大跨度斜拉橋的施工監(jiān)控
2018-05-07
1.大跨度斜拉橋施工監(jiān)控的任務(wù)和目標(biāo)
1.1施工監(jiān)控的概念
橋梁施工控制就是對(duì)橋梁施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力、變形及穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，使施工中結(jié)構(gòu)處于最優(yōu)狀態(tài)，保證施工過(guò)程安全和成橋狀態(tài)（包括內(nèi)力和線形狀態(tài)）符合設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。
1.2施工監(jiān)控的主要任務(wù)和目標(biāo)
1.2.1橋梁施工控制的主要任務(wù)
橋梁施工控制的主要任務(wù)，就是橋梁施工過(guò)程中的安全控制和橋梁結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力狀態(tài)的控制。橋梁施工控制，由于橋梁的結(jié)構(gòu)形式、施工工藝和具體控制內(nèi)容的不同。其操作方法也不相同。總的說(shuō)，橋梁施工控制方法可分為事后控制法、預(yù)測(cè)控制法、自適應(yīng)控制法、最大寬容度法。也有文獻(xiàn)從控制思路上將施工控制分為：開(kāi)環(huán)控制、反饋控制和自適應(yīng)控制。
1.2.2橋梁施工控制的目標(biāo)
?。?）施工過(guò)程中和竣工后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要；
（2）成橋結(jié)構(gòu)線形、索力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；
2.大跨度斜拉橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容
根據(jù)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)和施工方法的特點(diǎn)，施工監(jiān)控的工作內(nèi)容主要包括：①施工過(guò)程的仿真計(jì)算；②施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；③施工過(guò)程的參數(shù)識(shí)別；④施工過(guò)程的標(biāo)高和索力調(diào)整。第①項(xiàng)工作的目的是獲取施工過(guò)程大橋的理論數(shù)據(jù)，第②項(xiàng)工作的目的是獲取施工過(guò)程大橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在上述兩項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上即可進(jìn)行第③項(xiàng)工作，對(duì)大橋的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。上述三項(xiàng)工作均是為第④項(xiàng)工作服務(wù)的，通過(guò)第④項(xiàng)工作即可對(duì)大橋的施工實(shí)施控制。
2.1大跨度斜拉橋施工控制仿真計(jì)算基本內(nèi)容
橋梁施工過(guò)程的仿真計(jì)算已成為現(xiàn)代橋梁確定靜力狀態(tài)的主要手段。施工控制仿真計(jì)算是施工控制的基礎(chǔ)，它的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)建立合理的模型，采取行之有效的結(jié)構(gòu)分析方法，對(duì)橋梁的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)進(jìn)行一定精度的模擬分析過(guò)程。后者也就是橋梁的施工過(guò)程計(jì)算，即在成橋設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)確定后，再對(duì)成橋過(guò)程中的每一施工階段進(jìn)行模擬實(shí)際工況的仿真計(jì)算，求得斜拉橋在每一施工工況下主梁截面的應(yīng)力、斜拉索的張拉力、主梁撓度、塔柱位移以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力等控制參數(shù)的理論值，以確定斜拉橋從上部結(jié)構(gòu)施工開(kāi)始至二期恒載施加完畢后的成橋狀態(tài)這一施工全過(guò)程的理論參考軌跡。無(wú)論在實(shí)際施工中采用哪種控制理論，采取恰當(dāng)?shù)氖┕み^(guò)程模擬分析方法，得出相對(duì)準(zhǔn)確的施工控制參數(shù)，是保證施工控制精度和施工進(jìn)展速度的關(guān)鍵。
橋梁施工仿真計(jì)算都是為橋梁施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控服務(wù)的，也是為施工控制所服務(wù)的。橋梁施工控制就是對(duì)橋梁施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力、變形及穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，使施工中結(jié)構(gòu)處于最優(yōu)狀態(tài)，保證施工過(guò)程安全和成橋狀態(tài)（包括內(nèi)力和線形狀態(tài)）符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。橋梁施工控制的主要任務(wù)，就是橋梁施工過(guò)程中的安全控制和橋梁結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力狀態(tài)的控制。
2.2大跨度斜拉橋施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括索力測(cè)量、主梁與墩塔應(yīng)力測(cè)量、主梁標(biāo)高與塔頂位移測(cè)量、混凝土容重與澆筑量測(cè)量、混凝土彈模與收縮徐變系數(shù)測(cè)量以及溫度影響測(cè)量等。
2.2.1索力測(cè)量
斜拉橋索力測(cè)量的準(zhǔn)確與否是關(guān)系到斜拉橋施工控制能否順利實(shí)施、斜拉橋能否成功修建的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題之一。在工程實(shí)踐中，常用的索力測(cè)定方法有油壓表量測(cè)法、壓力傳感器量測(cè)法、振動(dòng)頻率量測(cè)法（常用方法）、磁通量法。其中振動(dòng)頻率量測(cè)法是常用的方法，用該方法測(cè)量拉索的索力時(shí)，需首先設(shè)法測(cè)出拉索的振動(dòng)頻率，因拉索的振動(dòng)頻率與拉索的索力之間存在一定的關(guān)系。對(duì)于某一根給定的拉索（即已知拉索的長(zhǎng)度、拉索的線密度及拉索兩端的支承條件），只要測(cè)定拉索的自振頻率就可以求得拉索的索力。
2.2.2應(yīng)力測(cè)量
在斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，以觀察在施工過(guò)程中這些截面的應(yīng)力變化及應(yīng)力分布情況，根據(jù)當(dāng)前施工階段向前計(jì)算至竣工，預(yù)告今后施工可能出現(xiàn)的狀態(tài)并預(yù)告下一階段當(dāng)前已安裝構(gòu)件或即將安裝的構(gòu)件是否出現(xiàn)不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的狀態(tài)，以確定是否在本施工階段對(duì)可調(diào)變量實(shí)施調(diào)整。由于電阻應(yīng)變傳感器在混凝土振搗時(shí)極易被損壞，即使不損壞，其絕緣度也無(wú)法保證，另外，在混凝土表面貼片也不能保證可靠，容易發(fā)生漂移，不能保證長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)讀數(shù)的可信性。所以，在主梁各斷面應(yīng)力監(jiān)測(cè)用鋼弦應(yīng)變計(jì)，鋼弦應(yīng)變計(jì)為一密封式自保證體系，與外界物質(zhì)并不直接相關(guān)，測(cè)試是，通過(guò)測(cè)其頻率即可得到混凝土的應(yīng)變，從而得到應(yīng)力。
在應(yīng)力測(cè)量中，測(cè)量得到的應(yīng)力要經(jīng)過(guò)處理分析后才能應(yīng)用，因?yàn)樵跍y(cè)量的應(yīng)力中包含混凝土收縮、徐變引起的應(yīng)變計(jì)變形。所以測(cè)量得到的數(shù)值一般偏大。因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)用混凝土做一個(gè)試驗(yàn)塊，在試驗(yàn)塊中埋應(yīng)變計(jì)，這樣可以測(cè)量出在相同情況下不同時(shí)間混凝土的收縮量。
單索面斜拉橋是大懸臂箱梁，由于拉索的布置方式及錨固點(diǎn)偏向箱梁頂板及預(yù)應(yīng)力布置有關(guān)，存在一定的剪力滯效應(yīng)，因此，布置應(yīng)變計(jì)是要注重測(cè)量箱梁截面的剪力滯效應(yīng)。應(yīng)變計(jì)的布置如圖所示。
2.2.3溫度測(cè)量
斜拉橋的溫度場(chǎng)測(cè)試包括：主梁截面的溫度場(chǎng)測(cè)量、主塔截面的溫度場(chǎng)測(cè)量、斜拉索內(nèi)部溫度場(chǎng)測(cè)量以及溫度對(duì)主梁標(biāo)高、索力、塔頂偏位、相關(guān)截面的應(yīng)力應(yīng)變的影響測(cè)量。
通過(guò)溫度測(cè)試提供主梁、索塔、斜拉索的各測(cè)試斷面的溫度短期變化曲線（即測(cè)量出比較有代表性的某一天或幾天24h內(nèi)結(jié)構(gòu)溫度變化情況）和季節(jié)性溫差變化曲線以及索內(nèi)外溫差和中心點(diǎn)溫差的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。結(jié)合塔柱偏移和主梁線形以及索力的測(cè)量結(jié)果，總結(jié)出結(jié)構(gòu)日照溫差變形規(guī)律和季節(jié)性的溫差變形規(guī)律。 主梁及主塔的溫度測(cè)試采用在測(cè)試斷面預(yù)埋測(cè)量元件（熱敏電阻），用數(shù)值萬(wàn)用表測(cè)量熱敏電阻的電阻值，然后根據(jù)電阻與溫度的標(biāo)定曲線，由所測(cè)電阻值推薦出溫度值。
斜拉索的溫度測(cè)量，采用特制的長(zhǎng)約2m的試驗(yàn)索段，試驗(yàn)索段的構(gòu)造方法與實(shí)際索完全相同。在試驗(yàn)索段的內(nèi)部鋼絲上埋設(shè)熱敏電阻，用數(shù)值萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，然后根據(jù)電阻與溫度的標(biāo)定曲線，由所測(cè)電阻值推薦出索的內(nèi)芯的溫度值。
2.3施工過(guò)程的參數(shù)識(shí)別
2.3.1參數(shù)識(shí)別的特點(diǎn)
大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)一般采用節(jié)段懸臂方法施工，施工階段多，工況復(fù)雜，影響參數(shù)眾多。由于施工因素的不確定性，施工誤差不可避免，造成實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)往往偏離設(shè)計(jì)理想值。而在大部分情況下，受場(chǎng)地條件和測(cè)量?jī)x器所限，實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)往往無(wú)法直接量測(cè)得到。此時(shí)，為了更好地對(duì)當(dāng)前及后續(xù)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行把握和控制，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)辨識(shí)工作。換言之，必須通過(guò)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的某些可觀測(cè)量，采用間接的數(shù)值分析方法來(lái)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別估計(jì)。
2.4施工過(guò)程的標(biāo)高與索力調(diào)整
斜拉橋節(jié)段施工過(guò)程中主梁標(biāo)高（撓度）及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的控制至關(guān)重要，它直接關(guān)系到成橋線型及成橋內(nèi)力的控制以及各施工階段相應(yīng)的調(diào)整措施的準(zhǔn)備。預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁施工控制主要是通過(guò)對(duì)主粱標(biāo)高（含立模標(biāo)高）與索力的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)整是相對(duì)于設(shè)計(jì)值而言的。
2.4.1主粱標(biāo)高的調(diào)整
主粱標(biāo)高的調(diào)整包括主粱每節(jié)段施工完畢后當(dāng)前節(jié)段的標(biāo)高（簡(jiǎn)稱(chēng)階段未標(biāo)高）的調(diào)整以及主梁立模標(biāo)高的調(diào)整等。
?。?）階段末標(biāo)高的調(diào)整
階段末標(biāo)高的調(diào)整量必須控制在一個(gè)較小的范圍之內(nèi)，同時(shí)要確保主梁線型平順，即既要保證主梁各節(jié)段絕對(duì)標(biāo)高的精度，也不能讓主梁出現(xiàn)明顯的折點(diǎn)。
（2）立模標(biāo)高的調(diào)整
主粱立模標(biāo)高的調(diào)整量由四部分組成：
?、匐A段末標(biāo)高的調(diào)整引起的立模標(biāo)高調(diào)整量，取為階段末標(biāo)高調(diào)整量；
②牽索掛籃施工具體方案（掛籃剛度與牽索方案）以及識(shí)別后的主梁階段重量與調(diào)整后的施工索力引起的立模標(biāo)高調(diào)整，可以通過(guò)前述的主梁牽索掛藍(lán)施工模擬計(jì)算活得；
?、蹝旎@的非力學(xué)因素變形引起的立模標(biāo)高調(diào)整量，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，一般在5mm～lOmm左右；
?、軠囟刃?yīng)引起的立模標(biāo)離調(diào)整量。
2.4.2施工索力的調(diào)整
所謂的施工索力是指主梁每節(jié)段施工完畢后當(dāng)前節(jié)段的斜拉索張拉力。根據(jù)控制理論，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整施工索力來(lái)及時(shí)消除或者減少施工誤差引起的影響。這種調(diào)整方式可以理解為是一種單索力調(diào)整方式，他的一個(gè)最大的好處就是索力調(diào)整與節(jié)段施工同步完成，不需要占用額外時(shí)間，可以確保工期。
施工索力的調(diào)整有兩個(gè)作用：
①及時(shí)消除主梁節(jié)段超重的影響；
?、诋?dāng)上一節(jié)段的階段末標(biāo)高實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的差異超過(guò)±30mm時(shí)，可以消除一部分差異，使下一節(jié)段的階段末標(biāo)高調(diào)整量可以同時(shí)滿(mǎn)足絕對(duì)標(biāo)高與線性平順兩方面的要求。施工索力的調(diào)整量可以通過(guò)理論值計(jì)算獲得。
結(jié)束語(yǔ)：本文僅以綜述的形式概括大跨度斜拉橋施工監(jiān)控的技術(shù)流程，介紹了國(guó)內(nèi)外斜拉橋的發(fā)展現(xiàn)狀，斜拉橋的特點(diǎn)，施工監(jiān)控的主要內(nèi)容等。通過(guò)學(xué)習(xí)橋梁施工監(jiān)控這門(mén)課程，我們可以對(duì)橋梁的施工監(jiān)控有一定的了解，得到了兩個(gè)結(jié)論：
?。?）橋梁施工監(jiān)控是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量的關(guān)鍵；
?。?）橋梁施工監(jiān)控是橋梁建設(shè)的安全保證。
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