混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

ｆ建造技术ｊ混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

左登发

（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９）

摘要：在国内外梁桥上部结构控制技术及其发展趋势基础上，结合析梁施工监控实例，进行了有针对惟的研究。由于连续箱粱

桥施工过程中结构受力复杂，材料参数、环境影响时变性较强，施工监控的目的就是要保证桥梁成桥线形及受力状态符合设计要

求，以免出现质鼍和安全事敞隐患。有效的组织管理，分析、反馈施工现场的真实状态，同时进行结构仿真分析，在现代桥梁施工

中起到重要的作用。

关键词：连续钢箱梁桥；施工监控；组织管理，结构仿真分析

中圈分类号：Ｕ４４５．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—５７８１（２００９）０２－０２４３－０３

桥梁施工监控是保证桥梁建设安全可靠的重要环节。结构内力和变形可以通过计算来预测，并可通过检测手段了解工程实际的内力和变形。施工阶段中应用这种预测和跟踪检测手段，来掌握施工进度和发展情况，能迅捷地根据施工条件，有效地确定控制值，对施工加以指导，保证结构参数与设计值基本一致。良好的桥梁施工监控不仅能确保桥梁建设的工程质量，而且为今后桥梁营运的安全性和耐久性提供有价值的参考信息［１］。目前国内桥梁施工监控仍处于起步阶段，无论是理论研究，还是实践操作都无标准和规范，很不成熟。施工监测数据的影响因素比较多，如何在混乱的数据中整理出合理的信息是相当困难的，而这些必要的数据恰恰是施工控制反馈分析的基础。另外监控目标和施工实际也有脱离现象，进行理论计算的控制参数，而在施工中往往出现偏差。这就使得不断积累施工监控技术显得尤为重要，自动化程度较高的施工分析软件系统也有待开发［２］。

１混凝土连续箱梁桥施工监控目标桥梁施工监控是桥梁结构高技术施工不可缺少的部分，是一项技术性、时间性、协调性要求都很强的工作，其贯穿于整个施工过程的始终。在大跨度预应力混凝土连续梁桥的工程建设中，许多结构构件在施工期内都会产生变化复杂的内力和位移。为确保施工安全和质量，尤其是成桥后的线形，针对上部箱梁结构的理论力学计算分析和现场监控都是非常必须

的。与施工同步的监测，对施工过程中各阶段各种工况下控制断面的内力、挠度等出现的问题进行跟踪测试，并进行预应力损失和箱梁日变化规律等方面的测试，收集大量试验检测数据和资料，将现场实测数据与设计单位提供的理论计算结果进行比较，不仅可以是一个安全报警系统，及时发现和避免桥梁结构在施工过程中出现超出设计范围的参数和结构的破坏，还可以起到修正某些理论参数、或调整设计中可能出现的不足等作用Ｌ３“Ｊ。

２施工阶段的跟踪检测内容

２．１裂纹调查

混凝土连续箱梁施工过程中，经常存在不同发育程度的裂纹，除有可能在底板出现裂纹外，大多出现在腹板上。根据检测资料统计，裂纹基本上分布在各跨１／４至３／４梁段之间，宽度大部分在０．１一－－０．２ＩＴｌｌＴＩ之间，裂纹之间的间距一般为２一－．５ｍ。裂纹形状主要表现为腹板外壁下宽上窄，腹板内壁中间宽、两头窄。

如果有关施工方案调整好，结构裂缝可以有效地控制。设计单位应该做好配合工作，在结构设计时尽量考虑施工的可行性，使结构计算模型接近施工实际工况；施工单位在积极调整配合比的同时，尽可能地克服因气候、工艺等不利条件给养护带来的不便，同时加强施工现场的管理，确保施工工艺符合结构设计受力的要求。试验监测数据表明，设计及施工方面的共同努力能取得一定的成效。

牧稿日期：２００８—１０－２８；修改日期：２００９－０１—２０

作者简介：左登发（１９６３一），男，安徽舒城人，合肥工业大学土木与水利工程学院工程师．

‘－ｒ程与建设＇２００９年第２３卷第２期２４３左登发：混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

２．２挠度观测

在第一跨箱梁底板筋预应力张拉过程中，箱梁跨中部位有上挠趋势；第二、三跨的完成对第一跨跨中的上挠趋势影响较大；第四、五跨及以后的施工对第一跨的挠度影响则较微弱。

２．３应力测试

通过施工各阶段监测数据表明，在箱梁的不同施工阶段，结构的受力状态在不断变化，对于已成的箱粱部分来说，随着下一施工阶段的进行，其受力性能得到不同程度的改善。通常第二施工段的完成，使第一段跨中截面下缘由受拉变为受压；第二、三施工段的完成，都使第一跨跨中截面下缘压应力大为增加；而以后各施工段，则对第一跨箱梁跨中应力影响较小。应力测试要求，各跨箱梁底板筋张拉试验以及各施工节段过程中，应力实测值与设计单位提供的计算值应基本接近，满足规范要求。

２．４预应力损失测试

连续箱梁结构跨度一般较大，张拉力能否有效传递，张拉时的预应力损失是施工、设计等有关部门极为关注的问题。施工张拉时虽然采取油压表与延伸率双向控制，还是有必要采取其他方法。测试预应力损失可在梁段两端的锚垫板与锚具之间预置钢套环，并在钢套环上粘贴金属应变片，通过跟踪测试箱梁预应力张拉时的两端钢套环的应力差，反映出预应力的摩阻损耗情况。同时对照张拉时使用的油压表与延伸率双向控制结构，确定检测应力损失值。根据设计单位提供的有关预应力损失计算参数，包括钢束松弛率、摩擦系数、孔道偏差系数、锚具回缩变形等，可计算各施工节段箱梁预应力筋的应力损失。预应力损失实测值与设计计算值必须基本相符合［５ｔ６］。

２．５日变化规律测试

由日变化规律测试可知，在跟踪观测日，箱梁室外阴、阳面温差较大，而箱梁室内温度变化不明显，箱梁受日温及光照影响变化不是很均匀。

在室外温度变化值较大时，梁底挠度有明显的影响。有资料表明，某些结构当温度升高时箱梁标高上升；当温度下降时箱梁标高下降。同时箱梁底板跨中顺桥向应力在一定程度上受昼夜温差影响。

３施工仿真分析

桥梁施工是分阶段逐步完成的，漫长而又复杂的施工过程，使结构体系不断地转化，已建部分的受力、

２４４‘工程与麓设＇２００９年第２３卷第２期位移都随着工程进展而调整。对施工过程中每个阶段的计算、分析，是施工控制中最基本的内容，特别是预测下一步的状态更是很有必要口］。施工仿真计算可以对整个施工过程进行描述，也能事先确定各个不同旌工阶段的中间状态。现阶段施工仿真分析的计算方法主要包括正装分析法、倒装分析法和无应力状态分析法。对于不同形式的桥梁结构，以及不同的施工方法。施工仿真分析是有昕侧重的。

正装计算法是按照实际施工加载顺序来进行，能模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态。也能考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如结构的非线性问题和混凝土的收缩、徐变问题。

倒装计算法能得出桥梁结构在各个施工阶段理想的安装位置（主要指标高）和较理想的受力状态。

无应力状态控制法用构件单元的无应力状态量建立起过程状态之间、过程状态与最终成桥状态的联系，是确定分阶段施工桥梁结构过程状态与最终状态关系的方法，通过无应力状态量可以由桥梁最终状态的内力、线形直接求解桥梁施工中间状态的内力和线形。概念更加清晰，适应性更强，是一种相对较新的方法，特别适用于大跨度拱桥和悬索桥的施工控制。

目前，国内桥梁施工仿真分析软件较多采用的是桥梁博士、Ｍｉｄａｓ和Ｇ叫ｓ等软件。同济大学开发的桥梁博士为平面杆系有限元分析软件，是应用较为广泛的一种，集可视化数据处理、数据库管理、结构分析等功能为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。按照桥梁设计与施工过程进行，结合桥梁设计规范，利用现代计算机技术，较符合我国工程设计人员的习惯。Ｍｉｄａｓ软件系统为三维空间有限元分析软件，该系统将通用的有限元分析内核与土木结构的专业性要求有机地结合而开发的土木结构分析与设计软件，是韩国浦项制铁集团研发机构开始开发的系列软件。国内有较多的用户。

ＧＱＪＳ桥梁结构专用分析软件是交通部公路科学研究院推出的桥梁结构分析系统，按照文献［８，９］对预应力钢筋松弛损失计算、混凝土收缩徐变计算、作用效应组合等进行补充修改。不仅是单纯进行结构分析，还包括的动态可视化的数据前处理界面、数据图形检验、结果图形浏览和检索、预拱度设置、施工图绘制等一系列的设计功能。

左登发：混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

４施工监控实例

４．１工程概况

某连续梁桥中的五跨一联５０ｍ箱梁，单箱单室，顶板宽１６．３５ｒｎ，底板宽７．５ｍ，梁高２．８ｍ。设计采用移动模架造桥机施工。

监控单位对施工过程进行跟踪监测，收集内力、位移等各有关参数的变化情况，了解施工中结构的状态是否符合设计思想，为设计及施工提供技术参数，为有关部门科学决策提供依据。

４．２主要监控项目

（１）箱梁挠度。在各施工阶段，对跨箱梁控制断面的腹板梁顶面及梁底各测点标高进行测量并跟踪检测，根据其反映的挠度变化范围判断箱梁的刚度是否满足设计要求，同时了解各工况下各施工段梁的挠度变形趋势。

（２）箱梁混凝土及构造钢筋应力。在箱梁的控制断面处埋设相应的应力测试元件，以测定各施工阶段箱梁混凝土的应力。在必要的情况下，可在混凝土内的钢筋上预埋测试设备，了解相应的受力状况。

（３）预应力损失。在箱梁两端的锚垫板与锚具之间预置钢套环，并在钢套环上粘贴金属应变片，通过跟踪测试箱梁底板四束预应力张拉时的两端钢套环的应力差反映出预应力的摩阻损耗情况。

（４）温度影响和裂纹普查。水化热温升控制和环境温度影响是大体积混凝土浇筑要考虑的重要因素。大跨径连续箱梁施工中，不仅温度始终变化而且在同一时刻结构各部分也存在温差。加强观测、及时掌握规律，尽可能排除温度影响尤为重要。对于难免出现的裂纹，准确地确定位置、长度、宽度等几何参数，建立裂纹跟踪监测的初始资料。

（５）施工阶段仿真分析。为了达到施工控制的目标，可通过计算确定桥梁结构施工过程中每个阶段受力和变形的理想状态，控制施工中相应阶段的结构行为，使最终成桥状态能满足设计要求。

施工阶段仿真分析的计算模型，是将全梁简化成平面结构，离散为梁单元，共１０１个梁单元，１０２个节点，支座为５个活动铰，１个固定铰。

比较分析可知，计算结果与实测值之间比较吻合。施工阶段初期两者有一些差别，是随着施工阶段的增加，差距逐渐缩小；发展趋势基本一致，只是计算值普遍要大一些。４．３施工监控的作用

通过施工监控反馈实测信息，对箱梁施工进行调整控制，实测值与理论计算进行比较，对误差进行分析研究，使施工效果达到一定的精度。

特别是在第一跨施工后，箱梁腹板出现大体积混凝土浇筑难以避免裂纹。监控单位配合设计单位做了大量的设计调整工作，尽可能考虑施工的可行性，使结构计算模型与施工实际工况相符；施工单位在积极调整配合比的同时，尽可能地克服了因气候、工艺等不利条件给养护带来的不便，同时加强施工现场的管理，确保施工工艺符合结构设计受力的要求。之后的试验监测数据表明，设计及施工方面的努力取得一定的成效，为下一阶段的箱梁施工积累了诸多有益经验。

５结束语

施工控制是目前桥梁施工技术的重要组成部分。过去的桥梁跨径不大、规模较小、影响因素少，所以很少进行专门的桥梁施工监控工作。其实以往桥梁施工单位对桥梁施工中的挠度变化、外观裂缝观测等也属于施工监控的内容，只是缺乏系统性和专业性而已。现在的桥梁工程随着施工难度增大，对施工状态进行识别、调整、预测，以及全面地分析，加强控制，也更有必要性Ｆ１０］。此外桥梁施工监控过程中，通过试验测得的各项数据和结构分析的结果等资料，是施工过程档案，也对桥梁的竣工验收以及今后营运阶段的维护都有较大的作用。

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１工程与建设’２００９年第２３卷第２期２４５

混凝土连续箱梁桥施工监控技术研究

作者：左登发， ZUO Deng-fa

作者单位：合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽,合肥,230009

刊名：

工程与建设

英文刊名：ENGINEERING AND CONSTRUCTION

年，卷(期)：2009，23(2)

被引用次数：0次

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