S217南镇至冷水滩公路复兴大桥施工监控方案1.doc
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1、目 录1 工程概况第1页2 施工监控的目的与意义第1页3 施工监控的内容、方法与对策第2页 3.1 监控内容第2页 3.2 监控方法第3页 3.3 监控对策第5页4 施工监控结构分析计算及立模标高的确定第6页 4.1 施工监控结构分析第6页 4.1.1 施工监控结构分析的原则第6页 4.1.2 施工监控的结构计算方法第7页 4.2 立模标高的确定第9页5 施工监控标准第9页6 现场监测与参数识别第10页 6.1 应力观测第10页 6.2 挠度观测第11页 6.3 温度观测第12页 6.4 混凝土弹性模量及容重的测量第14页 6.5 钢绞线管道摩阻损失的测定第14页7 阶段施工监控验收第15页8
2、 施工监控工作要求第15页9 施工监控组织第15页10 各方协调工作内容第17页11 施工监控表格第18页 11.1 施工监控表格类型第18页 11.2 施工监控表格编号规则第18页12 施工监控工作计划第19页 12.1 时间安排第19页 12.2 主要工作人员安排第19页 12.3 主要仪器和设备第19页13 施工监控报价第21页附表1 复兴大桥主桥施工监控指令表第22页附表2 复兴大桥主梁标高实测数据记录表第23页附表3 复兴大桥主桥标高实测值与理论值比较表第24页附表4 复兴大桥应力应变测试数据记录表第25页附表5 复兴大桥应力应变实测值与理论值比较表第26页附图1 复兴大桥左半幅温度
3、、应力应变测点布置图第27页附图2 复兴大桥右半幅温度、应力应变测点布置图第28页S217南镇至冷水滩公路复兴大桥施工监控方案1 工程概况某某复兴大桥是省道S217线跨越湘江的一座大型桥梁,由上、下行两幅组成,桥梁起点桩号K57+075.31,桥梁中心桩号K57+450.95,桥梁终点桩号K57+826.59,大桥总长751.28m。北岸引桥为1530m预应力混凝土T梁桥,主桥为4孔(56+290+56m)预应力混凝土变截面悬浇连续箱梁。桥台为埋置式桥台,桥墩为柱式桥墩,钻孔灌注桩基础。桥梁全宽28m,半幅(1.75m+0.50m+10.75m+0.50m),中央设1.0m分隔带,两外侧设置人
4、行道。桥面设1.039%的单向纵坡,横桥向设2%双向横坡。2 施工监控的目的与意义施工是设计意图实现的关键,好的桥梁设计必须要有高水平的桥梁施工技术来支持;另一方面,桥梁施工技术的发展为桥梁设计意图的实现提供了灵活多样的手段,为新结构、新材料的推广应用提供了充分的技术保障。桥梁施工技术包含施工设计计算、施工方法、施工工艺、施工设备、施工监控等诸多内容。其中,施工监控是施工技术的重要组成部分,并始终贯穿于桥梁施工中。桥梁施工,特别是大跨径桥梁的施工,是一个复杂的系统工程。在该系统中,设计图是目标,而从开工到竣工整个施工过程中,将受到许多确定和不确定因素的影响,包括设计计算假定、材料性能参数、施工
5、精度、施工荷载、大气温度等诸多方面的因素,这些因素总会使实际状态与理想目标状态之间存在一定的差异。因此,在施工过程中如何从受各种因素影响而失真的参数中找出相对真实之值,对施工状态进行实时监测、预测、调整,对设计目标的实现是至关重要的。复兴大桥主桥为56+290+56m预应力混凝土变截面悬浇连续箱梁桥,施工过程复杂,除了材料特性的离散性外,它还要受温度、湿度、时间等因素的影响,加上各节段混凝土的龄期、强度、持载历史等因素各不相同,这就会造成各阶段的内力和变形随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象,甚至出现超过设计允许的内力和变形,若不通过有效的施工监控实时跟踪、及时调整。就势必造成成桥状态的线
6、型和内力不符合设计要求。桥梁施工监控又是桥梁建设的安全保证,这一点对于大跨度桥梁更为突出。在施工过程中,由于每一阶段结构的内力和变形目标值是可以预计的,各施工阶段结构的实际内力和变形是可以监测得到的,这样就可以较全面地跟踪掌握施工进度和发展情况。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、分析原因,采取及时必要的措施,否则将可能出现事故。桥梁施工监测监控就是桥梁建设的安全系统,为确保桥梁施工安全,对施工过程进行监测监控是必不可少的。3 施工监控的内容、方法与对策3.1 监控内容施工监控的目的是要对成桥目标进行有效监控,修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标
7、的影响,使施工中的结构状态处于最优状态,保证施工过程安全和成桥状态(包括内力和线型状态)符合设计、规范要求。1)应力监控。桥梁结构在施工过程中以及在成桥状态的受力情况是否与设计相符合是施工监控要解决的重要问题。通常通过结构应力的监测来了解实际应力状态,若发现实际应力状态与理论计算应力状态的差别超限就要进行原因查找和调控,使之监控在设计和规范的允许范围之内。一旦结构应力超出允许范围,轻者会给结构造成危害,重者将会发生结构破坏。所以,它比变形监控显得更加重要,因此必须对结构应力实施严格监控。2)线形监控。桥梁结构的变形受到诸多因素的影响,会使桥梁结构在施工过程中的实际位置(立面标高,平面位置)偏离
8、预期状态,甚至导致桥梁难以顺利合拢,或造成成桥线形与设计目标不符。桥梁监控中的线形监控就是使桥梁结构在施工中的实际状态与预期状态之间的偏差监控在容许范围内,成桥线形状态符合设计要求。3)稳定监控桥梁结构的稳定性关系到桥梁结构的安全,它与桥梁的强度有着同等的甚至更重要的意义。桥梁施工过程中不仅要严格监控变形和应力,而且要严格地监控施工各阶段结构构件的局部和整体稳定。桥梁稳定监控主要通过稳定分析计算,并结合结构应力、变形情况来综合评定、监控其稳定性。此外,除桥梁结构本身的稳定性必须得到监控外,施工过程中所使用的支架、挂篮等施工设备的稳定性也应满足要求。4)安全监控桥梁施工过程中安全监控是桥梁施工监
9、控的重要内容,桥梁施工安全监控是上述变形监控、应力监控、稳定监控的综合体现。变形监控、应力监控、稳定监控取得了成效,安全监控也就得到了保障。3.2 监控方法桥梁施工是一个复杂的系统工程,桥梁施工的过程也是该系统的运行过程,施工过程中结构的受力状态、安全性能和成桥状态是桥梁施工监控的目标,在整个施工过程中,受许多确定和不确定因素的影响,会使实际状态与理想目标状态之间存在一定的差异。对施工状态进行实时监测、预测、调整,从而实现设计目标就成为桥梁施工监控的中心任务。因此,桥梁施工监控应将结构内力、线形作为状态向量,将立模标高、预应力钢筋张拉力等作为监控向量,监控流程如下:1)每一施工阶段(或节段)的
10、结构内力、变形进行监控测量。测量的内容包括结构高程及线形的变化,结构主要截面的应力状态,主要材料试验结果如混凝土的弹性模量、容重等,主要施工设备的重量、位置等。2)计算参数及结构状态的估计。需要估计的计算参数包括混凝土的弹性模量的变化规律、预应力损失、收缩徐变系数、构件日照温差的变化范围等,这些参数的估计可以采用基于结构静力分析的参数辨识方法。结构状态的估计是指从包含有量测误差的监控测量结果中进行状态向量的最优估计。3)结构模拟分析。通过结构倒退分析,基于计算参数的最优估计结果,计算出各施工阶段结构的理想目标状态,通过结构前进分析,计算出下一施工阶段(或节段)结构内力、标高的预测值。本项目结构
11、模拟分析拟采用Midas/Civil和桥梁博士等桥梁专用结构分析计算软件。4)比较各施工阶段(或节段)的目标状态与实际状态。如果二者的偏差超过事先确定的范围,根据监控论的基本理论和实际状态监控测量的结果,通过结构模拟分析计算,确定预应力钢筋的张拉力、预抬高量等监控量调整方法和调整量值,以使实际状态与目标状态尽可能接近。5)对每一个施工阶段(或节段),按照上述流程进行监控测量、状态估计、模拟分析、监控量调整,直至桥梁施工完成,使每一施工过程状态及成桥状态均接近目标状态。桥梁施工监控可分为事后监控法、预测监控法、自适应监控法、最大宽容度法等。根据本桥的结构形式、施工特点及监控内容,拟采用预测监控法
12、。预测监控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后,对结构的每一个施工阶段(节段)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免不了有误差存在,某种误差对是施工目标的影响则在后续施工状态的预测予以考虑,以此循环,直到施工完成和获得与设计相符合的结构状态。这种方法适用于所有桥梁,而对于那些已成结构的状态具有不可调整性的桥梁施工监控必须采用此法。本桥为悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥,其已成节段的状态(内力、标高)是无法调整的,只能对施工的节段预测状态进行改变,因此本桥采用预测监控法中的随机最优监控法是比较合适的,随机最优监控法监控流程见图1。图1
13、 随机最优施工监控流程图3.3 监控对策本桥为悬臂浇注的连续梁桥,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,因此连续梁桥施工监控的主要目标是监控主梁的线形。对于混凝土连续梁桥,已施工梁段上出现误差时,只能通过张拉预备预应力束调整,而这一调整量是非常有限的,因此,一旦出现线形误差,误差将永远存在,只能通过立模标高消除已施工梁段的残余误差,有时调整需经过几个梁段才能完成。悬臂浇筑连续梁桥施工中标高监控的特点是,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。根据这一特点本桥监控对策为:1)在进行施工
14、模拟计算时必须充分考虑各种施工因素,特别要正确计算主梁的轴线坐标。2)由于没有高效的调整措施,必须合理制定施工步骤,使每个步骤的变形量减小,这样即使某个施工步骤产生误差,该误差在总体变形中所占比例就较小。4 施工监控结构分析计算及立模标高的确定4.1 施工监控结构分析大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工采用分阶段逐步完成的悬臂施工方法时,结构的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进行详细的变形计算和受力分析,是施工监控中最基本的内容之一。为了达到施工监控的目的,首先必须通过施工监控计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态(施工阶段理想状态),以此为
15、依据来监控施工过程中每个阶段的结构行为,使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。4.1.1 施工监控结构分析的原则1)施工方案。由于连续梁桥的恒载内力与施工方法和架设程序密切相关,施工监控计算前应首先对施工方法和架设程序作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。2)计算图式。连续梁桥一般要经过墩梁固接悬臂施工合拢解除墩梁固接合拢的过程,在施工过程中结构体系不断发生变化,因此在各个施工阶段应根据符合实际状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。3)预加应力影响。预加应力直接影响结构的受力和变形,施工监控中应在设计要求的基础上,充分考虑预应力的实际施加
16、程度。4)混凝土收缩、徐变的影响。连续梁桥必须计入混凝土收缩、徐变对变形的影响。5)温度。温度对结构的影响是复杂的,通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑,对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除,减小其影响。6)施工进度。施工监控计算需按实际的施工进度以及确切的预计合拢时间分别考虑各个部分的混凝土徐变变形。4.1.2 施工监控的结构计算方法桥梁施工监控中的结构分析方法包括前进分析法、倒退分析法以及无应力状态法。对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥,施工监控结构分析的方法采用前进分析法和倒退分析法。1)前进分析法为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态,只有根据实际结构的配筋情况和既定施
17、工方案逐个阶段地进行计算,最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种计算方法的特点是:随着施工阶段的推进,结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变,前期结构将发生徐变,其几何位置也在改变,因此,前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为前进分析法,前进分析法能够较好的模拟桥梁结构的实际施工历程。其计算流程是: 确定结构初始状态。主要包括:中跨、边垮的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力钢筋信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。基础、桥墩和0号块浇筑完成:计算已浇筑部分在自重和外
18、加荷载作用下的变形和内力。在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件,直到悬臂浇筑完成,挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力,每一阶段计算均依照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。进行边垮合拢、中跨合拢,计算这几个主要阶段结构的内力和变形。桥面铺装。计算二期恒载作用下结构的内力与变形。前进分析不仅可以为成桥结构的受力提供较为精确的结果,还为结构强度、刚度验算提供依据,而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构施工监控奠定基础。2)倒退分析法前进分析可以严格按照设计好的施工步骤进行各阶段内力分析,但由于分析中结构节点坐标的改变,最终结构线形不可能完全满足设计线形要求。实际施工中
19、桥梁结构线形的监控与强度监控同样重要,线形误差将造成桥梁结构的合拢困难,影响桥梁建成后的美观和营运质量。为了使竣工后的结构保持设计线形,在施工过程中用设置预拱度的方法来实现。而对于分阶段施工的连续梁桥,一般要求给出各个施工阶段结构物监控点的标高(预抛高),以便最终使结构物满足设计要求。这个问题用前进分析法是难以解决的。倒退分析法可以解决这一问题,它的基本思想是,假定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。在此初始状态下,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节段对剩余结构的影响,在一个阶段内力分析得到的结构位移、内力状态便是该阶段结构理想的施
20、工状态。所谓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监控着全桥最终形态和受力特性。倒退分析法具有以下几个特点:倒退分析时的初始状态必须由前进分析来确定,但初始状态中的各杆件的轴线位置可取设计轴线位置。拆除单元的等效荷载,用被拆单元接缝处的内力反向作用在剩余主体结构接缝处加以模拟,这些内力值可由前进分析计算来得到。拆除杆件后的结构状态为拆除杆件前的结构状态与被拆除杆件等效荷载作用状态的叠加。换言之,本阶段结束时,结构的受力状态用本阶段荷载作用下结构受力与前一阶段结构受力状态相叠加而得到,即认为在这种情况下线性叠加原理成立。被拆除构件满足零应力条件,剩余
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