即可将应变转换成应力，再将其与理论应力、材料容许应力比较，从而判断施工质量。当然，前几阶段的计算需要进行误差分析与参数调整，但随着测试与调整到4~5阶段后，理论数值就会更加接近测试数值。同时，考虑到传感器埋设位置与箱梁表面有一定距离，所以测试得到的应力大小与实际箱梁顶面的应力大小有一定的差值，由于传感器的埋设也存在一些误差，这就有可能导致实测值有所减小，但是误差不应过大，在监控过程中得到的实测值与理论值见表1。
表1 磨溪大桥某段施工阶段的应力情况表
工况 编号 初始读数 测量读数 应变值 实测应力 理论应力 容许应力
1块混凝
土浇筑后 6469 1844 1800 49.262 1.75 2.32 18.00
6472 1852 1788 76.989 2.73 2.32 17.88
6457 1843 1829 16.150 0.57 1.046 18.29
6460 1838 1814 27.430 0.97 1.046 18.14
6826 1885 1830 61.821 2.19 2.32 18.30
6829 1894 1837 65.067 2.31 2.32 18.37
6820 1895 1887 9.318 0.33 1.046 18.87
6818 1895 1894 1.616 0.06 1.046 18.94
比较表中数据可知，虽然应力测试点的测试数值都小于理论数值，但也有个别应力较小的点有较大的误差。
5线形监控
线形控制是大桥施工监控工作中的关键部分 ，线形控制的好坏关系到大桥能否顺利合拢，成桥后能否达到期望的目标线形。连续刚构桥挂篮施工中各部位平面位置比较容易控制 ，但由于梁段截面变化和自重应力作用下产生的挠度影响使得梁段顶低面高程监控成为线形监控量测的难点和重点。挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据。在纵桥向每个施工节段设一个测试截面，每个测试截面布置四个测试测点，这样不但可以测量箱梁的挠度，同时还可以观测箱梁是否发生扭转变形。为了能够很好的控制桥梁的线形，首先将有关工况、参数、施工荷载和二期恒载等输入该桥数值模型中，得到桥梁的初步的设计挠度值。
虑到实际施工的后期阶段工况，在计算立模标高时，要通过分析最新实测标高与后期计算数据之关系，修改早期理论计算挠度值，得到适时修正的下一节段立模标高。立模标高的计算公式如下：
H=H0+f i+f挂篮+1/2f p
式中，
H——待浇梁段主梁前端立模标高；
H0——设计标高；
f i——本施工阶段及以后各施工阶段对该点挠度影响值，该值包括恒载、移动荷载、徐变、体系转化、预加应力等影响；
f挂篮——本节段的挂篮变形值，由加载试验提供；
f p——使用阶段活载作用下产生的最大竖向挠度。
在节段端部选取4个具有代表性的截面，通过施工过程修改调整后得到立模标高与施工预应力索张拉后的测量标高。同时，选择磨溪桥右线6#墩边跨、中跨，测算它们的标高比较。
5 结语
施工过程监控对于悬臂浇筑施工安全性具有重要的意义，是保证桥梁建造质量的重要手段；通过施工监控，使施工工艺参数更具合理性，各节段立模标高的确定更加合理准确，保证了桥梁结构内力和线形符合设计要求；施工监控可以掌握实际结构的真实应力状态，为桥梁的运营和养护提供基础资质。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【 abstract 】 : the cantilever beam section law is the current long-span prestressed concrete Bridges, but also the main construction method of bridge construction, this paper takes the difficulties "grind creek bridge", for example, to discuss how to do well the varingarea box girder construction supervision.
【關键词】：桥梁 ；施工工艺； 监控
【 key words 】 : bridge; Construction craft; monitoring
1引言
预应力连续箱梁桥作为一种结构刚度大、跨越能力大的桥型 ，在近几十年得到了长足的发展。随着预应力混凝土工艺的不断完善 ，采用挂篮悬臂浇筑节段混凝土来建造大跨度混凝土梁桥，如今在国内技术已经相当成熟。梁的分段悬臂浇筑法是目前国内外大跨径预应力混凝土桥梁的主要施工方法 ，箱梁桥在施工过程中已成的结构无法事后调整，而且在施工过程中还有温度效应、混凝土的收缩徐变以及测量带来的误差等不利的因素，都可能对最终的目标造成干扰，从而影响桥梁的最终合拢。为检验每一施工工况是否正常，确保施工安全和质量，尤其是保证成桥线形，必须对上部箱梁结构进行施工力学分析和现场监控，以保证成桥的线形和受力状态与设计一致。因此，为了确保桥梁施工安全，取得相对理想的结果，在施工中对桥梁进行监控是十分必要的。本文以福州机场二期高速公路A2合同段磨溪大桥为例，介绍监控在桥梁施工过程中的实施过程及作用。
2 工程概况
磨溪大桥位于福州市马尾区快安村境内，为跨越磨溪及山间谷地的一座左右幅分离式大桥；左线桥起点桩号为ZK6+430，终点桩号为ZK6+771，桥梁全长341m，共分三联，桥跨组合为5×30m+（40+68+40）m+30m；右线桥起点桩号为YK6+432.5，终点桩号为YK6+769.5，桥梁全长337m，共分三联，桥跨组合为5×30m+（40+68+40）m+30m。第二联上部结构为（40+60+40）m三跨P.C变截面连续箱梁，由上、下行分离的两个单箱单室箱型截面组成，采用纵、横、竖三向预应力体系。
磨溪大桥的仿真计算是采用平面杆系程序——《桥梁博士》进行的。计算的内容包括温度变化、施工临时荷载、混凝土收缩徐变、机构体系转换、以及后期的二期恒载和活载效应。在计算过程中采用实际的挂篮及模板自重，对于混凝土的材料容重及弹性模量则取用规范理论值。
3 施工监控
施工控制过程是一个“施工—测量—误差分析—参数调整—预报”的循环，根据施工单位制定的施工方案、步骤、工期、荷载以及现场外部条件变化等实际情况，结合施工监测的数据，以设计的线形和结构内力为目标，通过计算分析，提前预报施工阶段梁体的施工高程，以指导施工。桥梁施工工程控制是一个系统工程，主要包括二部分。一部分是数据采集系统，另一部分是数据的分析处理系统，即监控。施工工程控制理论的发展是从简单向复杂逐步发展的过程，本项目采用最先进的自适应控制。
自适应控制是根据施工中每个工况的受力与变形状态未达到设计所确定理想目标的重要原因分析，修正有限元计算模型中的计算参数取值，包括混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，这些设计中采用参数的偏差可能引起施工中的线形、内力变化，使之与实际结构有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测得到的结构内力、线形变化修正计算模型中的相关参数值，以使计算模型与实际结构在一定的施工期后，自动适应结构的物理力学变化规律。
当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到辩识算法中去计算模型参数的调节量，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致，这时参数的辩识过程结束。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。
主桥应力监控主要是确保大桥的安全施工。通过主桥结构应力监测可迅速获知主梁及桥墩受力状况的实测资料，及时分析判断并掌握主桥应力实际状态 ，从而控制整个结构的安全。通过对箱梁及主墩控制截面混凝土正应力的监测 ，可以观察施工过程中的箱梁及主墩控制截面混凝土正应力是否在设计要求范围内;观察预应力钢束张拉、锚固、恒载、结构体系转换等荷载作用下的箱梁及主墩控制截面混凝土正应力变化情况等。传感器采用国内常用的丹东市三达测试仪器厂的GHB-3型钢弦式应变计，该种传感器具有测试精度高，稳定性好等特点。对于混凝土梁桥，主要监控的是桥梁纵向应力大小，所以在钢筋绑扎完毕、混凝土浇筑之前，用铁丝绑扎在主梁的纵向钢筋上。磨溪大桥在各悬臂的根部、1/2悬臂处埋设传感器，每个截面上的传感器布置。
集数据后，代入传感器的计算公式，得到混凝土的应变大小，然后乘以混凝土的弹性模量，即可将应变转换成应力，再将其与理论应力、材料容许应力比较，从而判断施工质量。当然，前几阶段的计算需要进行误差分析与参数调整，但随着测试与调整到4~5阶段后，理论数值就会更加接近测试数值。同时，考虑到传感器埋设位置与箱梁表面有一定距离，所以测试得到的应力大小与实际箱梁顶面的应力大小有一定的差值，由于传感器的埋设也存在一些误差，这就有可能导致实测值有所减小，但是误差不应过大，在监控过程中得到的实测值与理论值见表1。
表1 磨溪大桥某段施工阶段的应力情况表
工况 编号 初始读数 测量读数 应变值 实测应力 理论应力 容许应力
1块混凝
土浇筑后 6469 1844 1800 49.262 1.75 2.32 18.00
6472 1852 1788 76.989 2.73 2.32 17.88
6457 1843 1829 16.150 0.57 1.046 18.29
6460 1838 1814 27.430 0.97 1.046 18.14
6826 1885 1830 61.821 2.19 2.32 18.30
6829 1894 1837 65.067 2.31 2.32 18.37
6820 1895 1887 9.318 0.33 1.046 18.87
6818 1895 1894 1.616 0.06 1.046 18.94
比较表中数据可知，虽然应力测试点的测试数值都小于理论数值，但也有个别应力较小的点有较大的误差。
5线形监控
线形控制是大桥施工监控工作中的关键部分 ，线形控制的好坏关系到大桥能否顺利合拢，成桥后能否达到期望的目标线形。连续刚构桥挂篮施工中各部位平面位置比较容易控制 ，但由于梁段截面变化和自重应力作用下产生的挠度影响使得梁段顶低面高程监控成为线形监控量测的难点和重点。挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据。在纵桥向每个施工节段设一个测试截面，每个测试截面布置四个测试测点，这样不但可以测量箱梁的挠度，同时还可以观测箱梁是否发生扭转变形。为了能够很好的控制桥梁的线形，首先将有关工况、参数、施工荷载和二期恒载等输入该桥数值模型中，得到桥梁的初步的设计挠度值。
虑到实际施工的后期阶段工况，在计算立模标高时，要通过分析最新实测标高与后期计算数据之关系，修改早期理论计算挠度值，得到适时修正的下一节段立模标高。立模标高的计算公式如下：
H=H0+f i+f挂篮+1/2f p
式中，
H——待浇梁段主梁前端立模标高；
H0——设计标高；
f i——本施工阶段及以后各施工阶段对该点挠度影响值，该值包括恒载、移动荷载、徐变、体系转化、预加应力等影响；
f挂篮——本节段的挂篮变形值，由加载试验提供；
f p——使用阶段活载作用下产生的最大竖向挠度。
在节段端部选取4个具有代表性的截面，通过施工过程修改调整后得到立模标高与施工预应力索张拉后的测量标高。同时，选择磨溪桥右线6#墩边跨、中跨，测算它们的标高比较。
5 结语
施工过程监控对于悬臂浇筑施工安全性具有重要的意义，是保证桥梁建造质量的重要手段；通过施工监控，使施工工艺参数更具合理性，各节段立模标高的确定更加合理准确，保证了桥梁结构内力和线形符合设计要求；施工监控可以掌握实际结构的真实应力状态，为桥梁的运营和养护提供基础资质。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。