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摘要:随着交通运输事业的发展,以及人们审美观点的不断提高,各式各样的斜拉桥不断进入我们的视野。在斜拉桥结构形式不断创新的同时,给斜拉桥的施工带来了很多技术上的挑战。桥梁施工监控的任务就是对桥梁的施工过程实施监控,确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内,确保成桥状态符合设计要求。本文通过对某异形斜拉桥的仿真模拟计算结果与提出的监控难点及对策进行对比,表明提出的监控难点及对策是正确的。
关键词:斜拉桥,施工监控,难点,对策
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况及结构特点
某桥桥梁总长228.88m,主桥为104.8m异形斜拉桥。主桥为预应力混凝土独塔斜拉桥,主塔为倒“Y”型折塔,塔高63.25m,主梁采用纵梁全桥两道,预应力混凝土“π”主梁。主桥总体布置图见图1。
图1 主桥总体布置图
主塔为倒“Y”型折塔,塔高63.25m,分为上塔柱、中塔柱、塔横梁、下塔柱5大部分;上塔柱高25.61m,中塔柱高31.05,下塔柱高6.59m。上塔柱外轮廓尺寸为6.0m(横桥向)×4.0m(纵桥向);中塔柱外轮廓尺寸为2.758m(横桥向)×4.728m(纵桥向)渐变至2.758m(横桥向)×7.815m(纵桥向)。主塔下塔柱和中塔柱为变截面结构;上塔柱为等截面。下塔柱采用现场拼装模板,中塔柱和上塔柱采用翻模施工。
斜拉索分前索及后索,前索锚固于桥道系纵梁(共11对),后索锚固于锚碇(共9对)。斜拉索采用Ф7mm镀锌平行钢丝,外挤双层PE,内层为黑色,外层为彩色,钢丝标准强度fpk=1670Mpa。斜拉索锚具采用冷铸墩头锚,前索张拉端为主梁,后索张拉端为锚碇。
锚碇体:背索锚固锚碇体的前侧,锚固面厚3.5m,侧墙厚1.2m;内部有较大的工作空间(宽1.6m,长7.5m,高5.4m),为满足施工需要设置人孔(1.2m×1.5m),人孔位于锚固工作面后侧。锚碇承台:长28.6m,宽20m,高3.0m。锚碇系梁:长24.08m,靠主塔一侧宽3.5m、高3m;靠锚碇一侧宽3.5m,高4.39m的中空筒体结构。
有限元模型的建立
结构总体静力计算采用桥梁博士V3.0进行平面杆系计算,将全桥离散为117个单元:其中1-65单元为主梁,67-97单元为索塔,98-117单元为拉索。结构离散图见图2。
表1 计算模型边界条件
注:X表示顺桥向,Y为竖向,Z为横桥向,0表示自由,1表示约束。
图2 结构离散图
1)计算荷载
① 恒载:
一期恒载:包括主梁、索塔、斜拉索及护套的重量,按构件实际截面计入。
二期恒载:包括桥面铺装、人行道、以及其他桥面附属设施,按70KN/m计。
② 汽车、人群荷载
汽车荷载采用公路I级汽车荷载,横向按2车道考虑,偏载系数取1.15。
人群荷载根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),按城市郊区行人密集区的公路桥梁考虑,人群荷载标准值为3.15KN/m2。
3项目实施工程中重难点分析及其对策
3.1 混凝土应变测试结果的分析
在进行混凝土应力测试时,由混凝土应变计所测得的应变中含有混凝土收缩、徐变等引起的应变,而这部分应变不是由受力引起,因此由测得的应变推求混凝土应力时,应扣除这部分的应变。由于混凝土收缩、徐变的计算十分复杂,因此混凝土应变测试结果的分析处理是预应力混凝土连续梁桥施工控制的一大难点。解决这一问题的对策与方法包括以下两个方面:
一方面,在施工现场浇注梁段的同时,用与浇筑梁段相同的材料制作若干混凝土试块,并在梁段应力测试的同时,测试试块在无外力作用下的收缩值,从而剔除混凝土收缩引起的应变值。
另一方面,在预埋了混凝土应变计的梁段浇注完以及养生期间,多次测试混凝土应变计的读数,且在每次加载前后测试混凝土应变计的读数,这样就能得到每个工况的应变增量与应力增量,将其与理论值进行比较,据此说明结构是否安全。
3.2 索股索力的测试
索股安装完成后,除个别锚下装有锚索计的索股,其它大部分索股的索力要通过索力仪(弦振法)测试。但如果索股端部装有振动阻尼装置,索股计算模式便成为端部弹性支撑的弦,用索力仪测量将有很大误差。如何对此修正是斜拉桥施工控制的一大难点。
解决对策:测量同一根索股在安装振动阻尼装置前后的频率,通过对比分析,可以确定弹性支撑的K值。
3.3 预抬高值的确定
这里的预抬高特指成桥标高相对设计标高的预抛高,因为设计标高一般指成桥后三年、变形基本稳定时的标高,在这期间因混凝土收缩、徐变以及预应力筋的松弛等,跨中标高一般有所下降,因此应预估出这期间结构的变形,并在确定成桥标高时考虑这部分的预抛高。工程实测结果表明,按规范中计算公式得到的混凝土收缩、徐变变形常常小于实测结果,因此建议实际的预抬高应略高于理论值。此外,在桥梁施工过程中,由于各种原因可能会变更施工方案(如合拢顺序变更、配重变更等),也会造成线形监控的困难。若线形偏低,容易引起紧张,因此本着就高不就低的原则,一般在实际监控过程中在中跨跨中设置一定的预抬高,以克服各种因素可能造成的跨中标高降低。
综合考虑上述两方面因素,建议在中间跨跨中额外设置14~15cm的預抬高值,墩顶处为零,由跨中至墩顶按照二次抛物线变化。
3.4 锚碇应力及几何状况观测
由于锚碇部位斜拉索锚固比较密集,此处受力比较集中,应力较大,应力状况比较复杂,所以锚碇混凝土容易出现开裂状况,锚碇甚至会发生转角,应对锚碇进行应力和几何状况观测。
锚碇应力状况观测:经常对斜拉索锚固部位进行观测,尤其张拉每一根斜拉索阶段,对可能出现的混凝土开裂进行测量,分析锚碇是否出现异常开裂。
锚碇转角观测:采用全站仪进行测量
3.5 主塔根部截面拉、压应力观测
由于主塔为倒“Y”型折塔且向河岸侧倾斜,在主塔施工过程中主塔根部截面河侧可能出现拉应力超限,岸侧可能出现压应力过大,需对根部主截面埋设应变计进行拉应力和压应力观测,防止以上情况的出现。如果出现以上情况,可在岸侧设置斜向钢管支撑,来平衡索塔倾斜带来的拉、压应力。
4结论
1)通过对主桥仿真模型运行结果的分析与桥梁现场监控测试结果分析,表明主塔根部截面河侧拉应力超限。
2)通过对桥梁施工监控现场数据分析与现场观测,锚碇混凝土出现小范围微裂缝。
3)通过对主桥仿真模型运行结果的分析表明,文中提出的难点的针对性对策是切实可行的。
参 考 文 献:
[1] 顾安邦,张水水. 桥梁施工监测与控制[M] .北京:.机械工业出版社,2005
[2] 向中富. 桥梁施工控制技术[M] .北京:.人民交通出版社,2001
[3] ] 顾安邦. 桥梁工程(下册)[M] .北京:.人民交通出版社,2007
[4 ] 葛耀君. 分段施工桥梁分析与控制[M] .北京:.人民交通出版社,2003
关键词:斜拉桥,施工监控,难点,对策
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况及结构特点
某桥桥梁总长228.88m,主桥为104.8m异形斜拉桥。主桥为预应力混凝土独塔斜拉桥,主塔为倒“Y”型折塔,塔高63.25m,主梁采用纵梁全桥两道,预应力混凝土“π”主梁。主桥总体布置图见图1。
图1 主桥总体布置图
主塔为倒“Y”型折塔,塔高63.25m,分为上塔柱、中塔柱、塔横梁、下塔柱5大部分;上塔柱高25.61m,中塔柱高31.05,下塔柱高6.59m。上塔柱外轮廓尺寸为6.0m(横桥向)×4.0m(纵桥向);中塔柱外轮廓尺寸为2.758m(横桥向)×4.728m(纵桥向)渐变至2.758m(横桥向)×7.815m(纵桥向)。主塔下塔柱和中塔柱为变截面结构;上塔柱为等截面。下塔柱采用现场拼装模板,中塔柱和上塔柱采用翻模施工。
斜拉索分前索及后索,前索锚固于桥道系纵梁(共11对),后索锚固于锚碇(共9对)。斜拉索采用Ф7mm镀锌平行钢丝,外挤双层PE,内层为黑色,外层为彩色,钢丝标准强度fpk=1670Mpa。斜拉索锚具采用冷铸墩头锚,前索张拉端为主梁,后索张拉端为锚碇。
锚碇体:背索锚固锚碇体的前侧,锚固面厚3.5m,侧墙厚1.2m;内部有较大的工作空间(宽1.6m,长7.5m,高5.4m),为满足施工需要设置人孔(1.2m×1.5m),人孔位于锚固工作面后侧。锚碇承台:长28.6m,宽20m,高3.0m。锚碇系梁:长24.08m,靠主塔一侧宽3.5m、高3m;靠锚碇一侧宽3.5m,高4.39m的中空筒体结构。
有限元模型的建立
结构总体静力计算采用桥梁博士V3.0进行平面杆系计算,将全桥离散为117个单元:其中1-65单元为主梁,67-97单元为索塔,98-117单元为拉索。结构离散图见图2。
表1 计算模型边界条件
注:X表示顺桥向,Y为竖向,Z为横桥向,0表示自由,1表示约束。
图2 结构离散图
1)计算荷载
① 恒载:
一期恒载:包括主梁、索塔、斜拉索及护套的重量,按构件实际截面计入。
二期恒载:包括桥面铺装、人行道、以及其他桥面附属设施,按70KN/m计。
② 汽车、人群荷载
汽车荷载采用公路I级汽车荷载,横向按2车道考虑,偏载系数取1.15。
人群荷载根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),按城市郊区行人密集区的公路桥梁考虑,人群荷载标准值为3.15KN/m2。
3项目实施工程中重难点分析及其对策
3.1 混凝土应变测试结果的分析
在进行混凝土应力测试时,由混凝土应变计所测得的应变中含有混凝土收缩、徐变等引起的应变,而这部分应变不是由受力引起,因此由测得的应变推求混凝土应力时,应扣除这部分的应变。由于混凝土收缩、徐变的计算十分复杂,因此混凝土应变测试结果的分析处理是预应力混凝土连续梁桥施工控制的一大难点。解决这一问题的对策与方法包括以下两个方面:
一方面,在施工现场浇注梁段的同时,用与浇筑梁段相同的材料制作若干混凝土试块,并在梁段应力测试的同时,测试试块在无外力作用下的收缩值,从而剔除混凝土收缩引起的应变值。
另一方面,在预埋了混凝土应变计的梁段浇注完以及养生期间,多次测试混凝土应变计的读数,且在每次加载前后测试混凝土应变计的读数,这样就能得到每个工况的应变增量与应力增量,将其与理论值进行比较,据此说明结构是否安全。
3.2 索股索力的测试
索股安装完成后,除个别锚下装有锚索计的索股,其它大部分索股的索力要通过索力仪(弦振法)测试。但如果索股端部装有振动阻尼装置,索股计算模式便成为端部弹性支撑的弦,用索力仪测量将有很大误差。如何对此修正是斜拉桥施工控制的一大难点。
解决对策:测量同一根索股在安装振动阻尼装置前后的频率,通过对比分析,可以确定弹性支撑的K值。
3.3 预抬高值的确定
这里的预抬高特指成桥标高相对设计标高的预抛高,因为设计标高一般指成桥后三年、变形基本稳定时的标高,在这期间因混凝土收缩、徐变以及预应力筋的松弛等,跨中标高一般有所下降,因此应预估出这期间结构的变形,并在确定成桥标高时考虑这部分的预抛高。工程实测结果表明,按规范中计算公式得到的混凝土收缩、徐变变形常常小于实测结果,因此建议实际的预抬高应略高于理论值。此外,在桥梁施工过程中,由于各种原因可能会变更施工方案(如合拢顺序变更、配重变更等),也会造成线形监控的困难。若线形偏低,容易引起紧张,因此本着就高不就低的原则,一般在实际监控过程中在中跨跨中设置一定的预抬高,以克服各种因素可能造成的跨中标高降低。
综合考虑上述两方面因素,建议在中间跨跨中额外设置14~15cm的預抬高值,墩顶处为零,由跨中至墩顶按照二次抛物线变化。
3.4 锚碇应力及几何状况观测
由于锚碇部位斜拉索锚固比较密集,此处受力比较集中,应力较大,应力状况比较复杂,所以锚碇混凝土容易出现开裂状况,锚碇甚至会发生转角,应对锚碇进行应力和几何状况观测。
锚碇应力状况观测:经常对斜拉索锚固部位进行观测,尤其张拉每一根斜拉索阶段,对可能出现的混凝土开裂进行测量,分析锚碇是否出现异常开裂。
锚碇转角观测:采用全站仪进行测量
3.5 主塔根部截面拉、压应力观测
由于主塔为倒“Y”型折塔且向河岸侧倾斜,在主塔施工过程中主塔根部截面河侧可能出现拉应力超限,岸侧可能出现压应力过大,需对根部主截面埋设应变计进行拉应力和压应力观测,防止以上情况的出现。如果出现以上情况,可在岸侧设置斜向钢管支撑,来平衡索塔倾斜带来的拉、压应力。
4结论
1)通过对主桥仿真模型运行结果的分析与桥梁现场监控测试结果分析,表明主塔根部截面河侧拉应力超限。
2)通过对桥梁施工监控现场数据分析与现场观测,锚碇混凝土出现小范围微裂缝。
3)通过对主桥仿真模型运行结果的分析表明,文中提出的难点的针对性对策是切实可行的。
参 考 文 献:
[1] 顾安邦,张水水. 桥梁施工监测与控制[M] .北京:.机械工业出版社,2005
[2] 向中富. 桥梁施工控制技术[M] .北京:.人民交通出版社,2001
[3] ] 顾安邦. 桥梁工程(下册)[M] .北京:.人民交通出版社,2007
[4 ] 葛耀君. 分段施工桥梁分析与控制[M] .北京:.人民交通出版社,2003