矮塔斜拉橋監(jiān)控淺析
2018-04-02
0引言
橋梁施工監(jiān)控是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，尤其對(duì)于使用懸澆或者懸拼施工方法施工時(shí)，其是必不可少的。橋梁施工監(jiān)控以成橋后的狀態(tài)為目標(biāo)，在各施工階段測(cè)出梁體的應(yīng)力和高程的實(shí)際情況與理論狀態(tài)相對(duì)比，找出誤差，分析誤差，及時(shí)反饋并在下一施工節(jié)段修正，確保工程的安全性、合理性。最終使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的要求。
工程概況
梁跨徑組成為60+100+600米，為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋。主橋?qū)?2米,見(jiàn)圖1。本橋采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的體系，墩頂設(shè)支座，目的是使部分斜拉橋的受力更加接近梁式體系，受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。中間主跨為通航孔。全橋滿足通航凈寬、凈空要求，同時(shí)滿足東西大堤通車和防洪通道要求。
采用單箱三室大懸臂截面，外腹板采用豎直腹板形式，箱梁頂板寬度為22米，箱梁底板寬度為15.5米。主墩墩頂根部梁高4米，向中、邊跨方向46米范圍內(nèi)梁高變化采用2次拋物線，其余為等高梁段，梁高2.2米。斜拉索錨固區(qū)均設(shè)橫隔板，邊室橫隔板厚度為40厘米，中室橫隔板厚度為40厘米。
算塔高18米，采用實(shí)心矩形截面。布置在中央分隔帶上，塔身上設(shè)鞍座，以便拉索通過(guò)。斜拉索橫橋向呈單排布置，鞍座亦設(shè)單排。
圖 1有限元模型示意圖
施工過(guò)程仿真分析
本橋有限元模型建立完成后采用了倒裝分析法對(duì)全橋應(yīng)力和線形進(jìn)行了分析計(jì)算，如圖2所示。倒拆計(jì)算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際施工加載順的逆過(guò)程來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)行為分折。倒裝計(jì)算法的目的就是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段理想的安裝位置(主要指標(biāo)高)和理想的受力狀態(tài)。眾所周知，一座大跨度橋梁的設(shè)計(jì)圖只給出了橋梁結(jié)構(gòu)最終成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)線形和設(shè)計(jì)標(biāo)高。但是橋梁結(jié)構(gòu)施工中間各狀態(tài)的標(biāo)高并沒(méi)有明確給出．要想得到橋梁結(jié)構(gòu)施工初始狀態(tài)和施工中間各階段的理想狀態(tài)，就要從設(shè)計(jì)圖中結(jié)出的最終成橋狀態(tài)開(kāi)始，逐步地倒拆計(jì)算來(lái)得到施工各階段中間的理想狀態(tài)和初始狀態(tài)。只有按照倒裝計(jì)算出的橋梁結(jié)構(gòu)各階段中間狀態(tài)(主要指標(biāo)高)去指導(dǎo)施工．才能使橋梁的成橋狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，在橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制中，除了控制結(jié)構(gòu)的高程和線形之外，同樣要控制結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，它與線形控制同樣重要。正因?yàn)樾堆b計(jì)算法有這些特點(diǎn)，所以它能適得用于各種橋形結(jié)構(gòu)的安裝計(jì)算．尤其適用于以懸臂施工為主的大跨度連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋和斜拉嬌。
圖 2倒拆分析流程圖
監(jiān)控結(jié)果分析
線形監(jiān)測(cè)
結(jié)構(gòu)線形監(jiān)測(cè)的目的是分析各梁段實(shí)際的高程沉降與抬升與理論趨勢(shì)是否相符合，并為提供下一階段的立模標(biāo)高提供參考依據(jù)。橋梁線形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)宜取在沉降較小或者沉降可忽略不計(jì)的梁體處，因此本橋梁基準(zhǔn)點(diǎn)取在主梁0#梁段（主塔附近），現(xiàn)以最大懸臂施工階段主梁的端部相鄰的三個(gè)截面的抬高情況作出對(duì)比和分析。同時(shí)對(duì)成橋后的線形進(jìn)行擬合，從直觀和擬合兩方面來(lái)評(píng)價(jià)監(jiān)控在線形方面控制的結(jié)果。見(jiàn)圖表所示。
圖 3截面高程測(cè)點(diǎn)布置圖（剖面）
圖 4全橋高程變化曲線
圖 5半跨直線段高程變化擬合曲線
表 1高程數(shù)據(jù)對(duì)比
由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)際截面抬升較理論抬升略小，這主要是立模偏差、溫度效應(yīng)、以及預(yù)應(yīng)力張拉損失造成的，其中測(cè)量誤差也是一方面因素。但得到實(shí)測(cè)值與理論值相差在±6mm以內(nèi)且不大于懸臂長(zhǎng)度的1/3000，滿足要求。大橋橋面標(biāo)高控制理想，以跨中為中心為一豎曲線，根據(jù)擬合直線函數(shù)可以求得縱坡為2.495%，較設(shè)計(jì)采用的2.5%縱坡非常接近。
應(yīng)力監(jiān)測(cè)
應(yīng)力測(cè)試主要包括應(yīng)變計(jì)的調(diào)試，埋設(shè)后頻率與溫度的測(cè)量，測(cè)量結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析三大部分。本橋應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)主要設(shè)置在彎矩最大處和正負(fù)變化處。根據(jù)測(cè)量結(jié)果與理論應(yīng)力之間還是有一定的誤差，其主要原因是混凝土的收縮、溫度的變化、儀器本身的誤差，對(duì)于寬箱梁來(lái)說(shuō)剪力滯效應(yīng)也不能忽略?？傮w而言應(yīng)力的傳遞還是符合要求的，說(shuō)明已施工梁體間存在應(yīng)力傳遞，且剛度適宜。索力的測(cè)試采用的是振動(dòng)頻率法，利用信號(hào)采集儀以及公式測(cè)出相應(yīng)的索力。
索力與頻率之間的關(guān)系為：
式中m為單位索長(zhǎng)質(zhì)量，L為索的振動(dòng)長(zhǎng)度，n為索的振動(dòng)階數(shù)，為第n階振動(dòng)頻率。本橋索力測(cè)試數(shù)據(jù)證明索力精度良好。
結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)合肥某斜拉橋的計(jì)算分析和監(jiān)控，得出結(jié)論如下：主橋線形比較美觀，取得了理想的效果，通過(guò)對(duì)成橋之后的線形測(cè)量以及擬合，實(shí)際坡度與設(shè)計(jì)坡度很接近，說(shuō)明線形的監(jiān)控有效，保證了截面的橫向一致性和縱向順滑性，施工是嚴(yán)格按照監(jiān)控進(jìn)行的。主梁的應(yīng)力在在個(gè)別點(diǎn)比較大，有應(yīng)力集中現(xiàn)象，說(shuō)明此部位混凝土收縮大，這與混凝土澆筑時(shí)候的振動(dòng)不到位有關(guān)，也需要對(duì)混凝的收縮性進(jìn)行更深層次的研究。
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