1转体-牟家村跨同三高速公路特大桥40+64+40m连续梁施工监控方案-转体

新建青岛至连云港铁路工程牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁施工监控方案兰州交通大学工程检测有限公司2015年4月新建青岛至连云港铁路工程牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁施工监控方案编制：复核：审核：兰州交通大学工程检测有限公司2015年4月牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案11工程概况牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁结构如图1所示。2575012507504000098765432101'1250257502'3'4'5'6'7'8'64000/213750(直线段）5000（直线段）图1牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥上部结构图本桥右单线以1-（40+64+40）m连续梁跨越兖日铁路（跨越里程改右DIK154+648.4、改右DIK154+659.4），主墩18#、19#墩，与线路夹角48°，梁全长145.4m，共计35个节段；梁高沿纵向按二次抛物线变化，中支点梁高5.0m，边支点及跨中梁高3.0m，0号块长9m，中跨跨中直线段长10m，边跨直线段长13.7m，梁顶板宽度8.1m，底板宽度4.4m。本连续梁为转体施工，转体长度62m，转角48°，单侧转体重量3000吨。2施工监控的意义和目的桥梁顺利转体前提条件是成桥后的线形和受力要符合设计要求，所以在桥梁施工过程中要对每个施工阶段进行追踪监控，利用相关软件和分析方法对实测数据进行分析，然后反馈到模型当中进行修正，以保证桥梁成桥后的线形和受力状态。由此可见，转体桥梁的施工监控对今后梁体能否顺利完成转体是至关重要的。由于桥梁施工监控的基本要素是线形和应力监控，但是对于具体的桥梁来说它具有自己的控制要点。例如，对于转体桥梁来说，除了对线形和应力进行控制外，还要对其转体配重、不平衡力矩及转动过程中桥梁的偏心矩等进行监控。桥梁转动体系必须具备转动性强和平稳性高。由于球铰本身的制作和安装都存在一定的不完整性和误差，因此在后期桥梁转动时就已经存在一定的偏差。再此偏差基础上，由于前期的施工控制所导致的误差，也累计到转体偏差上面，因此必须对其进行测量，来分析其转动所需参数。而作为关键部位的球铰，是整个桥梁转动的支撑面，其上面的摩擦力决定着牵引动力的大小。由于桥梁在最后的支架拆完时，需要对梁体进行转体合拢，而在此期间必须要保证稳定性和旋转机动性两个基本条件。为了保证梁体能够顺利的转动，必须提供足够的牵引力，而影响牵引力的主要因素就是摩阻力。此外，由于球铰的上下球铰面的吻合程度是保证结构拥有自平衡能力的前提条件，所以它对整个结构的稳定性的保持起着很大的作用。在实际现场桥梁的施工当中，由于混凝土浇筑、及临时荷载等等不可预牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案2计的外界因素的存在，而导致了球铰受力与理论产生一定的偏差，再加上重量分布不均造成的球面润滑剂蠕动性能的影响，使得摩擦力在一定程度上表现不同。为了将这些因素进行量化，则需要对梁体做称重试验及相关的力学计算，为后期转体所需设备、施工技术和安全性能提供重要的参考依据。一旦桥梁脱架悬臂处于悬空状态时，此时其稳定性表现的尤为突出，因为没有足够的稳定性会导致桥梁安全方面的隐患。而不平衡力矩是作为转体构件稳定性的重要因素之一，为了估计转体时的平稳性，需要通过称重试验对其参数进行测量，得到偏心距从而计算不平衡力矩，最终完成配重。本桥预应力混凝土连续梁桥，梁体为预应力混凝土连续箱梁，采用悬臂后转体施工。该类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的不安全。在施工过程中，为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好、保证在施工中主梁截面不出现过大的应力，必须对该桥主梁的挠度、应力等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保该桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁线形符合设计要求。对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂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。在转体桥梁进行转体之前，必须对整个转体桥梁进行平衡分析，而平衡分析的目的是保证梁部结构悬臂施工完成或者拆完支架之后是个平衡体，以避免发生不必要的安全事故。为了在转动前和拆完支架后保证其形成一个平衡体系，需要对此桥上部悬臂梁端进行配重，而配重比例的多少需要通过称重试验来完成。对该桥连续梁部分进行施工监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求，主要控制内容为：主梁线形、受力、转体过程中的不平衡称重。牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案33施工监控的原则和方法本桥的施工监控包括两个方面的内容：梁的变形控制和内力控制，变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠度，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一阶段更为精确的施工做好准备工作；内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，使其不致过大而偏于不安全或在施工过程中造成主梁的破坏。本桥采用转体+悬臂施工，梁部结构采用的悬臂施工方法属于典型的自架设施工方法，对于本桥来讲，由于在施工过程中的已成结构（悬臂阶段）状态是无法事后调整的或可调整的余地很小，所以，针对主梁的结构和施工特点，梁部的施工监控主要采用预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。梁体从刚开始的浇筑到悬臂到最大悬臂期间，结构的约束和受力，以及变形都有很大变化，还有混凝土从刚浇筑开始到强度达到设计要求之间，它的弹性模量也在发生着变化。因此，需要对全桥受力、变形进行控制，此外还要时时修正物理参数等。本桥的最终成桥状态是否满足设计的要求，取决与对施工过程中每个阶段的控制和施工的质量。其中控制起着关键的作用，对于本桥我们采用上述的正装和预测法进行控制分析。在本桥施工控制中，针对于参数的调整和分析需要一套理论体系，如最小二乘法。其主要原理就是保证误差离散程度在均值附近，以均值代替所测数群。4施工控制体系为有效地开展施工监控工作，在本桥的施工监控中需要建立如图2所示的施工监控体系。牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案4图2牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥施工监控体系施工体系张拉预应力挂篮前移(下阶段钢筋)施工现场设计体系设计计算设计指定参数砼容重、弹模块件重量、尺寸施工荷载偶然荷载现场测试体系实时测量体系应力测量线形测量温度时间主梁线形物理测量力学测量施工控制预测计算施工控制实时计算施工控制计算体系计算核对实测值现场测试参数参数识别、修正施工控制计算参数施工控制计算值比较修正量计算分析发布施工控制指令下阶段施工资料：立模标高预告及挂篮变形量预测牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案55施工控制基本理论牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续梁桥的施工监控中，对梁体线形、应力进行重点控制。在控制过程中，监控方采用自适应控制方法对本桥进行线形控制，采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。5.1本桥悬臂施工阶段施工控制的特点本桥为两边跨、一中跨结构，合拢阶段有边跨合拢和中跨合拢几个阶段，结构在合拢顺序上不对称，合拢阶段张拉的预应力对悬臂梁端的位移有较大影响，可能造成合拢段两侧的累积位移不同，在施工阶段需要对合拢段两端的梁段设置不同的预拱度，若需设置的预拱度差值较大，会使线形控制的难度增大，本桥线形控制的重点在于合拢段两端梁段的预拱度设置和全桥整体线形控制。连续梁桥在悬臂施工阶段是静定结构，合拢过程中如不施加额外的压重，成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多，因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。若已施工梁段上出现误差，除张拉预备预应力束外，基本没有调整的余地，且这一调整量也是非常有限的，而且对梁体受力不利。因此，一旦出现线形误差，误差将永远存在，对未施工梁段可以通过立模标高调整已施工梁段的残余误差，如果残余误差较大，则调整需经过几个梁段才能完成。根据上述分析，悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是，已完成梁段的误差无法调整，而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关，与已完成梁段的误差基本无关。因此，在图3自适应施工控制原理图中的下半环，即控制量反馈计算，在连续梁施工控制中一般不起作用。同时，上半环，即参数估计及对计算模型的修正就显得尤为重要，只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的。5.2自适应施工控制系统对于预应力混凝土连续梁桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应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。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。图3为自适应控制的原理图。牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案6有限元计算模型实际结构计算结果e实测结果参数调节控制量反馈计算施工理想状态施工结果输出控制调整量参数估计算法修改理想状态+-控制量输入图3自适应施工控制基本原理当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别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相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按照上述反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，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。对于采用悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶附近的相对线刚度较大，变形较小，因此，在控制初期，参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小，这对于上述自适应控制思路的应用是非常有利的。经过几个节段的施工后，计算参数已得到修正，为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好的条件。5.3参数识别在本桥的施工控制中按照自适应控制思路，采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析，其基本方法是：当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时，测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠度为：[(1),(2),,()]TSSSSm设原定理想状态的梁体理论计算挠度为：[(1),(2),,()]Tm上述两者有误差量：[(1),(2),,()]TYYYYm若记待识别的参数误差为：[(1),(2),,()]Tm牟家村跨同三高速公路特大桥（40+64+40）m单线连续桥施工监控技术方案7由引起的各阶段挠度误差为：[(1),(2),,()]Tm式中：—参数误差到的线性变换矩阵。残差：Y＝YY方差：()()()()TTTVYYYY＝TTT