105国道粤珠大桥预应力混凝土梁施工监控

　　摘要：以105国道粤珠大桥为工程背景，介绍了粤珠大桥梁施工监控的原则和方法，阐述了该桥预应力混凝土连续梁的施工监控的实施措施，以确保施工中结构的可靠性与安全性，保证成桥后结构的受力状态和线形符合设计要求。
　　关键词：连续梁；施工监控；应力监测
　　
　　一、工程概况
　　南粤美丽的大都市与高科技火炬开发区由粤珠大桥紧密相联。此桥主跨为100m的预应力混凝土变截面连续箱梁，跨径组合为56m+3×100m+56m。该桥箱梁分左右两幅，每幅箱梁截面为单箱单室。桥面全宽为34.5m，为减轻自重，每幅箱梁顶面做成-2%的向外侧的单向横坡。各墩墩顶中心梁高为5.8m，各跨跨中和边跨跨中现浇段梁高均为2.5m，其间梁底下缘按二次抛物线变化。单幅桥在四个主墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑施工，每块件浇筑顺序为先浇筑底板，再浇筑腹板和顶板。全桥按对称悬臂浇筑→边跨合拢→次边跨合拢→中跨合拢顺序进行施工。
　　二、施工监控的原则与方法
　　2．1施工监控原则
　　2．1．1受力要求
　　反映连续梁受力因素的主要是主梁的截面应力（或内力）状态。通常起控制作用的是主梁的上下缘正应力。无论是在成桥状态还是在施工状态，要确保各截面应力的最大值在规范的允许范围以内。
　　2．1．2线形要求
　　线形要求主要指的是主梁的标高在成桥后（通常是长期变形稳定后）满足设计标高的要求。
　　2．1．3调控手段
　　由于悬臂施工属于典型的自架设施工方法，施工过程中的已成结构（悬臂节段）状态是无法事后调整的，所以施工监控主要采用预测控制法。对于主梁应力（或内力）的调整，可以用严格控制预应力束的张拉力的大小的方法实现。对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段，将参数误差和其他因素引起的主梁标高变化通过立模标高的调整予以修正。
　　2．2施工监控方法
　　预应力混凝土梁桥的施工监控一般有两种方法：第一种是预测控制法，即在施工过程中，全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和最终成桥的目标后，对结构的每一个施工阶段（节段）形成前后的状态进行预测，使施工按照预定的理想状态顺利进行。由于预测状态与实际状态免不了误差存在，某种误差对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。预测控制法以现代控制论为理论基础，其常见预测方法有卡尔曼滤波法和灰色理论法等。第二种是自适应控制方法，即在施工过程中，通过对桥梁结构的主要参数进行识别或估计，找出产生偏差的因素，从而对参数进行修正，达到控制误差的目的。本桥主要采用第一种方法进行监控。但由于连续梁桥施工过程中影响因素较多，如结构刚度、梁段重量、施工荷载、混凝土收缩徐变等，因此对这些设计参数进行识别和预测，从而对参数误差进行优化调整也是必须的。
　　三、施工监控的实施
　　根据施工过程中挂篮和混凝土主梁的受力特点，本桥每悬浇梁段分成3个工况：1）挂篮前移并定位立模；2）浇筑混凝土；3）张拉预应力束
　　3．1主梁高程线形监控
　　3．1．1主梁高程线形设计算和监测的工况
　　高程线形监控主要包括三方面的工作：主梁三条理论线形的计算、主梁阶段挠度测量、主梁实测挠度数据处理。三条理论线形是指设计线形、目标线形和预拱度线形。设计线形由设计图纸得出。目标线形是在设计线形的基础上，计入活载和长期徐变的影响而得到的线形。而预拱度线形是根据每悬浇梁段的3个工况，按照规范化要求得出的线形。经过综合分析，本桥的挠度观测分为3个工况：挂篮前移后、浇筑混凝土后、张拉预应力束后。
　　在每一梁段悬臂端截面梁顶板对称布置3个测点为标高观测点，测点用短钢筋预埋设置并用红漆标明编号。墩顶0号块顶设标高观测点作为各梁段标高测量基准点。截面测点示意图见1。
　　
　　3.1.2立模标高计算
　　主梁各节段立模标高理论计算公式如下：
　　
　　式中：——i节段立模标高（节段上某固定位置）；
　　——i节段设计标高；
　　——i考虑各梁段自重、张拉各节段预应力、混凝土收缩徐变、施工临时荷载、使用荷载在i节段引起的挠度而得到的预抛高值；
　　——挂篮变形值。
　　其中，为由倒退分析输出的结果；为根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最终绘制出挂篮荷载一挠度曲线，进行内插而得。
　　3.2控制断面应力监测
　　应力监测是施工监控的重要内容。本桥在主梁的控制断面布置应力测点，进行应力的实时监测来观察施工过程中断面的应力变化与应力分布情况。若发现实际应力状态与理论计算应力状态差别超限，则需要进行原因查找的调控，使之在允许范围内变化。本桥应力测点设在两个墩的主梁悬臂根部、L/4,L/2合拢段等关键截面。全桥有6个监测断面，共有112个应力测点。箱梁顶板、腹板及底板均设测点，并且横竖向均匀布置。在每梁段预应力张拉前后及挂篮前移并定位立模、浇筑全部混凝土后，分别对各应力测点全面测量一次。本桥应力监控采用预埋振弦式传感器并用专用测读仪器测试的方法。任意一个断面应力测点布置示意见图2。
　　
　　3.3温度监测
　　温度变化对桥梁的受力与变形影响很大，在对结构应力及变形状态进行量测时必须考虑其影响。悬臂施工的连续梁桥标高会随温度的变化发生上（下）挠。因此对结构的温度进行监测，寻求合理的立模、架设等时间，修正实测结构状态的温度效应，对于连续梁桥的施工监控是非常重要的。一般温度变化包括季节温度变化和日照温度变化两部分。季节温度变化比较均匀，只是通过墩身产生轴向伸缩对主梁挠度产生影响。日照温度变化它不仅会产生主梁顶、底板的温差，使主梁发生挠曲，同时也会产生墩身两侧的温度差，使墩身产生偏移。鉴于日照温度变化的复杂性，在挠度理想计算时难以考虑其影响。为了解其影响状况并掌握箱梁截面内外温差和温度在截面上的分布情况，可要梁体上布置温度测点进行监测。本桥采用埋入混凝土的NTC直径4mm的热敏电阻温度传感器及相应的温度数据采集系统，量测箱梁混凝土顶、底板及腹板中的温度变化。控制截面选择在两个墩墩顶0号块根部及L./8跨处。其观测方法与高程观测一致。任意一个断面温度测点布置示意图3。
　　
　　4结语
　　通过该预应力混凝土连续梁桥施工控制的实践，可得出以下结论：1）在悬臂施工过程中，对主墩和主梁结构在各个施工阶段的应力和变形的监测可以达到及时了解结构实际行为的目的。监测数据为结构的安全稳定、受力合理及线形平顺提供了技术保障。2）理论计算与施工线形测量相结合，使用现代控制理论对高程偏差进行调整与预测，可得到合理的施工抛高值，使实际线形接近设计线形。3）应力与温度的监测对及时了解施工过程中真实应力与温度分布状态有重要的意义。
　　参考文献：
　　[1]向中富，桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.
　　[2]丁如珍，特大跨度预应力混凝土连续梁桥在施工监控技术[C].
　　中国公路学会2005年学术年会论文集.北京：人民交通出版社，2005.40.4-1.