大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析与测试

大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析与测试

许旭卯

浙江省建设工程质量检验站有限公司浙江杭州310012

摘要：近年来，大跨混凝土桥梁施工监控中的应力问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了应力误差产生的原因，并结合相关实践实际案例，分别从多个角度与方面就大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：大跨混凝土桥梁；施工监控；应力分析；测试

1概述

在大跨桥梁施工中，由于其复杂性以及工程质量的重要性，决定了施工监控工作在其中的关键作用。在施工监控时，其核心工作之一就是应力测试。精确的应力测试是施工过程中判断桥梁安全与否的最关键依据。但是在应力测试上却仍然存在一定的问题，主要就是混凝土的收缩徐变特性造成的，因应力测试是经应变测试而来的，而在应变仪的记录中，却有应力应变与非应力应变两部分，其难点就在于将总应变中的非应力应变剔除出去，这样才能得到真实应力值。

以空间梁单元为基础，实现了截面包括多种任意不同初应变材料的初应变通用算法，使非应力应变得以从实测应变中剔除，并以此为依据得到其真实应力水平，从而为大跨混凝土桥梁的施工监控提供了科学依据。

在施工监控时，混凝土实测应变包括了徐变、收缩而产生的应力应变与非应力应变，只有剔除非应力应变后，再以弹性关系得到的应力值才较为真实、准确。

虽然本例算法从理论上来看是精确的，然而因桥梁规范里的混凝土徐变收缩参数与模型和实际存在一定差异，所以在计算过程中难以确保应变值相当精确，但计算值的精确度已能够使工程需要得到满足。

2应力误差产生的原因

2.1砼收缩徐变引起的误差

在桥梁悬臂施工监测中，随着施工的进展，不断地在相应的预定位置埋置传感器，随着桥梁的继续施工，通过这些传感器，将测读到传感器所在点的变形变化量的总和。这些总的变形量不仅反映由于荷载和外力的变化引起的应力变化，即每一节段砼、钢材、模具、挂兰、施加预应力、斜拉索张拉等的变化；同时也反映了温度变化、砼收缩、徐变的影响，其中砼收缩、徐变量的大小直接对传感器读数产生较大的影响，并且有时间累积效应，在悬臂浇筑阶段，主梁结构可以自由收缩，砼的收缩并不能在主梁中产生应力，可是该收缩量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的砼应力，并不能代表所测点所受的真实应力。事实上，它往往夸大了砼中的真实应力，这个收缩值所引起的误差是施工监测中应力绝对误差最大的一部分。在传感器最初埋设的30d内，砼将有很大的收缩量，可在传感器中产生8-15MPa的测读应力。

2.2温度不同引起的误差

温度的升高或降低，会带来处于悬臂状态的梁体自由地伸长或缩短，这种伸长或缩短不会在梁体内产生应力的变化，可是梁体长度的变化量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的砼应力，包括了温度变化引起的砼伸长或缩短。温度变化包括两个方面：季节温差，悬臂施工的大跨径桥梁，一般不会在5-6个月内就合龙了，需要跨过温差较大的不同季节，季节温差，将引起梁悬臂自由伸长或缩短；?日照温差，施工中处于悬臂状态的桥梁不仅处于每天变化的日照温度场中，日照温差将引起悬臂梁伸长或缩短，而且由于桥梁顶底、箱内、外每天日照时间不同，同一截面不同点，温度不一样，不同位置的不同截面温度更是不一样。比如在西南地区，这种季节温差通常在20e-35e，而这个温度将在C50的砼中引起测读应力增加710-1015MPa，而C50砼在施工中容许出现的拉应力为310MPa。很容易给人一种已经出现危险的假现象。

2.3理论计算值误差

理论计算值的真实可靠性受到怀疑主要是由于结构计算理论的不准确性、计算荷载的不准确性引起的。对于大多数连续梁桥、连续刚构或斜拉桥，在计算中都是以梁单元来模拟主梁结构，包括用平面梁单元来计算其宽度方向尺寸超过长度方向单元长度尺寸的这种有限元计算方法本身的不完全恰当性和用平截面理论来计算这种梁板结合结构的应力计算方法的局限性。另外在结构计算中，荷载的不准确性也是施工阶段理论计算中无法克服的，除施工荷载（机械、人员、材料、工具）难以准确计量外，斜拉桥还有索力也难以获得其精确值；主梁线型往往不会完全与理论值相同，更主要的是各节段浇筑的砼的重量可能与理论值存在着较大误差，且在不同阶段砼的干、湿程度不一样，其砼的总重在不同阶段也是不同的。

3大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析案例

3.1工程概况

以某省大桥为例，该桥属特大预应力混凝土连续钢构桥结构，跨径145米+235米+145米，95米墩身高，537.08米的全长，单箱单室截面为主梁断面，竖向纵向预应力体系作为主桥的连续箱梁预应力，荷载等级设计挂-100，汽-20。变截面箱梁的梁底形变化以1.7次抛物线，12.86米的根部梁高，4.26米的跨中梁高，8.3米箱梁板全宽，5米底板全宽。箱梁单个T结构划分悬臂浇筑27段，合拢段为2米，0号、1至8号、9至15号、16至27号梁段分别长9米、3米、4米以及5米。主桥对称悬浇作业，除0号与1号梁段以搭设托架完成浇筑外，其余均为挂篮悬浇。26.5米边跨现浇以搭设支架完成。

3.2应变与应力实测分析

该桥2号墩应变实测值，即表1，是各非应变应力与应变应力之和。而推算得到的应力值，即表2。可见，在施工监控时，推算应力值相较于C55混凝土设计抗压强度要更大，主要原因便是实测值中含有徐变、混凝土收缩等非应力应变，只有将其剔除，再以弹性关系得到的应力值方能保证较为准确。

当混凝土桥梁配有大量的非预应力筋时，钢筋对于混凝土收缩徐变产生的约束效应应予以重视。程序BRanalysis能够定量考虑普通钢筋与预应力钢筋对收缩徐变产生约束效应后，将非应力应变计算出来。再用实测的应变值减非应力应变值，以弹性关系计算出实测应力，同时与理论应力值进行对照。

实测应变值减非应力应变值后，再以弹性关系求得的值接近于理论计算值，仍然有一定偏差存在，且偏差在较低应力水平时较大，并随着提升应力水平，偏差相对值也会逐步减小。这是由于提升应力水平，会使测试数据越来越能够抗干扰。

4结束语

综上所述，加强对大跨混凝土桥梁施工监控中应力分析与测试的研究，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的大跨混凝土桥梁施工监控过程中，应该加强对应力问题关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

[1]余钱华.大跨混凝土桥梁施工监控中的应力分析与测试[J].中国公路学报.2017（11）：60-62.

[2]孔祥福，周绪红，于坤.预应力混凝土连续梁的次内力分析方法.[J].建筑科学与工程学报.2017（01）：115-116.