1 鐵路客運專線大橋 48 加 80 加 48m 預應力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術設計書 梁體為單箱單室，直腹板，變高度，變截面結構。箱梁頂寬 梁底寬 板厚度除梁端為 65均為 40板厚度 40 至 100二次拋物線變化，其中端支點為 80聯(lián)在端支點，中跨跨中及中支點處共設 5奧橫隔板，橫隔板設有人洞，供檢查人員通過。 梁體采用 端采用 碴墻及人行道欄桿采用 護層采用 撞墻內(nèi)側凈寬 上人行道欄桿內(nèi)側凈 寬 面板寬 梁建筑總寬 梁全長 算跨度為（ 48+80+48） m，中支點處梁高 中 10跨 高段，梁高為 底下緣線按二次拋物線變化， 主梁設縱向、橫向、豎向三向預應力， 縱向預應力鋼筋采用抗拉強度標準值為 1860稱直徑 技術條件應符合 5224準。 本橋采用掛籃懸臂施工方式，懸臂施工法是預應力混凝土連續(xù)梁橋、連 續(xù)梁的主要施工方法，對于預應力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)梁來說，采用懸臂施工方法雖有許多優(yōu)點，但 2 是這類橋梁的形成要經(jīng)過一個復雜的過程，當跨數(shù)增多，跨徑較大時，為保證合攏前兩懸臂端豎向撓度的偏差不超過容許范圍，須對該類橋梁的施工過程進行控制。 2 施工監(jiān)控的意義和目的 本橋預應力混凝土連續(xù)梁橋，梁體為預應力混凝土連續(xù)箱梁，采用懸臂施工。 該類橋梁的形成要經(jīng)過一個復雜的過程，施工工序和施工階段較多，各階段相互影響，且這種相互影響又有差異，這就造成各階段的內(nèi)力和位移隨著混凝土澆筑過程變化而偏離設計值的現(xiàn)象 ，甚至超過設計允許的內(nèi)力和位移，若不通過有效的施工控制及時發(fā)現(xiàn)、及時調整，就可能造成成橋狀態(tài)的梁體線形與內(nèi)力不符合設計要求或在施工過程中結構的不安全。 在施工過程中，為保證合攏前懸臂端豎向撓度的偏差、主梁軸線的橫向位移不超過容許范圍、保證合攏后的橋面線形良好、保證在施工中主梁截面不出現(xiàn)過大的應力，必須對該橋主梁的撓度、應力等施工控制參數(shù)做出明確的規(guī)定，并在施工中加以有效的管理和控制，以確保該橋在施工過程中的安全，并保證在成橋后主梁線形符合設計要求。 對于分階段懸臂澆筑施工的預應力混凝土連續(xù)梁橋來說，施工控制 就是根據(jù)施工監(jiān)測所得的結構參數(shù)真實值進行施工階段計算，確定出每個懸澆階段的立模標高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對誤差進行分析、預測和對下一階段立模標高進行調整，以此來保證成橋后的橋面線形、保證合攏段懸臂標高的相對偏差不大于規(guī)定值以及結構內(nèi)力狀態(tài)符合設計要求。 對該橋連續(xù)梁部分進行施工監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結構的可靠度和安全性，保證橋梁成橋橋面線形及受力狀態(tài)符合設計要求， 主要控制內(nèi)容為：主梁線形、受力。 3 施工監(jiān)控的原則和方法 本橋的施工監(jiān)控包括兩個方面的內(nèi)容：梁的 變形控制和內(nèi)力控制 ，變形控制就 是嚴格控制每一階段梁的豎向撓度，若有偏差并且偏差較大時，就必須立即進行誤差分析并確定 3 調整方法，為下一階段更為精確的施工做好準備工作；內(nèi)力控制則是控制主梁在施工過程中以及成橋后的應力，尤其是合攏時間的控制，使其不致過大而偏于不安全或在施工過程中造成主梁的破壞。 梁部結構采用的懸臂施工方法屬于典型的自架設施工方法，對于本橋來講，由于在施工過程中的已成結構（懸臂階段）狀態(tài)是無法事后調整的或可調整的余地很小，所以，針對主梁的結構和施工特點，梁部的施工監(jiān)控主要采用預測控制法。 預測控制法是指在全面考慮影響橋梁結構狀態(tài) 的各種因素和施工所要達到的目標后，對結構的每一個施工階段形成前后的狀態(tài)進行預測，使施工沿著預定狀態(tài)進行。由于預測狀態(tài)與實際狀態(tài)間有誤差存在，某種誤差對施工目標的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預測中予以考慮，以此循環(huán)，直到施工完成并獲得和設計相符合的結構狀態(tài)。 4 施工控制體系 為有效地開展施工監(jiān)控工作，在本橋的施工監(jiān)控中需要建立如圖 2所示的施工監(jiān)控體系。 4 圖 2 馬總屯特大橋（ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋施工監(jiān)控體系 5 施工控制基本理論 在馬總屯特大橋 （ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控中，對梁體線形、應力進行重點施工體系 張拉預應力 掛籃前移 ( 下階段鋼筋 ) 施工現(xiàn)場 設計體系 設計計算 設計指定參數(shù) 砼容重、彈模 塊件重量、尺寸 施工荷載 偶然荷載 現(xiàn)場測試體系 實時測量體系 應力測量 線形測量 溫度 時間 主梁線形 物理測量 力學測量 施工控制預測計算 施工控制實時計算 施工控制計算體系 計算核對 實 測值 現(xiàn)場測試參數(shù) 參數(shù)識別、修正 施工控制計算參數(shù) 施工控制計算值 比較 修正量計算 分析 發(fā)布施工控制指令 下階段施工資料：立模標高預告及掛籃變形量預測 5 控制。在控制過程中，監(jiān)控方采用自適應控制方法對本橋進行線形控制，采用最小二乘法對結構參數(shù)進行調整、估計。 續(xù)梁橋施工控制的特點 連續(xù)梁橋在懸臂施工階段是靜定結構，合攏過程中如不施加額外的壓重，成橋后內(nèi)力狀態(tài)一般不會偏離設計值很多，因此連續(xù)梁橋施工控制的主要目標是控制主梁的線形。若已施工梁段上出現(xiàn)誤差，除張拉預備預應力束外，基本沒有調整的余地，且這一調整量也是非常有限的，而且對梁體受力不利。因此，一旦出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠存在，對 未施工梁段可以通過立模標高調整已施工梁段的殘余誤差，如果殘余誤差較大，則調整需經(jīng)過幾個梁段才能完成。 根據(jù)上述分析，懸臂澆筑連續(xù)梁橋施工中標高控制的特點是，已完成梁段的誤差無法調整，而未完成梁段的立模標高只與正裝模擬計算有關，與已完成梁段的誤差基本無關。因此，在圖 3 自適應施工控制原理圖中的下半環(huán)，即控制量反饋計算，在連續(xù)梁施工控制中一般不起作用。同時，上半環(huán)，即參數(shù)估計及對計算模型的修正就顯得尤為重要，只有與實際施工過程相吻合的計算模型計算出的預報標高才是可實現(xiàn)的。 適應施工控制系統(tǒng) 對于預應力 混凝土連續(xù)梁橋，施工中每個工況的受力狀態(tài)達不到設計所確定的理想目標的重要原因是有限元計算模型中的計算參數(shù)取值，主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)等，與施工中的實際情況有一定的差距。要得到比較準確的控制調整量，必須根據(jù)施工中實測到的結構反應修正計算模型中的這些參數(shù)值，以使計算模型在與實際結構磨合一段時間后，自動適應結構的物理力學規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎上，再加上一個系統(tǒng)參數(shù)辯識過程，整個控制系統(tǒng)就成為自適應控制系統(tǒng)。圖 3 為自適應控制的原理圖。 有限元計算模型 實際結構 計算結果 e 實測結果 參數(shù)調節(jié) 控制量反饋計算 施工理想狀態(tài) 施工結果輸出 控制調整量 參數(shù)估計算法 修改理想狀態(tài) + - 控制量輸入 6 圖 3 自適應施工控制基本原理 當結構測量到的受力狀態(tài)與模型計算結果不相符時，把誤差輸入到參數(shù)識別算法中去調節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結果與實際測量到的結果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，按照上述反饋控制方法對結構進行控制。這樣，經(jīng)過幾個工況的反復辨識后，計算模型就基本上與實際結構相一致了，在此基礎上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。 對于采用懸臂澆筑的橋梁，主梁在墩頂附近的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數(shù)不準確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，這對于上述自適 應控制思路的應用是非常有利的。經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后，計算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好的條件。 數(shù)識別 在本橋的施工控制中按照自適應控制思路，采用“最小二乘法”進行參數(shù)識別和誤差分析，其基本方法是： 當預應力混凝土連續(xù)梁懸臂施工到某一階段時，測得已施工梁段懸臂端 m 個階段的撓度為： (1 ) , ( 2 ) , , ( ) S S m 設原定理想狀態(tài)的梁體理論計算撓度為： ( 1 ) , ( 2 ) , , ( ) 上述兩者有誤差量： ( 1 ) , ( 2 ) , , ( ) Y Y m 若記待識別的參數(shù)誤差為： (1 ) , ( 2 ) , , ( ) 由 引起的各階段撓度誤差為： ( 1 ) , ( 2 ) , , ( ) 式中： 參數(shù)誤差 到 的線性變換矩陣。 殘差： Y Y Y 方差： ( ) ( ) ( ) ( )T T Y Y Y 7 T T T T Y Y 將上式配成完全平方的形式： 11( ( ) ) ( ( ) )T T T T T Y + 11( ) ( )T T T T T T T Y Y Y Y Y Y 當 0V 時，即 1() 0 時，上述不等式中的等號成立，此時 V 達到最小，因此 的最小二乘估計為： 1 () 引入加權矩陣： 12. . . 00 n有： 1 () 在連續(xù)梁橋 懸臂施工的高程控制中，可以由結構性能計算出 ，按工程條件定義 ，由箱梁階段標高觀測得到撓度實測值 S ，計算 Y ，最后獲得參數(shù)誤差估計值 ，根據(jù)參數(shù)誤差對參數(shù)進行修正。 6 橋梁施工控制結構分析 構分析依據(jù)及計算參數(shù)的確定 構分析計算 依據(jù) (1) 馬總屯特大橋 （ 48+80+48） 施工圖 (2) 鐵路橋涵設計基本規(guī)范 (3) 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范 (4) 鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范 (5) 新建時速 200 公里客貨共線鐵路設計暫行規(guī)定 (鐵建設函 2005285 號文 ) (6) 新建客貨共線鐵路設計暫行規(guī)定 (鐵建設 200376 號文 ) (7) 新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規(guī) 定 (2003 年 6 月頒布 ) (8) 其他相關規(guī)范、規(guī)程 構計算參數(shù)的確定 在進行結構設計和施工控制初步分析時，結構設計參數(shù)主要按規(guī)范取值，由于部分設計參數(shù)的取值小于實測值，因此在多數(shù)情況下，采用規(guī)范設計參數(shù)計算的結構內(nèi)力及位移 8 均較實測值大，這對設計是偏于安全的，但對于施工控制來說即是不容忽視的偏差，因為它將直接影響到成橋后結構線形及內(nèi)力是否符合設計要求，因此應對部分主要設計參數(shù)進行測定以便在施工前對部分結構設計參數(shù)進行一次修正，從而進一步修正結構線形，為保證該橋成橋后滿足設計要求奠定基礎。 影響結構線形及內(nèi)力的基本參數(shù)由很多個，需測定的參數(shù)主要有： （ 1） 混凝土彈性模量，前期結構計算按照規(guī)范取值，在施工過程中根據(jù)試驗結果確定，混凝土的彈性模量的測試應采用現(xiàn)場取樣的方法分別測定混凝土在 3 天、 7 天、 28 天齡期的彈模值，為主梁預拱度的修正提供數(shù)據(jù)。 （ 2） 預應力鋼絞線彈性模量，按照現(xiàn)場取樣試驗結果采用； （ 3） 恒載 按設計圖提供的尺寸，并根據(jù)施工現(xiàn)場采集的混凝土容重等參數(shù)進行必要的修正，考慮結構自重和臨時荷載 ,并考慮梁面坡度的影響； （ 4） 混凝土收縮、徐變系數(shù)，按照規(guī)范采用， 計算按規(guī)范考慮結構 局部溫差效應及考慮混凝土實際加載齡期的收縮、徐變的影響； （ 5） 材料熱脹系數(shù)，按規(guī)范取值； （ 6） 施工臨時荷載，現(xiàn)場進行統(tǒng)計，盡量減少材料等的堆放，本階段不用的材料堆放在 0塊附近； （ 7） 預應力孔道摩阻系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場摩阻試驗確定。 工監(jiān)控結構計算 施工監(jiān)控結構計算 在施工之前，應對該橋在每一施工階段的應力狀態(tài)和線形有預先的了解，故需要對其進行結構計算，該橋的施工控制計算除了必須滿足與實際施工方法相符合的基本要求外，還要考慮諸多相關的其它因素。 （ 1） 施工方案 連續(xù)梁橋的恒載 內(nèi)力、撓度與施工方法和架設程序密切相關，施工控制計算前首先對施工方法和架設程序做一番較為深入的研究，并對主梁架設期間的施工荷載給出一個較為精確的數(shù)值。在開始施工前，施工單位應給出掛籃的荷載值及剛度值（或變形），監(jiān)控單位將根據(jù)此數(shù)據(jù)進行計算分析。 （ 2） 計算圖式 梁部結構要經(jīng)過墩梁固結 懸臂施工 合攏 解除墩梁固結 合攏的過程，在施工過程中結構體系不斷的發(fā)生變化，故在各個施工階段應根據(jù)符合實際情況的結構體系和荷載狀況選擇正確的計算圖式進行分析計算。 9 （ 3） 結構分析程序 對于連續(xù)梁橋的施工控制計算，采用平面 結構分析方法可以滿足施工控制的需要，結構分析采用 利用 （ 4） 預應力影響 預應力直接影響結構的受力與變形，施工控制應在設計要求的基礎上，充分考慮預應力的實際施加程度。 （ 5） 混凝土收縮、徐變的影響 混凝土的收縮、徐變對結構的測試應力和施工階段中的梁體撓度有較大影響，必須加以考慮。 （ 6） 溫度 溫度對結構的影響是復雜的，在本橋的施工監(jiān)控中，對季節(jié)性溫差在計算中予以考慮，對日照溫差則在觀測和施工中采取一些措施予以消除，以減小其影響。 （ 7） 施工進度 本橋的 施工控制計算需按照實際的施工進度以及確切的合攏時間分別考慮各部分的混凝土徐變變形。 施工控制的計算方法 懸臂施工的連續(xù)梁橋梁結構的最終形成需經(jīng)歷一個復雜施工過程以及結構體系轉化過程，對施工過程中每個階段的變形計算和受力分析，是橋梁結構施工控制中最基本的內(nèi)容。施工監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結構的安全，保證橋梁成橋線形和受力狀態(tài)基本符合設計要求。為了達到施工控制的目的，必需對橋梁施工過程中每個階段的受力狀態(tài)和變形情況進行預測和監(jiān)控。因此，必需采用合理的理論分析和計算方法來確定橋梁結構施工過程中每 個階段的結構行為。針對該橋的實際情況，采用正裝分析法和倒退分析方法進行施工控制結構分析。 正裝分析法是按照橋梁結構實際施工加載順序來進行結構變形和受力分析，它能較好的模擬橋梁結構的實際施工歷程，能得到橋梁結構各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，這不僅可用來指導橋梁施工，還能為橋梁施工控制提供依據(jù)，同時在正裝計算中能較好的考慮一些與橋梁結構形成歷程有關的因素，如混凝土的收縮、徐變問題。正裝分析不僅可以為成橋結構的受力提供較為精確的結果，還為結構剛度、剛度驗算提供依據(jù)，而且可以為施工階段理想狀態(tài)的確定、完成橋梁結構的 施工控制奠定基礎。 倒退分析方法假定在成橋時刻0刻結構內(nèi)力分布滿足前進分析0線滿足設計線形要求，按照前進分析的逆過程對結構進行倒拆，分析每次拆除一個施工階段對剩余結構的影響，在每一個階段分析得到的結構位移、內(nèi)力狀態(tài)便是該階段結構理想 10 的施工狀態(tài)。結構施工理想狀態(tài)就是在施工各階段結構應有的位置和受力狀態(tài)，每個階段的施工理想狀態(tài)都將控制著全橋最終形態(tài)和受力特性。施工控制將根據(jù)每階段的實際狀態(tài)和理想狀態(tài)的偏差對計 算進行調整，分析誤差原因，以較為準確的估計下一階段的梁體撓度。 結構分析的目的 （ 1） 確定每一階段的立模標高，以保證成橋線形滿足設計要求； （ 2） 計算每一階段的梁體的合理狀態(tài)及內(nèi)力，作為對橋梁施工過程中的每個階段結構的應力和位移測試結果進行誤差分析的依據(jù)。 馬總屯特大橋（ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋施工控制分析 （ 1）按照施工步驟進行計算，考慮各梁段的自重、施加的預應力、混凝土收縮徐變以及溫度的變化等因素對結構的影響，對于混凝土的收縮、徐變等時差實效在各施工階段中逐步計入； （ 2）每一階段的結構分析必需以前一階段的計算結果為基礎，前一階段結構位移是本階段確定結構軸線的基礎，以前各施工階段受力狀態(tài)是本階段確定結構軸線的基礎，以前各施工階段結構受力狀態(tài)是本階段時差實效的計算基礎； （ 3）計算出各階段的位移之后，根據(jù)后續(xù)施工階段對本階段的影響，進行倒退分析即可得到各施工階段橋梁結構的合理狀態(tài)和立模標高； （ 4）施工監(jiān)控首先根據(jù)施工圖紙進行初步的計算，在施工過程中會存在許多難以預料的因素，可能導致施工進度安排等與初始計算不符，若有與施工圖不同的地方應根據(jù)施工單位實際提供的施工步驟進行重 新計算分析，施工單位應在開始施工前提供詳細的施工步驟，包括預應力的張拉順序、每階段的施工持續(xù)時間、混凝土的加載齡期等。 計算過程 （ 1） 根據(jù)施工圖提供的施工步驟對本橋進行前期計算，為與設計結果對比，橫隔板重量、結構自重系數(shù)、摩阻系數(shù)、收縮徐變系數(shù)等參數(shù)按照設計所取參數(shù)計算，在最后階段即成橋運營階段考慮收縮徐變 3650 天后的梁體累計位移，并與設計結果進行對比，以校核計算分析模型的準確性。 （ 2） 在施工過程中，按照實際的結構參數(shù)修正結構計算模型進行跟蹤計算，使得結構預測位移與實際發(fā)生的位移吻和。 立模標高的確定 11 在主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁線形是否平順、是否符合設計的一個重要問題。如果在確定立模標高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終橋面線形較為良好。 立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高，一般要設置一定的預拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形（豎向撓度）。其計算公式如下： 1 2 3 4 5l m i s j i i i i i i g f f f f f f 式中： i 階段立模標高； i 階段設計標高； 1 由本階段及后續(xù)施工階段梁段自重在 i 階段產(chǎn)生的撓度總和； 2 由張拉本階段及后續(xù)施工階預應力在 i 階段引起的撓度； 3混凝土收縮、徐變在 i 階段引起的撓度； 4施工臨時荷載在 i 階段引起的撓度； 5取使用荷載在 i 階段引起的撓度的 50%； 掛籃變形值。 其中掛籃變形值是根據(jù)掛籃加載試驗確定的在施工過程中 加以考慮，123 7 應力監(jiān)測 應力監(jiān)控是連續(xù)梁橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容之一，它是施工過程中的安全預警系統(tǒng)，是對橋梁的實際受力狀態(tài)進行評判和確保施工安全順利的主要依據(jù)。結構某定點的應力也同其幾何位置一樣， 隨著施工的推進，其值是不斷變化的。在某一時刻的應力值是否與分析（預測）值一致，是否處于安全范圍內(nèi)是施工控制關心的問題，解決的辦法就是進行監(jiān)測，在箱梁的控制截面布置應力測點，以觀察在施工過程中這些截面的應力變化及應力分布情況，并與理論計算值進行比較，從而預告當前已安裝構件或即將安裝的構件是否出現(xiàn)不滿足強度要求的狀態(tài)。 對本橋進行應力監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結構的可靠度和安全性，保證橋梁成橋受力狀態(tài)符合設計要求。 力測試儀器及測試原理 試儀器的選擇 由于該橋施工時間較長，故應力監(jiān)測是一 個長時間的連續(xù)的量測過程，要實時準確監(jiān)測結構的應力情況采用方便、可靠和耐久的傳感組件非常重要。根據(jù)以往的監(jiān)測經(jīng)驗，鋼弦式傳感器具有較好的穩(wěn)定性和應變積累功能，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)采集方便等優(yōu)點，在 12 本橋的應力監(jiān)測中采用鋼弦式傳感器。 因此結合本工程的實際情況，在應力監(jiān)測中采用長沙金碼高科技實業(yè)有限公司生產(chǎn)的 X 溫度型智能鋼筋應力計和配套的振弦檢測儀作為應力觀測儀器，該應力計的溫度誤差小、性能穩(wěn)定，可以在量測過程中始終以初始零點作為起點進行應力監(jiān)測，且具有應變累計 功能，抗干擾能力強，適于應力長期觀測。 試原理 鋼弦應力計埋入混凝土內(nèi)以后，在軸向力作用下鋼弦兩支點間的弦長將發(fā)生伸長或縮短，其自振頻率發(fā)生變化。通過測試傳感器的自振頻率可得到鋼弦的應變值，換算得到同位置處混凝土的應力值為： c=cE g式中： c 混凝土結構的應力； 混凝土的彈性模量； g 鋼弦傳感器的應變。 測斷面及儀器布置 主梁測試斷面選擇邊跨 L/2，中跨 L/8、 L/4、 3L/8、 L/2、支點等關鍵截面，共 11 個測試斷面，測試截面布置如圖 4 所示。 主梁測試斷面儀器布置情況如圖 5 所示，鋼筋應力計分別布置在頂板上層鋼筋和底板下層鋼筋上，每個截面布置 4 6 根鋼筋應力計。 為避開應力集中位置，鋼筋應力計應盡量布置在 非擴大截面的普通鋼筋上，同時在頂?shù)装迳暇贾脩τ嫞梢詼y試應力沿梁截面橫向的分布情況 。鋼筋應力計按預定的測試方向（梁部結構為橋梁的縱橋向，梁墩為墩的豎向）焊接固定在主筋上，為防止焊接時溫度過高損壞鋼筋應力計，焊接過程中，應用紗布包裹住傳感器的中間元件部分，并用冷水澆元件部分。為測試方便，同一個截面的測試導線引至梁同一側的混凝土表面，在施工過程中需要注意測試信號線的保護，這些工作需要施工單位配合完成。 試內(nèi)容 應力監(jiān)測針對施工的每個主要施工階段進行，在每個施工階段都進行監(jiān)測，各階段根據(jù)施工進度進行測試，各階段應力監(jiān)測主要包括： （ 1） 混凝土澆筑前的應力測試； （ 2） 混凝土澆筑后 、預應力張拉前的應力測試； 13 （ 3） 預應力張拉后、掛籃行走前的應力測試； （ 4） 掛籃行走后的應力測試； （ 5） 在每一階段測試完畢后應對測試結果進行分析、比較，若存在誤差分析原因； （ 6） 根據(jù)測試結果，給出該橋在成橋時恒載下的應力狀態(tài)。 力監(jiān)測技術 應力監(jiān)控所采用的鋼筋應力計與普通鋼筋焊接，在混凝土澆筑后，混凝土將不可避免的發(fā)生收縮及在外力作用下的徐變，在懸臂階段，每個墩的懸臂結構均為靜定結構，混凝土的收縮、徐變不會引起結構的次內(nèi)力，僅僅引起混凝土的應變，由于假設混凝土和鋼筋是協(xié)同受力的，則鋼筋 應力計所測數(shù)據(jù)中含有非荷載作用下的應變成分；在合攏后，發(fā)生體系轉換后，混凝土的收縮、徐變將引起結構次內(nèi)力，該次內(nèi)力為結構內(nèi)力的一部分，將引起鋼筋應力的變化，此部分為荷載作用下的應變，另外，由于混凝土的收縮、徐變應變也將引起鋼筋應力計的應力測試結果的變化，此部分為非荷載下的應變，須將非荷載下的應變扣除。 14 圖 4 梁部結構測試斷面布置圖 鋼筋應力計鋼筋應力計鋼筋應力計鋼筋應力計 （ a） 支點斷面 （ b） 跨中斷面 圖 5 主梁截面鋼筋應力計布置圖 15 由于應力測試數(shù)據(jù)中含有非荷載作用下混凝土應變的成分，所測數(shù)據(jù)不能真實反映結構的受力，在由測試鋼筋應力計算混凝土應力時必須予以消除或進行應力修正。另外，對應力測試數(shù)據(jù)有較大影響的因素也很多，主要有：測試初值設定、混凝土收縮、徐變、溫度等。 鋼弦計初值設定及測試時間 馬總屯特大橋 （ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋采用懸臂 施工，鋼弦計根據(jù)施工控制前期計算結果埋設在各測試斷面，由于混凝土在初凝后將發(fā)生很大的水化熱，對測試結果影響較大，故一般鋼筋應力計的初值設定設在混凝土的初凝時刻，可以降低水化熱等對測試結果的影響。 為減小溫度對測試結果的影響，測量時間選擇在早晨太陽出來之前，同時記錄梁體的溫度以進行溫度修正。 混凝土收縮和徐變的影響 對于超靜定結構，混凝土的收縮和徐變將引起結構次內(nèi)力以及鋼筋與混凝土之間的應力重分布，須將混凝土的收縮和徐變引起的鋼筋應力增量扣除。 為消除混凝土收縮、徐變對測試結果的影響可以在每道工 序（如張拉預應力鋼筋）之前測一次數(shù)據(jù)，若該施工過程較短，則認為每道工序間發(fā)生的混凝土收縮、徐變量很小，不予考慮，以增量的結果形式對每個階段進行監(jiān)測，若施工周期較長，必須對測試數(shù)據(jù)進行處理，處理方法見應力測試數(shù)據(jù)分析。 它影響因素 （ 1） 混凝土的彈性模量，根據(jù)試驗結果進行調整。 （ 2） 鋼弦計本身質量（穩(wěn)定性），以往的使用經(jīng)驗證明，監(jiān)測中采用的 216點隨時間漂移很小，且其監(jiān)測結果可以根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度進行調整。 力測試數(shù)據(jù)分析 鋼弦傳感器 埋入混凝土內(nèi)后，在軸向力作用下鋼弦兩支點間的弦長將發(fā)生伸長或縮短，其自振頻率發(fā)生變化。通過測試傳感器的自振頻率和傳感器內(nèi)的電子元件可以得到鋼弦的應變值，換算得到同位置處混凝土的應力值為： c c 16 式中： c混凝土結構的應力； 凝土的彈性模量； g鋼弦傳感器的應變。 施工應變的監(jiān)測是將傳感器埋置在構 件混凝土內(nèi)，測點處傳感器變形與周圍混凝土的變形是一致的。由于有多種變形的摻入，傳感器的顯示數(shù)值為周圍混凝土的總應變值。在時刻 承受單軸向應力 () 的混凝土構件，在時刻 t 測得總應變值 ()t 可用下式表示： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )i c s T Vt t t t t 式中： ()i加載時初應變； ()c t 時刻 t 時的徐變效應； ()s t 收縮應變； ()T t 溫度應變； ()V t 構件體積幾何尺寸變形引起的應變值。 凝土收縮、徐變應變的影響分析 混凝土的收縮、徐變對主梁結構的影響主要表現(xiàn)在： 由于收縮、徐變的作用使預應力鋼束發(fā) 生應力損失； 箱梁發(fā)生徐變撓度； 由于收縮、徐變的作用，使得鋼筋應力計的非受力應變增加，使得測試結果與理論結果相比相差太大，故為得到混凝土的實際應力，須將混凝土的受力應變從總應變中分離出來，即應扣除收縮及徐變對測試結果的影響。 若不考慮混凝土的收縮、徐變，即假設混凝土與鋼筋協(xié)同工作，兩者的應變值相同，則由鋼筋的應力值可推算混凝土的應力值，如下式所示： / 式中：h混凝土應力，g鋼筋應力， n 普通鋼筋與混凝土彈性模量比。 對于靜定結構來講，收縮、徐變將引起混凝土和鋼筋之間的應力重分布，一般情況下，在混凝土收縮和徐變作用下，鋼筋將出現(xiàn)受壓的應力，使得鋼筋應力計測試的壓應力結果偏大，拉應力偏小，由于配筋率一般較小，可以認為混凝土沒有受力，即箱梁截面上的應力僅為彈性應力而無收縮、徐變引起的應力，由于應力計測試的為鋼筋應力，在受壓的情況下，由于鋼筋應力計測試結果含有收縮、徐變應變，測試結果偏大，若按照上式直 接計算，則結果偏大。 17 在工作應力下，混凝土的彈性應變和徐變應變都與應力呈線性關系。因此，只要總應力不超過混凝土強度的 50%，分批施加應力所產(chǎn)生的應變可以采用迭加原理。對于時刻0施加初應力0()，又在不同時刻i（ i 1， 2， ， n ）分階段施加應力增量 ()i的混凝土，其在以后任何時刻 t 包括收縮應變在內(nèi)的總應變可以表達為： 00 0 010( ) ( )( , ) 1 ( , ) 1 ( , ) ( , )( ) ( )n it t t 式中： 0()在0時刻施加的初應力； ()E 齡期為 的混凝土彈性模量； 0( , )s t混凝土在 t 時刻的收縮應變； 0( , )t徐變系數(shù)，參考鐵路橋規(guī)進行計算。 設每次施加應力增量 ()i后立即讀數(shù)，即觀察時刻，則： 0 0 0 00000( , ) ( , )( ) ( )1 ( , )s E 式中：00( , ) 應變觀測值，需減去傳感器初讀 數(shù)。 01 0 1 001111()( , ) ( , )()( ) ( )1 ( , )s 同理可推出： 100 0 010( ) ( )( ) ( , ) ( , ) 1 ( , )( ) ( )() 1 ( , ) 1 ( , ) i s i in 故在i時刻，測點處扣除了收縮、徐變效應的混凝土彈性應變即為： 0010( ) ( )( , )( ) ( )n i 由于在混凝土初凝時刻混凝土的水化熱還沒有使混凝土溫度上升，且此時混凝土的收縮也未發(fā)生，所以一般選擇在混凝土初凝時刻設定應力初值，否則混凝土未承受荷載時鋼弦已反映出的應力就不能及時排除。 度影響分析 箱梁混凝土的溫度變化與大氣溫度變化密切相關，由于大氣溫度的影響，傳感器鋼弦的應變和自振頻率均將發(fā)生改變。由溫度變化引起的應力增量為： 18 g 一般情況下， ，則有： 2 因此主梁結構的實際應變?yōu)椋?2 測測事實上，日照溫度荷載下，主梁上表面近 40圍內(nèi)的溫 度梯度比較大，溫度分布很不均勻，而其它部分的溫度分布趨于平衡。由于梁體縱向纖維之間的約束，梁體截面上會產(chǎn)生縱向溫度自應力，而傳感器受主梁的約束使鋼弦在溫度作用下的應變發(fā)生了改變。改變量 ()t y可由下式計算： 0( ) ( ) ( )t y T y k y 式中： 鋼弦的熱膨脹系數(shù)； ()梁高方向的溫度梯度； 0梁高 y 0 處的變形值； k 單元梁段撓曲變形后的曲率。 在本橋的應力監(jiān)測過程中，為了消除溫度對測量值的影響，讀取數(shù)據(jù)安排在早晨太陽輻射較小時完成，溫度應變按試驗值進行修正。 8 線形監(jiān)測 線形控制工作程序 為使施工控制的各個步驟程序化，施工控制工作小組根據(jù)具體的施工進度安排制定了施工控制工作程序，其中包括兩方面的內(nèi)容。 控制流程 從掛籃的前移定位至預應力鋼束張拉 完畢是本橋施工的一個周期，每個周期中有關施工控制的步驟如下： （ 1） 按照預報的掛籃定位標高定位掛籃，由施工單位測量定位后的掛籃標高，并向控制小組提供掛籃的定位測量結果； 19 （ 2） 立模板、綁扎鋼筋； （ 3） 澆筑混凝土前，測量所有已施工梁段上的高程測點，復測掛籃定位標高，墩頂?shù)乃轿灰?，報施工控制小組； （ 4） 施工控制小組分析測量結果，如需調整，給出調整后的標高； （ 5） 澆筑完混凝土后第二天測量所有已施工梁段上的測點標高，測量本梁段端部梁底和預埋在梁頂?shù)臏y點標高，建立測點與梁底標高的關系，提供給施工控制 小組； （ 6） 按鐵路工程檢驗評定標準檢查斷面尺寸，提供給施工控制小組并向施工控制小組提供梁段混凝土超重的情況； （ 7） 張拉預應力鋼筋后，測量所有已施工梁段上的高程測點，并提供施工控制小組； （ 8） 施工控制小組分析測量結果，根據(jù)上一施工周期梁底標高測量值和應力、溫度等測量結果計算、預報下一施工周期的掛籃定位標高。 工作程序的關鍵是：每個施工循環(huán)過程的結束都必須對已完成的節(jié)段進行全面的測量，分析實際施工結果與預計目標的誤差，從而及時地對已出現(xiàn)的誤差進行調整，在達到要求的精度后，才能對下一施工循環(huán)作出預 報。 誤差控制標準 本橋施工控制的最終目標是：使成橋后的線形與設計成橋線形的所有各點的誤差均滿足鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準規(guī)定，成橋線形與設計線形誤差在 間，合攏誤差在 內(nèi)。根據(jù)這一目標，在每一施工步驟中制訂了如下的誤差控制水平： 1) 掛籃定位標高與預報標高之差控制在 內(nèi)； 2) 縱向預應力鋼束張拉完后，如梁端測點標高與控制小組預報標高之差超過 進行研究分析誤差原因，確定下一步的調整措施； 3) 如有其它異常情況發(fā)生影響到 標高，其調整方案也應經(jīng)分析研究，提出控制意見。 位移測點布置 撓度觀測資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)，馬總屯特大橋 （ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋線形監(jiān)測斷面設在每一階段的端部，如圖 6 所示。 布置 0塊件的高程測點是為了控制頂板的設計標高，同時也作為以后各懸澆階段高程觀測基準點。每個 0塊的頂板各布置 7 個高程觀測點，見圖 7（ a）。 懸澆階段每個監(jiān)測斷面上布置兩個對稱的高程觀測點，如圖 7（ b、 c）所示，不僅可 20 以測量箱梁的撓度，同時可以觀測箱梁是否發(fā)生扭轉變形，標高測點用 16 圓鋼，圓鋼筋頂部磨平，露出 頂板 2 3并用紅油漆作為標記。 測點布置原則： 盡量靠近腹板； 測點離梁段端部 10 不妨礙施工及掛籃的行走、固定等； 易于保護； 盡量使測量工作減少，如立一次儀器即可以測試全部測點的高程，最好設置在掛籃內(nèi)側，這樣也可以減少轉儀器引起的誤差。 觀測時間與項目 為盡量減少溫度的影響，撓度的觀測安排在早晨太陽出來之前進行，每個施工階段的變形測試時間根據(jù)施工階段的進度來定。在整個施工過 程中主要觀測內(nèi)容包括： （ 1） 每階段混凝土澆筑前的高程測量； （ 2） 每階段混凝土澆筑后、預應力張拉前的高程測量； （ 3） 每階段預應力張拉后、掛籃行走前的高程測量； （ 4） 每階段掛籃行走后的高程測量； （ 5） 拆除掛籃后、邊（中）跨合攏前的高程測量； （ 6） 最終成橋前的高程測試。 蘭州交通大學土木工程學院 第 21 頁 0123456789101113 12 1211109876543210 . 6 5 48 40標高測點圖 6 馬總屯特大橋（ 48+80+48） m 連續(xù)梁橋線形監(jiān)測測點 1234567標高測點標高測點(a) 0 號塊 (b) 支點斷面 (c) 跨中斷面標高測點 圖 7 標高測點布置圖 蘭州交通大學土木工程學院 第 22 頁 懸臂階段測量工作內(nèi)容 從掛籃前行至本號梁塊預應力張拉完畢為一個施工階段 ,在每個施工階段需完成的工作如下。 掛 籃定位 根據(jù)監(jiān)控方提供的立模標高進行掛籃定位 ,定位底模前端標高及頂板標高。 此時需要設置的測點如下，如圖 8及圖 9所示。 （ 1） 頂板鋼筋頭測點，距離該梁塊前端 10澆筑該塊混凝土前埋設即可。 （ 2） 掛籃底模梁塊前端測點，不用設置鋼筋頭，直接布置在模板上。 （ 3） 掛籃底模鋼筋頭測點，盡量靠近該梁塊底模前端，鋼筋頭長度 10右。 注：由于在澆筑混凝土后需要對底模前端標高進行測量，為消除其他因素影響，在定位時，在底模上盡量靠近本梁塊底模前端左右兩側各設置鋼筋頭一個，在定位時需要測量測點 2（底模前端模 板）與測點 3（底模前端鋼筋頭）的標高差，在澆筑混凝土后及張拉預應力后可僅對測點 3（底模前端鋼筋頭）進行測量，利用標高差換算測點 2（底模前端模板）的標高。 3 掛 籃 底 模 鋼 筋 頭 測 點2 掛 籃 底 模 梁 塊 前 端 測 點掛籃底模1 頂 板 鋼 筋 頭 測 點本施工段前施工段圖 8 每階段測點布置側立面圖 蘭州交通大學土木工程學院 第 23 頁 圖 9 每階段測點布置正立面圖 掛籃定位時需測量的內(nèi)容如下： （ 1） 測點 2（底模前端模板）的標高，使其滿足監(jiān)控方標高預報文件中的底板立模標高； （ 2） 頂板立模標高，為底板立模標高梁高； （ 3） 所有已施工梁段頂板鋼筋頭測點標高； （ 4） 測點 3（底模前端鋼筋頭測點）標高，并計算出每側底模前端鋼筋頭測點（測點 3）與測點 2（底模前端模板）的標高差。 筑混凝土時 檢查掛籃定位標高，確保標高無誤后再開始澆筑混凝土； 凝土養(yǎng)護期間 混凝土養(yǎng)護期間需測量內(nèi)容如下： （ 1） 所有已施工梁段頂板鋼筋頭測點（測點 1）標高； （ 2） 底模前端鋼筋頭測點標高（測點 3），目的是測量（底模前端模板）測點 2標高，需要提供測點 2的標高； 應力張拉后 預應力張拉后需測量內(nèi)容如下： （ 1） 所有已施工梁段頂板鋼筋頭測點（測點 1）標高； （ 2）底模前端鋼筋頭測點標高（測點 3），目的是測量（底模前端模板）測點 2標高，需要提供測點 2的標高； 測量儀器 蘭州交通大學土木工程學院 第 24 頁 高程測試用 站儀（測量精度 精密水準儀來進行測試。 9 溫度監(jiān)測 溫度是影響主梁撓度的最主要的因素之一，在施工的過程中，可以通過溫度型應力監(jiān)測儀器（ 測混凝土內(nèi)部溫度的變化情況，測量精度 。 在施工控制中將按照實際的施工進度考慮季節(jié)性溫差，對日照溫差在觀測中通過采取一些措施（如同一觀測時間 等）予以消除，減小其影響。 10 誤差分析與識別 在每一施工階段，對監(jiān)測得到的應力和位移與理論值進行誤差分析，并分析產(chǎn)生誤差的原因，根據(jù)本階段結果對下一階段的誤差進行預測、調整以及報告施工狀態(tài)（預制梁段架設標高）等。 11 施工控制實施流程 施工控制按照施工 量測 識別 修正 預告 施工的循環(huán)過程，其實質就是使施工按照預定的理想狀態(tài)順利推進。由于實際上不論是理論分析得到的理想狀態(tài)還是實際施工都存在誤差，所以，對本橋進行施工控制的核心任務就是對各種誤差進行分析、識別、調整，對結構未來狀態(tài)做出預測。 對于本橋 ，由于在梁段澆筑完成后，除張拉預備預應力索外，基本沒有調整的余地，而只能針對已有誤差在下一未澆筑梁段的立模標高上做出調整，所以，要保證本橋控制目標的實現(xiàn)，最根本的就是對立模標高做出盡可能準確的預測，依靠預測控制。 鑒于本橋已完成階段的不可控性以及施工中對線形誤差的糾正措施的有限性，控制誤差的發(fā)生就顯得極為重要，所以施工中采用自適應控制法對其進行控制?；舅悸窞楫斀Y構的實測狀態(tài)與模型計算結果不符時，通常將誤差輸入到參數(shù)辨別算法中去調整計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結果與實測結果一致，得到修正的計算模型參數(shù)后，重 新計算各施工階段的理想狀態(tài)，經(jīng)過幾個階段的反復識別后，計算模型就基本與實際結