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缆索体系桥梁施工监控管理流程研究

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-10-26 09:01 热度:

   随着交通运输量的发展,以及城市桥梁景观要求的提高,造型美观、跨越能力出众的缆索体系桥梁得到了越来越多人的青睐。缆索体系桥梁与传统的梁桥相比,涉及到缆索张拉、体系转换等复杂的施工工艺,同时为了保证成桥状态符合设计要求,其施工过程的精度控制要求也更高[1]。因此桥梁施工监控工作成为确保缆索体系桥梁的最终成桥状态是否符合设计要求以及桥梁的施工质量及耐久性的重要保证措施。桥梁施工监控最早源于日本,以往的桥梁施工技术中并未突出施工监控的内容,主要是由于过去桥梁一般跨径不大、结构体系简单,影响因素较小,施工控制对结构最终施工质量的影响不明显,导致人们忽视了施工监控的重要性。而对于缆索体系桥梁,由于其体系复杂,施工控制不力会对桥梁最终的质量产生不可逆的影响[2-4]。随着缆索体系桥梁施工的发展及需求的更新,施工控制从原来的施工单位、业主单位、设计单位、监理单位等传统四大参建方的行为逐渐衍生出了专门进行施工过程控制的施工监控单位这一新的参建方。然而现行规范对施工监控单位的权责并没有明确的规定,导致在监控单位履行义务时常发生权责不清的情况[5]。基于此,本文以某曲线单索面独塔斜拉桥为工程背景,较为详细地阐述了此类缆索体系桥梁施工监控的主要内容及管理流程,为其他同类缆索体系桥梁的施工监控管理体系提供借鉴作用。

缆索体系桥梁施工监控管理流程研究

  1工程概况

  某80m跨径曲面单索面独塔斜拉桥,标准桥梁宽度为6.0m,具体布置为1.5m(景观带)+0.15m(栏杆)+4.2m(慢行道)+0.15m(栏杆)=6.0m,人群荷载:5.0kpa。桥面铺装采用防水层+5mm水性聚合物陶瓷颗粒。上部结构主梁采用钢箱型,主梁高为0.9m,结构材料为Q355C钢;主塔采用变截面钢箱梁,结构材料为Q420D钢。下部结构采用承台肋式桥台,钢结构桥墩,桥墩嵌在混凝土承台中,承台材料采用C30混凝土。桥梁结构布置图及主梁标准横断面如图1图2所示。本桥施工工序如下:(1)3#桥台预埋、基础混凝土浇筑;主塔塔基施工;1#、2#桥墩基础混凝土浇筑。(2)设置梁体吊装支撑架,桥体吊装。(3)塔体支撑架吊装,塔体吊装。(4)安装并张拉斜拉索。(5)桥面系及附属工程施工。

  2施工监控的必要性

  本工程主桥结构为独塔单索面钢箱梁斜拉桥,跨径布置为80m,为结构体系复杂的缆索体系高次超静定结构,设计对缆索体系桥梁的索力、线形都有较严的要求。对于斜拉桥来说,对应这种多种索力分布,在设计阶段,设计人员在多种索力分布中找出一个主梁及主塔内力最为合理的索力分布作为成桥索力。施工过程中如何通过合理的张拉方案及施工顺序实现设计的成桥状态是斜拉桥施工中的重难点。本工程项目作为无背索独塔下拉桥斜拉桥,主塔和主梁均为钢箱结构,刚度较小,微小的索力偏差就会引起主塔及主梁较大的变形,索塔梁的非线性效应明显。同时,拉索、主塔以及主梁刚度相差悬殊,拉索受温度、垂度等多方面因素的影响。而主梁及主塔的线形又与施工临时荷载有着密切的联系。因此施工监控工作首先要通过施工过程模拟计算出各施工阶段对应的索力、梁体及主塔变化。在施工过程中及时根据实测索力、线形及各项实测参数对理论模型进行修正,形成与实际状况更为接近的理论模型,并基于此模型指导施工。因此对于工程背景独塔斜拉桥来说,施工过程的监测和控制是保证桥梁最终成桥状态达到设计要求的重要手段。施工监控具体工作及目的包括:(1)通过精细化仿真分析,对设计成桥目标进行复核,并根据确定的成桥目标计算施工各阶段的理论目标,并制定合理的调整措施,保证结构成桥合理线形;(2)在施工过程中,对桥梁各施工阶段的线型内力及相关参数进行监测,通过实测值与计算值的对比判断施工过程结构是否安全、以及现阶段状态是否符合设计要求;(3)当出现较大误差或参数发生变化时,及时对施工误差进行分析判断,对斜拉桥张拉力及张拉次数、主塔和加劲梁安装标高等予以调整和控制,保证桥梁各部件的内力线型等在各施工阶段处于安全范围内,并对后续施工方案提出调整建议,从而保证成桥时结构尽可能接近理想设计状态,同时也确保施工期间主要构件结构安全,保障施工质量与工期。

  3施工监控工作内容

  基于上文所述的施工监控的必要性,要求施工监控单位首先需要通过精细的施工过程模拟确认各个施工工序的结构线形及内力控制值。并基于计算结果实际指导施工,并在施工过程中通过分析实际线形及内力的变化不断修正计算模型,使得最终的成桥状态满足设计要求。因此工程背景桥梁的施工控制工作可以分为计算分析工作和现场测试工作两大方面。

  3.1计算分析工作

  对于斜拉桥来说,同样的成桥线型会有多种索力分布方式,设计单位在桥梁设计时会提出成桥线型对应的成桥索力,施工监控单位首先通过计算对设计成桥索力进行校核,验证是否是最优索力,是否可以通过合理的施工工序予以实现。如监控单位通过计算对成桥索力有不同看法,需要与设计单位充分沟通,对成桥索力进行再一次确认。在确认了成桥状态后,监控单位需基于确认的成桥状态进行施工过程计算,通过施工过程计算确认主梁的架设线型,主塔的架设线型、斜拉索的无应力长度、斜拉索的张拉顺序等关键参数指导施工,具体计算流程如图3所示。这些计算结果由监控单位出具,需经过设计单位及监理单位复核后方可指导施工。在完成以上计算工作的同时,监控单位还必须根据施工过程中实测主塔及主梁架设数据对计算模型进行不断地修正,在符合施工误差精度控制要求的基础上对施工参数进行修正。

  3.2现场测试工作

  施工监控单位不但需要通过计算及时出具上文所属的施工监控参数指导施工,还必须通过现场测试对施工过程进行必要的现场监测,主要工作如下:(1)主梁线形监测主梁线形监测包括主梁标高、主梁轴线。测试频率:(a)主梁预制阶段工厂线形测试;(b)主梁架设阶段线形测试;(c)斜拉索张拉阶段主梁线形测试;(d)主梁支架拆除阶段主梁线形测试;(e)二期恒载铺设阶段主梁线形测试。(2)塔顶水平位移监测在主塔施工完成后的整个施工过程中,进行主塔位移监测。考虑到本项目主塔为空间塔,索塔塔柱布设2个塔顶位移观测点。同时在塔柱安装2个倾角计实时监测主塔在各施工阶段倾角变化。测试频率:(a)主塔架设过程中主塔水平位移监测;(b)斜拉索张拉阶段,不同张拉过程中主塔水平位移变化监测;(c)主梁支架拆除阶段主塔水平位移变化;(d)二期恒载铺设阶段主塔水平位移变化。(3)索塔应力监测在索塔塔柱底部截面、塔梁固结处以及其他可能出现较大应力的截面埋设传感器,观测索塔施工至关键部位、架设斜拉索等关键工况的应力,特别是在斜拉索张拉过程中,主塔会受到不平衡水平力的作用,特别需要通过应力应变测点对此过程主塔的内力变化进行实时监控。应力采用弦式应变计测试。测试频率:(a)主塔架设过程中主塔应力监测;(b)斜拉索张拉阶段,不同张拉过程中主塔应力监测;(c)主梁支架拆除阶段主塔应力监测;(d)桥面板铺设阶段主塔应力监测;(e)二期恒载铺设阶段主塔应力监测。(4)主梁应力监测在斜拉索张拉过程中又涉及到主梁的体系转化,因此要关注主梁在复杂施工过程中的内力变化,在主梁选取每段斜拉索与主梁交界处、支点等重点测试断面进行应变监测。测试频率:(a)主梁施工阶段,主梁的内力监测;(b)斜拉索张拉阶段,不同张拉过程中主梁内力监测;(c)主梁支架拆除阶段主梁内力监测;(d)二期恒载铺设阶段主梁内力监测。(5)索力监测斜拉索张拉力直接影响主梁的内力和线形,在施工控制中,必须确保斜拉索测试结果的准确性。斜拉索采用锚索计及频率法相结合的测试方法。测试频率:每个拉索张拉后测定张拉同侧所有拉索的索力监测张拉过程索力变化,并定期对所有拉索索力进行测定。(6)主梁梁端位移监测施工过程及成桥时对梁端的纵向位移进行监测,根据监测结果,对伸缩缝构造进行修正。主梁梁端位移采用拉线位移传感器观测,在主梁两侧梁端各设置两个横向位移测点和纵向位移测点。测试频率:主梁架设完成后,在斜拉索张拉,二期恒载施工阶段均对梁端位移测点进行监测。(7)温度场监测测试索塔内、外,主梁内、外及拉索大气温度,测定温度分布随时间和桥梁位置的变化规律,进而预测温度对结构挠度的影响。同时在各控制工况下测试温度场,根据实测温度场计算温度对结构变形和内力的影响,从而进行温度修正及材料的线膨胀系数和热导系数进行测试。

  4施工监控工作管理流程

  为保证施工监控工作的顺利进行,及时、准确地按照监控组提出的监控数据进行施工,并将实施结果反馈给监控单位进行误差分析,必须建立一个完善的施工监控管理流程。工程背景桥梁的施工监控管理流程如图4所示。跟施工监控工作相关的单位主要包括建设单位、施工单位、监理单位、设计单位几个主要参建单位。施工监控单位主要承担施工过程的技术咨询以及对施工单位部分现场定位和测试的复核工作。因此施工监控工作由建设单位委托对施工监控工作的推进更为有利。施工监控推进过程中施工监控单位需要提供的资料分为三大类,其中第一类为施工监控大纲、联系单、简报、以及施工监控总报告等资料,主要用于宏观指导施工,一般由施工监控单位直接上报建设单位,由建设单位根据实际项目需求抄送给各参建单位。第二类为成桥状态,施工过程计算书,以及施工各阶段主梁架设线形等需要通过计算确认的施工指令性文件,此类结果需要监控单位与设计单位通过独立计算互相校核后传递给建设单位抄送给监理单位,由监理单位发放至施工单位,监理单位和施工单位对这类文件有异议也可直接反馈至监控单位。第三类资料为监控单位通过现场复核数据后,得到的线形或工序的复核结果,如复核后发现结果不符合要求,可不通过建设单位直接通知监理单位要求施工单位调整,直到此工序结束后将工作结果形成简报汇报给业主。对于斜拉桥、悬索桥这类缆索体系桥梁将施工监控工作根据工作性质分为三类进行不同的流程管理,可以更为高效地推进施工监控工作,避免不必要的冗繁程序,更为高效地为项目的推进服务。

  5结语

  缆索体系桥梁施工监控工作是确保桥梁安全科学施工,并保证最终的成桥状态满足设计要求的重要手段。本文以某单索面独塔斜拉桥为工程背景,阐述了该桥的施工监控工作及施工监控管理流程,得出以下结论:(1)缆索体系桥梁施工监控工作主要可以分为计算分析工作和现场复核测量两类,且要重点关注各施工阶段主梁、主塔线形变化及拉索索力的变化,并及时用实测数据修正施工过程计算模型,以便更为准确地指导施工。(2)为了便于施工监控工作的开展,施工监控工作宜由建设单位委托。(3)缆索体系桥梁施工监控工作可根据工作性质不同分为三大类,且不同的工作类别可按不同的管理流程来推进,更有利于施工监控工作的开展。

  参考文献

  [1]高玉峰,杨永清,蒲黔辉,李晓斌.桥梁施工监测控制理论及工程应用2019年度研究进展[J].土木与环境工程学报(中英文),2020,42(5):98-105.

  [2]菊爽飞.隧洞工程施工监控量测管理体系研究[J].施工技术,2020(6):72-74,82.

  [3]黎双邵,张勇,黄沛.监测与监控技术在桥梁施工中的作用[J].中国港湾建设,2008(154):57-58,76.

  [4]门广鑫.特殊结构桥梁的施工监控方案研究[J].北方交通,2020(6):15-17.

  [5]长安大学.公路桥梁荷载试验规程:JTG/TJ21-01-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

  《缆索体系桥梁施工监控管理流程研究》来源:《福建建设科技》,作者:张树妹

文章标题:缆索体系桥梁施工监控管理流程研究

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