钢筋混凝土拱桥施工监控技术研究

钢筋混凝土拱桥施工监控技术研究

厉佩佩李凡

贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025

摘要：从保证桥梁结构的受力和变形符合设计要求的目的出发，阐述了钢筋混凝土拱桥施工监控的主要内容和相关技术路线，阐述了钢筋混凝土拱桥施工监控的重要作用。通过对施工控制仿真计算、施工控制量测以及以及施工控制流程进行分析，为施工监控的具体实施指明了方法，对工程项目具有指导意义。

关键词：拱桥；施工监控；仿真分析

1施工监控目

大跨径混凝土拱桥设计要求和实际施工是矛盾的统一体，由于结构是逐节段、长期施工形成的，如现场实际施工材料的力学参数及预应力损失等都会与设计有一定差异，节段立模、测量误差以及环境温湿度变化对结构变形的影响等因素在设计过程中难以考虑到。为保证桥梁在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的主拱圈线形符合设计要求，结构恒载内力状态接近设计期望，在桥梁施工过程中进行监控，通过现场监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。

2施工监控的内容与技术路线

2.1施工监控内容

监控是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。主拱圈、拱座的截面内力（或应力）反应了拱桥的主要受力情况。必须控制这些截面的受力都在规范规定范围之内。而线形主要是指拱轴线的坐标位置符合设计要求。成桥后（通常是长期变形稳定后）主拱圈拱轴线的标高要满足上述两方面的设计标高要求。此外，监控通过平面坐标测量，还能保证拱桥的平面位置符合设计要求。在整个监控过程中，还应该保证结构在施工阶段与成桥阶段不会发生失稳。

2.2施工监控技术路线

与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整措施，必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到了修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辩识后，计算模型就基本上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。桥梁的施工控制是一个预告-施工-量测-识别-修正-预告的循环过程。

3施工监控方法

3.1施工控制仿真计算

（1）施工控制参数的选取

施工控制计算参数主要来源两方面：一是来源施工设计图纸，对施工设计图纸进行深入的分析，把握桥梁结构计算模型的坐标、依据图纸对桥梁结构构件进行面积和重量计算；另一方面来源于设计、施工、监理等单位，通过对设计图纸的深入理解，向有关单位收集计算的实际参数。影响施工控制计算的参数有：

混凝土重量的误差、混凝土配合比及弹性模量等的不准确、桥面施工荷载重量的误差、混凝土徐变及收缩参数的不确定引起的应力重分布、临时荷载的不确定性影响、环境温度的影响因素等。

上述参数可以通过试件或试块试验、现场测试等手段获取。为了保证施工监控仿真计算的准确性，在监控工作正式开展前和施工时进行必要的数据收集与对数据的分析计算。当出现误差时，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施、调整以后的施工要求。

（2）施工过程仿真模拟计算

根据施工图和施工技术方案对结构进行全施工过程模拟计算，主要内容有：支架预压模拟计算、主拱圈浇筑后结构内力、应力和挠度计算、拆除支架后内力、应力和挠度计算、桥面铺装完成后的结构内力、应力和挠度。

（3）立模标高的确定及调整

在混凝土浇筑过程中，立模标高的合理确定是关系到拱轴线是否是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终成桥线形一般是较为良好的。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：

式中：—i位置的立模标高（主拱圈上某确定位置）；

—i位置的设计标高；

—由自重在i位置产生的挠度总和；

—由张拉各预应力在i位置产生的挠度总和；

—混凝土收缩、徐变在i位置引起的挠度；

—施工临时荷载在i位置引起的挠度；

—二期恒载在i位置引起的挠度；

—支架变形值。

其中支架变形值是根据支架加载试验，综合各项测试结果而得。而、、、、五项在前进计算分析的结果中可以得到。

3.2施工控制量测

钢筋混凝土拱桥施工控制现场监测的内容有：支架预压变形监测、主拱圈线形监测、关键截面应力监测、结构温度场监测。

如果采用满堂支架或悬拼钢拱架施工主拱圈，主拱圈浇筑前需要对支架或钢拱架进行预压过程的变形监测。变形监测需要布设测量控制网。监控人员进场后，施工单位提供施工测量控制网点布置资料，监控人员根据现场情况建立的桥梁平面控制网，依托施工单位已建立的高程控制网点，设立监控高程控制点。

测量时机的选择：大跨径钢筋混凝土拱桥往往跨季节、跨昼夜施工，温度变化特别是日照温差的变化对于拱桥的变形影响是复杂的，将温差变化所引起的结构从实测变形值中分离出来相当复杂，因此尽量选择温度变化小的时机进行测量，力求温度、日照对施工监控的影响降低到最小限度。

应力监测需要在混凝土内部布置永久性的应变传感器，通过配套的应变采集系统定期采集结构的应变数据，通过温度修正后换算为结构应力，并与理论计算结果进行对比。

钢筋混凝土拱桥施工监控的截面应力观测主要包括施工状态和成桥状态下主拱圈的应力观测。观测主要内容是主拱圈部分结构外缘的法向应力。

（1）控制截面的选取原则：主要是根据施工仿真分析选取施工过程中和成桥后主拱圈的最大正负弯矩截面、截面变化处，要求两岸的控制截面对称布置，以增加观测结果的可比性，便于分析；另外在施工时为了及时控制墩顶偏位或者不平衡施工荷载对主拱圈的不利影响，在墩底也再选取一个应力控制截面。

（2）监测截面的布置原则：由于应力测量一般是针对截面法向应力进行的，因此均将测点布置在靠近控制截面上下缘，方向与截面法向一致。

（3）应力监测时机的选择：应力监测时间在各施工阶段前后进行，但对于重要施工阶段应进行实时监测。

4结语

通过对桥梁施工中的线形、关键截面温度、应力等进行跟踪测量，对施工过程等进行复核计算，掌握施工中结构受力情况，不仅能较好地保证施工质量，也能减少工程事故的发生，保证施工过程中的安全。通过监控可以使施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计及相关规范要求，使成桥后的线形与设计线形在各测点的误差均控制在规范规定和设计要求的范围之内，避免工程返工和出现不合格产品，对工程建设意义重大。

参考文献：

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