客专60+100+60m连续梁线形控制方案

3施工控制的目的、意义与内容对于分节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，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端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。桥梁施工控制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。大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工控制包括两个方面的内容:变形控制和内力控制。变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏移，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，为下一节段更为精确的施工做好准备工作。横向偏移可以通过精确测量控制和调整来达到要求，而影响竖向挠度的因素很多(如施工荷载、挂蓝自重、温度变化等)，施工时就要充分考虑影响挠度的各种影响，在各节段设预抛高，也就是控制立模标高。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，甚至在施工过程中造成主梁破坏。悬臂施工属于典型的自架设施工方法。由于连续梁桥在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，施工控制主要采用预测控制法。连续梁桥施工控制主要体现在施工控制模拟结构分析、施工监测(包括结构变形与应变监测等)施工误差分析以及后续施工状态预测几个方面。施工控制的最基本要求是确保施工中结构的安全和确保结构形成后的外形和内力状态符合设计要求。东方红大桥采用悬臂浇筑施工，因其跨径较大，最终形成必须经历一个漫长而又复杂的施工与体系转换过程。通过理论计算可以得到各施工阶段的理论主梁标高值，但在施工中存在着许多误差，这些误差均将不同程度地对成桥目标的实现产生干扰，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题，因此，为了确保东方红大桥施工安全，成桥线形符合要求，在施工中必须实施有效的施工控制。4桥梁施工控制系统的建立任何产品的产生都是经历了管理流程、生产流程和技术流程，桥梁也可以当作一种特殊的产品，在桥梁建设的过程中也同样要经历着不同的流程。在桥梁的施工中，为了保证大桥的安全和施工中准确性所经历的流程就构成了桥梁施工控制系统。这个系统关系到业主单位、监理单位、监控单位、设计单位和施工单位等。这个桥梁施工控制系统主要由两部分组成：管理实施流程和施工控制技术流程。管理实施流程建立了施工控制中的总体工作流程，说明了各单位间的工作关系。管理实施流程的运作直接关系大桥的建设进度和质量。东方红大桥主桥建设施工控制系统的管理实施流程如图4-1-1所示。图4-1-1施工控制管理流程连续梁悬臂施工控制是施工→量测→识别→误差分析→修正→预告→施工的循环过程。东方红大桥主桥建设施工控制系统的施工控制技术流程如图4-1-2所示。5悬臂施工中的挠度控制问题与结构分析5．1悬臂现浇施工中挠度控制问题图4-1-1管理实施流程图图4-1-2施工控制技术流程图4-1-2施工控制技术流程在悬臂现浇前，准确计算各个施工阶段的挠度值和挠度累计值，并将施工完成阶段的挠度累计值作为现浇施工中的预设拱度，反向施加到施工完成阶段的结构理想状态——理想挠度曲线上，以便为每个悬臂施工阶段确定一条适当的现浇梁段轴线，这些轴线就是相应施工阶段的结构理想挠度曲线。5．1．1悬臂现浇中的结构挠度以四个节段悬臂现浇施工为例（如图5-1-1a）。假定施工荷载仅有结构恒载和结构预应力，当节段①按水平位置施工时，悬臂端挠度为-5mm（垂直挠度向下为正）；当节段②与节段①切线相连时，节段②的端点会有初挠度-11mm，待节段②施工完毕时，节段①和②的端点将分别产生+1mm和+5mm的挠度增量；当节段③与节段②再切线相连时，节段③端点会有初挠度+9mm，待节段③施工完毕时，节段①、②和③的端点将分别产生+5mm、+10mm和+20mm的挠度增量；最后，当节段④与节段③再切线相连时，节段④端点会有初挠度+30mm，待节段④施工完毕时，节段①、②、③和④的端点将分别产生+8mm、+18mm、+29mm和+49mm的挠度增量。各个悬臂现浇施工阶段所产生的节段端点挠度增量如图5-1-1b所示。（为了简化，图中以折线代替实际节段挠度曲线）5．1．2结构预拱度设置由图5-1-1可见，若各节段在施工中不设一定的预拱度，则施工完毕时的挠度曲线不可能恢复到结构理想状态线形——0—0直线上。为了在各个施工阶段设置合理的预拱度，首先根据各个施工阶段的节段端点挠度增量（图5-1-1）计算确定各个施工阶段结束时的各个图5-1-2悬臂现浇施工中结构累计挠度(单位：mm)a）结构立面示意图；b）累计挠度曲线；c）挠度数值表端点累计挠度，如图5-1-2所示。然后，将各个节段端点的挠度值反号即可作为预拱度值，各个施工阶段节段端点预拱度值和预拱度增量如图5-1-3所示。5．1．3预拱度增量和总量控制在悬臂现浇施工中，为了达到对图5-1-3所示预拱度控制的目的，结合测量系统，一般可以采用两种方法，即预拱度增量控制和预拱度总量控制。预拱度增量控制的具体实施方法为，当节段①悬臂施工时，在其端点处设置偏离理想线形的预拱度-9mm；当节段②施工时，先按节段①端点处的切线方向确定节段②端点的初始坐标，然后再设置偏离初始坐标的预拱度增量-4mm；当节段③施工时，先按节段②端点处的切线方向确定节段③端点的初始坐标，然后再设置偏离初始坐标的预拱度增量-6mm；当节段④施工时，先按节段③端点处的切线方向确定节段④端点的初始坐标，然后再设置偏离初始坐标的预拱度增量-9mm。预拱度增量控制实施过程如图5-1-4所示。图5-1-3悬臂现浇施工中预拱度和预拱度增量(单位：mm)a）结构立面示意图；b）预拱度和预拱度增量曲线预拱度总量控制一般比较复杂，主要困难在于各施工阶段中的结构体系受各图5-1-4预拱度增量控制实施过程图种因素的影响都会发生变化，因而很难找到绝对坐标。具体做法是：在节段①悬臂施工时，将其端点处的绝对坐标直接偏离理想线形-9mm；在节段②施工时，除了将左侧端点与节段①右侧端点相连外，将右侧端点直接偏离理想线形-33mm；在节段③施工时，将右侧端点直接偏离理想线形-49mm；在节段④施工时，将右侧端点直接偏离理想线形-49mm。预拱度总量控制实施过程如图5-1-5。图5-1-4预拱度增量控制过程（单位：mm）5．2悬臂现浇施工中挠度计算方法简介工程过程中的挠度，涉及梁体自重、预应力、混凝土收缩徐变、施工菏载等因素的影响。施工挠度与许多不确定因素（梁段砼材料性能、温度、湿度、及养护等方面的差异、各梁段的工期也难准确估计）有关，且施工中荷载随时间变化、梁体截面组成也随预应力筋的增多而变化，所以比较精确的计算挠度在施工中极为重要。以图5-2-1a）所示悬臂现浇为例，说明考虑徐变影响的施工挠度计算原理。5．2．1恒载、施工活载及预应力所产生的挠度悬臂梁挠度计算可以采用共轭梁（虚梁）法，图5-2-1b）中表示出了荷载（恒载、施工活载）、预应力等所产生的弯距M所引起作用在虚梁上的弹性荷载图形。据此刻的任意截面iM处的挠度，表达式为：图5-1-5预拱度总量控制过程（单位：mm）iiiiiidEIzxMf1)((x≤j)(5-2-1)式中：iM——第i梁段的弯矩平均值，可近似地取该段始末截面弯矩之算术平均值;iI——第i梁段截面抗弯惯矩,可近似地取该段始末截面抗弯惯矩之算术平均值;式5-2-1实际为每一梁段的平均挠度角对挠度所作贡献的总和,见图5-2-1中的变形曲线。同时可知引起某梁段平均挠曲角的弯矩也是由该段本身以及其后逐段施工加载（包括预应力）所产生弯矩的总和。在施工完毕后梁段i的总弯矩1M可表示为：niniMMMMMMM11113121111（5-2-2）式（5-2-2）中312111MMM、、、……分别为梁段1、2、3、……施工时贡献给梁段i中点截面处的弯矩。5．2．2徐变挠度在荷载的持续作用下，混凝土的变形随时间不断增长的现象称为徐变。混凝土的徐变是依赖于荷载且与时间有关的一种非弹性性质的变形。在长期荷载作用下，混凝土体内水泥胶体微孔隙中的游离水将经毛细管里挤出并蒸发，产生了胶体缩小形成徐变过程。混凝土徐变变形同混凝土收缩一样，初始增长很快，以后逐渐缓慢，一般在5一15年后其增长逐渐达到一个极限值。它不同于收缩变形，其累计总和值常很可观，达弹性变形的1-3倍，在某些不利条件下还可能增大。徐变将有利于结构构件产生内(应)力重分布，减小大体积混凝土内的温度应力，减少收图5-2-1悬臂施工挠度计算图示缩裂缝，但会使构件挠度增大，引起预应力损失，在高应力长期作用下，甚至会导致构件破坏。混凝土在应力作用的当时(混凝土龄期为0天)产生瞬时弹性应变e，随荷载作用时间的延续(t)徐变变形不断增长，经过一段时间后卸载，瞬时产生的弹性恢复变形e，以后继续有恢复的徐变应变称为滞后弹性应变v，但仍有残留的永久变形，称屈服变形f，fv为徐变应变的总和。在桥梁结构中，混凝土的使用应力一般不超过其极限强度的40%～50%。从实验中观察到，当混凝土棱柱体在持续应力不大于aR5.0（混凝土棱柱强度）时，徐变变形表现出与初始弹性变形成比例的线性关系。在使用菏载应力范围内引入徐变特征系数（徐变系数）。徐变应变与弹性应变的比例系数，即为徐变系数。徐变系数与徐变变形大小有关。在影响徐变值的众多因素中，时间是很重要的因素。徐变是随时间延续而增加的，但又随加载龄期的增加而减小。将徐变系数表示为,t，即加载时混凝土龄期为，计算所考虑时刻的混凝土龄期为t的徐变系数。一般说，混凝土徐变和收缩对结构的变形、结构的内力分布和结构的内截面(在组合截面情况下)的应力分布会产生影响。概括可归纳为:(1)结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度(如梁、板)。(2)徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低柱的承载能力。(3)预应力混凝土结构中，徐变和收缩会导致预应力的损失。(4)结构构件截面，如为组合截面，徐变会使截面上应力重分布。(5)对于超静定结构，混凝土徐变将导致结构内力重分布，即徐变将引起结构的次内力。由此可见，施工中徐变挠度的计算是非常必要的。箱梁悬臂系逐节分段施工，块件自重和预应力也系逐级加载，加载龄期不断变化，同时二期恒载及活载作用时的图5-2-2考虑各段徐变影响的挠度计算图示箱梁各节段的龄期也不一样。详细计算十分复杂。因此，一般取统一的加载龄期，砼徐变终了时间一般定为3年。下面以简明的方法说明悬臂施工中徐变对挠度的影响。设梁段1加载时砼龄期为，相应的弹性摸量为1E，则考虑徐变影响时，在龄期为t时梁段1对jx截面处总挠度的贡献为：,1)(111111tdzxIEMj（5-2-3）梁段2的荷载以及此时施加的预应力在梁段1截面1z处产生的弯矩为12M，则龄期为t时它对jx截面处总挠度的贡献为：2,1)(111212tdzxIEMj（5-2-4）式中，鉴于梁段2加载时自身的混凝土龄期为，此时梁段1的砼龄期应是2，相应的弹性模量为2E。由此可得，第j号梁段施工完毕后龄期为t时，梁段1的变形对jx截面处总挠度的贡献为：jiijjitEMIdzx11111,1（5-2-5）同理，梁段2的荷载以及此时施加的预应力在自身截面2z处产生的弯矩为22M，则在时刻t，即梁段2的历时为t时，单由梁段2自身的变形对jx截面处挠度的贡献为：,1)(222122tdzxIEMj（5-2-6）此时梁段2砼的弹性模量为1E。由于梁段3的施工引起梁段2在2z处产生的弯矩为23M，则可推得它引起梁段2的变形在时刻t对jx截面处挠度所作的贡献为：2,1)(222223tdzxIEMj（5-2-7）因此，第j号梁段施工完毕后龄期为t时，梁段2的变形对jx截面处总挠度的贡献为：