适应城市道路景观要求的特殊结构物施工安全关键技术分析 84页

\n4．4．2监测仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯604．4．3测点布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯604．4．4监测数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯624．5成桥测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．734．5．1索力测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯734．5．2线形测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯784．6／J、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．83第五章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯845．1本文主要研究工作与结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．845．2进一步工作的方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．85剪C谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．87在读期间发表的著作及取得科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。89VI\n第一章绪论弟一早珀。化1．1引言矮塔斜拉桥是一种介于连续梁(刚构)桥和斜拉桥之间的一种新型桥梁。由于该桥型具有较高的性价比，对于跨度处于梁桥和斜拉桥之间的桥梁和对刚度要求较高的铁路桥梁有较强的竞争力，近年来在国内外得到广泛的应用【l】。矮塔斜斜拉桥多采用悬臂浇筑法施工，该方法具有施工简便，结构整体性好，施工速度快，施工期间对桥下通航或交通影响较小等优点；但是该方法对施工精度要求较高，施工过程对于矮塔斜拉桥成桥后的内力、线形以及主要构件的应力状况都有很大的影响。所以，施工监控对于该桥型建成后是否能达到设计所要求的合理成桥状态尤为重要。本文将对该桥型施工监控的技术和方法进行研究，致力于推动矮塔斜拉桥施工监控技术和方法的发展。1．2矮塔斜拉桥概述1．2．1矮塔斜拉桥的定义矮塔斜拉桥又称为预应力混凝土部分斜拉桥，它可以看作是额外施加了体外预应力的预应力混凝土连续梁(刚构)桥。它的主梁自身承担部分恒载和活载，斜拉索索力的竖向分力承担剩余部分竖向荷载，其水平分力则给主梁提供额外的预应力。基于以上受力特点和经济性的考虑，这种桥型的塔高往往设计得较低，故诸多学者称之为“矮塔斜拉桥”。1．2．2矮塔斜拉桥的特点1．2．2．1受力特点虽然说矮塔斜拉桥是介于梁式桥和斜拉桥之间的一种结构形式，但是该桥型的受力特性与传统的斜拉桥和梁式桥又有一定的区别。在受到外部的竖向荷载时，传统的斜拉桥以拉索受拉，梁体受压来承担竖向荷载；梁式桥以梁体得受弯、受剪来承担竖向荷载；矮塔斜拉桥则以拉索受拉，梁体受压弯，受剪共同承担竖向荷载。此外，与传统的斜拉桥不同，矮塔斜拉桥的混凝土主梁刚度较大，是其主要承重构件，而斜拉索只是辅助受力构件，通常仅承担30％以下的竖向荷载【2J。。所以，矮塔斜拉桥斜拉索的应力幅也不大，一般不超过80MPa，仅为常规斜拉桥的1／2～l／3【3‘。1．2．2．2结构特点和常规斜拉桥和预应力混凝土连续梁(刚构)桥相比，矮塔斜拉桥有其鲜明的特征‘3】。【4】：①桥塔高跨比大约为常规斜拉桥的1／2左右：\n重庆交通大学硕士学位论文②边中跨比与连续梁大致相当，在0．5～0．6左右；③主梁梁高大约为相同跨径斜拉桥的2倍或连续梁的1／2左右；④拉索多为扇形布置，拉索集中在塔顶通过并在矮塔顶部设置索鞍，以增加拉索效率；⑤没有常规斜拉桥边跨端部的背索，边跨可设较长的无索区。1．2．2．3其他特点矮塔斜拉桥受力和结构上的特点，给该桥型的设计施工及经济性等方面也带来诸多优势【4J：①桥型美观，矮塔斜拉桥的梁高较相同跨径连续梁低1／2左右，克服了连续梁梁高太大高带来的压抑感，主梁纤细、柔美的同时又具有斜拉桥桥塔的宏伟和壮观；②跨径布置灵活，矮塔斜拉桥可以采用独塔双跨，双塔3跨和多塔多跨等不同的跨径布置形式，且多跨矮塔斜拉桥克服了多塔斜拉桥的刚度问题；③施工便捷，矮塔斜拉桥可采用较成熟的悬臂浇筑法施工，且不必进行二次调索，较矮的塔身也降低了主塔的施工难度，施工比较便捷。④经济性好，由于矮塔斜拉桥结构受力的合理性和施工方法的便捷性，该桥型经济效益较好。错误!未找到引用源。从受力特点、适用条件、结构刚度、材料利用、控制工况、施工方法和施工监控几个角度总结了矮塔斜拉桥与传统斜拉桥和预应力混凝土连续梁桥的主要区别与联系。2\n第一章绪论3蜷蜗恹蛙镣H脒R罪耀蝼蜒似出球蕤划嘁柑似采蟋刊铎蛊g斗<葵懈襁8略烛赠龄似一赵^延趟铎划R咖，苦：，K恹*铎翻．鼯钟ln区辎H辎制挺耀隧脒赦州哟榷区趔文匿辫瓤1谣妪缨蛙*媳删R蝗按梧似眯鼙餐．叵舢g蜷辫暴g囤恒燃鬃辍蛰窨昌÷孳髑辚恹镫掘蕤⋯幽1醛鉴缸耻。H状略螺垫烈3毯娄雠。蜗耀群搭迎鼷眯岛甚鼷狸长旺辫窿j{}l《踊辎联^憾副籁挺鞲划蚺猷-般咖j}l}《矧梏lf：1{漤恩碾虫状嫌蚺氅匣怅卜■枯』饔出睬其蚺+Hj!E辫髅m搽蚺故回蜘婪R姐蜂÷丌1留咧裴-罂⋯匿窿堋K眯蜷饕基软牒蝼g剖最燃谣划钕gK簿虫妖划搿o铎H状匣鼎誉罂静o鄢箍懈幽o赵隧牡眯耀鲜似o萎按州扭靛罂媒—蜷●踊罂足划g^蟋蘸旺血+H●暇熊列瓣燃咪詹捌憾烈氧螂琊!}g憾蜊嗽鼎删状铎梏g幅龄挺釜瑕媒咖状·鼯蚺名咖《趟蜊咖《燃掣口寸4皿·赔婆留：，梏婆恹翻烈蟋区副H耀划璎R憋霎舔留似裂您≈捌耀帐誊岬最凶酞州g蜂脒蝼罩}叫嚣孵R毯隧隧蜷辍藤螺迎坷氅擐饔辫蝼I．I琳\n重庆交通大学硕士学位论文1_3矮塔斜拉桥的起源和发展1980年由chrstiallM锄设计的的甘特(G锄ter)大桥(图11)，被学者普遍认为是矮塔斜拉桥的先驱，他采用预应力混凝土斜拉板把混凝土箱梁“悬挂”在不高的桥塔上，这种预应力混凝土斜拉板就像一种刚性的拉索州。图11甘特(Ganter)大桥在甘特大桥之后，美国在1987年建成了巴顿河(Banoncreek)大桥(图1．2)，墨西哥在1991年建成帕帕加约(Papagayo)大桥(图13)，葡萄牙在1993年建成索科雷多斯(soc0币dos)大桥(图1．4)吼这些斜拉板桥的相继建成为其后矮塔斜拉桥的出现奠定了基础。图12巴顿河(8artoncreek)大桥\n第一章绪论图13帕帕加约(Papagayo)大桥图14索科雷多斯(socorridos)大桥矮塔斜拉桥(ExtradosedPres仃esscd嘶dge)的概念首先由法国工程师JacquesMamivat在1988年在设计法国西南的阿勒持·达雷(Arre’tDarre’)高架桥的替代方案(图1．5)时提出Ⅲ。该方案采用塔梁固结体系，在较低的索塔上设置鞍座，斜拉索穿过鞍座并锚固于两侧的主梁上。虽然这个方案最后没有实施，但是对后来矮塔斜拉桥的发展有深远的影响。\n重庆交通大学硕士学位论文图15阿勒持·达雷(^rre’tDarre’)高架桥替代方案模型由法国工程师提出的矮塔斜拉桥概念却最先在日本诞生。在1994年，日本建成的小田原港(OdaⅥwaBlueway)桥(图1．6)是第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。其主跨跨度为122m，桥宽13m【珥I”。随后该桥型在日本如雨后春笋般笋般得到广泛的应用，日本先后修建了屋代南、北铁路桥、冲原桥、蟹泽大桥、新唐柜大桥、等矮塔斜拉桥⋯⋯。图16小田原港(Od蝴raBlueway)桥\n第一章绪论2001年，首座单索面混合粱多塔矮塔斜拉桥——木曾川(Kiso)桥(图17)在日本建成。该桥主跨275m，其中跨中的110m采用钢箱粱，其余部分采用预应力混凝土箱梁，接头位置在上翼缘受压的正弯矩区段内叫。钢砼混合梁的采用，，减轻了跨中段主粱的自重，大大增强了矮塔斜拉桥的跨越能力。图17木曾川(Kiso)桥日本在2000年建成的士狩(sllik撕)桥(图18)将体外预应力首次应用于矮塔斜拉桥中。该桥采用大偏心连续体外索、梁内体外索、大偏心锚旋体外索3个形式施加梁体内的预应力。此外，为了消除支座变形引起的后期应力，士狩(sllikari)桥还首次采用反力分散型叠合橡胶支座调整后期梁体的应变㈦。图18士狩(shikari)桥\n重庆交通大学硕士学位论文日本的日见(Himi)桥(图1．9)则第一次把体外预应力索和波形钢腹板主粱同时应用于矮塔斜拉桥。该复合结构不但降低了结构自重，更好地发挥了材料的性能，而且其施工简单，便于维护，具有较好的经济性能㈣。图19日见(Himi)桥除日本外，矮塔斜拉桥在其他国家也相继建成。1998年，瑞士在阿尔卑斯山脉建成4塔5跨的sllI】蜘g桥(图110)，该桥主跨140n1，采用肋板式主粱，跨中梁高032m，塔跟处梁高0．4m，该桥主梁高度较小，更接近于斜拉桥的梁高⋯。另外，法国在1997年建成独塔双跨的sainl-Remy．de．MaIlrienne桥；克罗地地亚在2004年建成主跨120m的save河桥；韩国在2005．2007年间相继建成Pyung-Ye02桥Gum—GaGm甜桥和Keong．An桥；美国于2010年建成Q桥【3】。图110瑞士sunniberg桥\n第一苹绪论国内的矮塔斜拉桥比日本稍晚。2000年我国建成国内第一座矮塔斜拉桥一一芜湖长江大桥(图1．11)。该桥是一座钢桁梁双层桥面矮塔斜拉桥，主跨312m，是迄今为止跨度最大的矮塔斜拉桥。2001年所建成的福建漳州战备大桥(图112)为单索面预应力混凝土箱型粱矮塔斜拉桥。此后，矮塔斜拉桥在国内迅速发展起来，厦门同安银湖大桥、兰州小西湖黄河大桥等矮塔斜拉桥在国内相继建成。图111芜湖长江大桥图112漳州战备大桥1．4矮塔斜拉桥施工监控的研究概况矮塔斜拉桥因为其优美的建筑造型、良好的受力性能以及优秀的经济性能自\n重庆交通大学硕士学位论文出现以来就得到诸多学者的广泛关注。它的受力特性介于传统斜拉桥与连续梁之间，虽然它同样采用与两者相类似的悬臂施工方法，但是其受力和结构特点决定了它的施工及监控又有自身的特性。随着矮塔斜拉桥在世界各地的不断推广，其施工监控技术也成为学者们竞相研究的课题。和斜拉桥一样，张拉索力同样是矮塔斜拉桥施工中的一个重要课题。最早在20世纪50年代初，第一座现代斜拉桥一一Stromsulld桥施工时，就开始了以索力调整控制为主要研究对象的施工控制研列15】。1980年，工程师首次提出了倒倒退分析法(Backwarda11alvsis)的概念，并应用在ThedonNenss桥的施工设计中。该方法以合理成桥状态为基础，通过逐步的到拆分析得到各个阶段的张拉索力。后来在修建美国的P．K桥和加拿大的A【lIlacis桥时同样采用了这一技术【16】。20世纪80年代初，日本在修建日夜野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了检测主梁应力、挠度等参数的监测系统，并根据监测结果进行结构计算分析，并根据分析结果指导连续梁下一步的施工，这就是国外传统的施工监控方法1171。后来，日本在修建Chychby和Yohoh锄a两座斜拉桥的过程中，基于互联网技术建立了一套索力调整的自动监控系统，能快速地比较施工过程中的测量参数和设计参数是否吻合，提高了施工监控的效率。但是由于当时所监控计算所采用的大型计算机计算费用昂贵，该监控系统并没有得到广泛应用。80年代末，日本又利用微型计算机建立了一套能够在现场完成自动监测、分析和控制的双控系统，并成功运用于Nitchu桥和Tomei．ashigara桥两座斜拉桥的施工监控。国内对于矮塔斜拉桥施工监控的研究起步较晚。80年代施工监控工的研究大部分针对的都是传统斜拉桥，直到90年代中后期施工监控理论才逐步应用于其他桥梁。2002年，孙建渊和石雪飞【18】总结了漳州战备大桥的施工监控中的经经验，提出由于战备大桥预应力的布置方式，拉索锚点偏向顶板及其单索面的设计使得箱梁的剪力滞效应严重；施工控制可采用高程为主，索力为辅的形式；为了克服施工中温度对高程的影响，推荐采用相对定位法定位挂篮。刘汉顺和文武松在2003年发表的文献[19]中结合芜湖长江大桥的特点介绍了其“索力控制为主，线形控制为辅”的监控原则，以及所采取的全面监控斜拉索、主梁、主塔等各个控制部件的应力，并着重控制斜拉索和钢梁杆件的内力的监控方法。2005年，林玉森等学者【20】结合工程经验针对矮塔斜拉桥的特点研究了其施工监控技术，得出矮塔斜拉桥设计及监控中需要考虑剪力滞效应；若采用相对定位法测定标高，定位和测量前一梁段之间的时间宜在一小时以内；施工监控可不考虑季节温度作用的结论。之后，多位学者【21]-【25】将研究了施工控制的仿真分析，提高了施工监控的准确性。综上所述，目前矮塔斜拉桥的施工监控理论方法及施工实践还存在许多不10\n第一章绪论足，在实际桥梁施工过程中仍然存在反复调整张拉索力或强制合拢的危险措施；另外，随着矮塔斜拉桥跨径的不断增大，新结构的采用对矮塔斜拉桥的施工监控提出了更高的要求。因此，矮塔斜拉桥的施工监控研究还有待于深化。1．5本文研究的工程背景1．5．1桥梁概况来宾永鑫大桥位于来宾市兴宾区主城区规划的中心组团、城东综合组团、河西综合组团、城南工业组团四个组团的交汇处，跨越红水河。大桥南接河西区天然桥大道，北连旧城区中南大道延长线，桥位距上游己建来宾大桥约2．4公里，距下游已建湘桂铁路桥约O5公里，是北岸中心组团、城东综合组团与南岸的河西综合组团、城南工业组团之间最短、最顺直和最便捷的交通要道。永鑫大桥的实景图见图2．13和图2．14。图213来宾永鑫大桥实景固(一)蕾一。泓涵滋i8罾图214来宾永鑫大桥实景图(二)\n重庆交通大学硕士学位论文1．5．2主要设计标准永鑫大桥主要设计标准如下：①车辆荷载：公路．I级；②人群荷载：3。5kPa。人行道扶手的水平向外荷载为1．OkN／m，竖向荷载为1．2Ⅲ／IIl；③设计洪水频率：P=1％，洪水位85．473m；④通航等级：II级，净宽150．Om，狰高10．0m；⑤最高通航水位按10年一遇洪水频率，高程为80．853m；⑥桥面横坡：行车道双向1．5‰人行道单向1％；⑦桥面宽度：总宽34．0m；断面组成为：3．5(人行道)+12．0(行车道)+3．0(中间带)+12．O(行车道)+3．5(人行道)=34．Om：⑧抗震级别：地震动峰值加速度<0．059，地震反应谱周期为0．35s，地震基本烈度<Ⅵ度，大桥按Ⅶ度设防；⑨桥梁设计基准期：100年，结构安全等级为一级。1．5．3主桥总体布置永鑫大桥主桥桥型为双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，采用塔、墩、梁固结体系，主桥全长长378m，跨径布置为99+180+99m。桥梁标准断面总宽34．0米，组成为：3．5(人行道)+12．0(行车道)+3．O(中间带／主塔／拉索区)+12．O(行车道)+3．5(人行道)=34．0m。来宾市永鑫大桥主桥总体布置见图1．15。12\n第一章绪论图1．15永鑫大桥总体布置图1．5．4主桥主要结构主桥箱梁采用变截面单箱五室大悬臂预应力混凝土箱梁，墩顶处梁高6．0m，跨中梁高2．5m，85m梁长范围内梁高按二次抛物线变化。箱梁顶宽34．0m，悬臂长4．5m，箱底宽21．052～23．852m。箱梁外腹板斜置，斜率为2．5：1。箱梁顶板厚0．3m；底板厚度O．32～0．9m，按二次抛物线变化。箱梁中腹板厚0．8m(等厚)，边腹板厚O．5～O．8m，次中腹板厚0．48～0．6m，16～18号梁段为腹板厚度变化段。主梁除墩顶和梁端支承范围设横隔梁外，在斜拉索锚固处设厚度为O．5m的横隔板，间距6．Om。为方便拉索安装以及桥梁检查，在横隔板、次中腹板和中腹板上设置了人洞，在箱梁腹板和底板上均设置有间距约3．Om的直径为10cm的通气孔(或排水孔)。●■■■■●■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■●■■■●■■■■■■t■一乏．，一×●≤一，●0．。S嘻，\n重庆交通大学硕士学位论文主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系，按全预应力混凝土构件设计，混凝土采用C60混凝土。主塔为钢筋混凝土结构，塔身斜拉索通过处设置有索鞍。主塔全高32．4m，有效高度28．Om，为主跨的1／6．429。主塔采用实心矩形截面，下塔柱高12．4m，横桥向尺寸为2．5m，顺桥向尺寸为6．4．4．Om；上塔柱高17m，横桥向尺寸为2．9m，顺桥向尺寸为4．4m了；中塔柱为上、下塔柱间的渐变段。主塔混凝土采用C60混凝土。斜拉索为单索面，扇形布置，横桥向布置在中央分隔带上，共布置两排，间距为0．9m，拉索通过预埋在梁体内的钢护筒锚固于梁内中室隔板上。主塔中心线两侧各34m为无索区，布索区梁长48m，跨中无索区共长16m。斜拉索梁上间距为6．Om，塔上间距为O．8m。全桥共有拉索36根。拉索在塔柱通过鞍座转向，两端锚固于箱梁上。每根拉索对应一个鞍座，鞍座采用分丝管构造(包括塔端锚垫板)，埋设于混凝土塔内，斜拉索钢绞线股依次穿过各分丝管。分丝管采用圆弧形，弯曲半径为3．0．4．5m。主桥基础采用桩基，墩柱为钢筋混凝土箱形薄壁墩。8{||}主墩高29．55m，9≠}主墩高27．55m，顺桥向截面尺寸均为4．5m，横桥向截面尺寸均为21．052m(与墩顶处箱梁底板同宽)。墩身均为单箱5室截面。承台采用矩形承台，平面尺寸为22．55×14．1m，厚度6．Om，下接12根桩径2．5m的钻孔灌注桩。7撑、10撑桥墩为主、引桥间的过渡墩，过渡墩采用花瓶形钢筋混凝土墙式墩，过渡墩分幅设置，墩底截面尺寸为6．5×2．7m，墩顶截面尺寸为8．68×3．7m。基础除7号墩左幅采用明挖扩大基础外，其余均采用桩基础，扩大基础的平面尺寸为10．5×6．7m；单墩承台平面尺寸为8．5×6．5m，承台厚2．5m，承台下接4根桩径1．5m的钻孔灌注桩。1．5．5主桥施工方案永鑫大桥采用悬臂浇筑法施工，桥梁主体结构具体施工方案如下：①施工主墩基础8号、9号主墩桩基础、承台及墩身。②用托架施工箱梁0、1号块；③施工主塔；④施工主塔同时悬臂施工2号～8号梁段；⑤8号梁段及主塔施工完毕后，悬臂浇筑9号～22号梁段，并安装、张拉C1～C9斜拉索；⑥在悬臂施工各梁段同时，适时施工过渡墩及边跨现浇段；⑦拆除挂篮，施工边跨合龙梁段，张拉箱梁相应阶段预应力钢束；⑧施工中跨合龙梁段，张拉箱梁相应阶段预应力钢束，全桥合龙完毕；14\n第一章绪论⑨施工桥面系，完成主桥施工。1．6本文研究的主要内容本文以来宾永鑫大桥为工程背景，围绕着施工监控技术方法在矮塔斜拉桥上的应用这一主线，展开了对矮塔斜拉桥施工监测和控制两方面的研究。本课题着重把施工监控过程中遇到的实际问题作为研究的出发点，通过对监控过程的跟踪和理论分析计算等手段，研究合理的矮塔斜拉桥监控过程和计算分析方法，力求为未来矮塔斜拉桥的建设施工提供有力的工程经验，为推动矮塔斜拉桥领域的发展添砖加瓦。综上所述，本文各章节具体的研究内容如下：第一章：绪论。首先概括了矮塔斜拉桥的定义，总结了矮塔斜拉桥和传统斜斜拉桥以及连续梁(刚构)桥的区别与联系；此外，综述了矮塔斜拉桥的起源和发展过程以及矮塔斜拉桥施工监控的研究现状；最后，介绍了本文研究的工程背景并提出本文主要的研究内容。第一章：矮塔斜拉桥施工监控的基本原理和内容。介绍了传统施工监控的基本原理和方法，矮塔斜拉桥施工监控的内容和影响因素。第三章：矮塔斜拉桥施工监控仿真分析。基于空间有限单元理论，应用有限限元软件建立了永鑫大桥主桥施工阶段的全桥仿真模型和局部仿真模型，计算出该桥每个施工阶段以及成桥运营阶段的受力及变形。并对比了有限元模型计算结果及施工监测的最终结果，分析了有限元模型计算对施工监控的指导意义。第四章：矮塔斜拉桥施工监测及误差分析。结合施工监控的仿真模型和监控控中的实测数据，分析矮塔斜拉桥每一个施工阶段的安全性以及有限元模型与真实值误差的来源。第五章：总结与展望。回顾全文的主要研究工作及成果，对矮塔斜拉桥施工工监控的研究工作进行总结，并对后续研究提出了规划和建议。\n重庆交通大学硕士学位论文第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容2．1引言矮塔斜拉桥属高次超静定结构，成桥后主梁的线形及内力状态与施工方法和顺序有密切的关系，施工中结构体系及荷载条件都不停变化，结构的内力和变形也随之不断变化。同时由于桥梁结构的实际参数(如材料属性等)与设计值存在一些差异，加上现场施工荷载及环境变化的不确定性将会使结构的应力状态和线形偏离设计值，这种偏离不仅影响桥梁的合龙，还会危及施工过程中结构的安全。因此，不仅要在施工之前对斜拉桥的每一施工工况进行详尽的分析和验算，从理论上保证结构在施工及运营阶段的安全，还要在施工过程中，对结构的反应进行跟踪监测，并不断调整，以保证斜拉桥在施工过程中结构受力及变形状态始终处于设计所要求的范围之内，顺利合龙，而且成桥后的主梁内力状态和线形达到设计期望值。2．2施工监控的原则对于斜拉桥而言，施工监控是指通过控制主梁的标高以及斜拉索的张拉力，同时监测桥梁应力及标高，在保证桥梁施工阶段安全的前提下让成桥后结构线形及内力逼近设计值。但是，在实际施工过程中，同时控制标高及索力很难实现，仅控制其中一个参数又过于片面。所以，在斜拉桥的施工中一般分两个阶段采取不同的措施，即在悬臂施工阶段以控制主梁线形为主，在桥梁合龙后的二期恒载施工阶段以索力控制为主。对于永鑫大桥而言，由于该桥采用塔、墩、梁固结体系且主梁刚度相对较大，所以拉索张拉力的调整对于主梁悬臂端挠度的影响非常有限，施工中以拉索张拉力进行控制，并通过调整混凝土浇注前的放样标高来控制主梁的线形，最终根据实测的标高情况对索力进行适当调整。2-3施工监控的内容桥梁的施工监控包括“施工监测”和“施工控制”两个部分。所谓施工监测就是在桥梁施工过程中采用传感器等相关测量仪器采集桥梁主要构件的力学和几何数据；施工控制就是就是利用高速计算机分析施工监测数据，根据分析结果预报下一个施工阶段的控制量目标。通过监测和监控两个系统的相互配合，确保施工过程中结构的安全，使得成桥后的主梁内力状态和线形达到设计预期。2．3．1施工监测的内容桥梁的施工监测一般包括几何参量监测、力学参量监测和其他物理参量监测16\n第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容几个部分。根据不同类型的桥梁结构，上述每一种参量的具体监测内容又有所区别。本节以下部分仅基于矮塔斜拉桥介绍其具体的监测内容。2．3．1．1几何参量监测矮塔斜拉桥的几何参量监测一般包括主塔位移监测及主梁线形监测两个部分。①主塔位移监测主塔位移测量包括横桥向和纵桥向两个方向。在矮塔斜拉桥悬臂施工的过程中，由于受到不平衡荷载及日照温差等因素的影响，桥塔在施工阶段会产生不同程度的位移。为保证主塔竖直，尽量减小成桥后的恒载作用下的塔根弯矩，必须监测和控制主塔在各个施工阶段以及日照温差等外界因素影响下的位移。②主梁线形监测主梁线形监测包括高程监测和轴线偏位监测两个部分。高程监测一般采用几何水准法监测主梁每一个节段的控制点在每一个施工阶段的标高及竖向变形。轴线偏位监测则是监测每一个节段的中线点和桥梁设计轴线的偏位，以确保边跨和中跨主梁按照设计轴线顺利合龙。2．3．1．2力学参量监测矮塔斜拉桥的力学参量监测一般包括索力监测及应力监测两个部分。①索力监测矮塔斜拉桥拉索索力是该桥型整体受力的一个重要部分，索力的偏差对主梁的受力状态和线形都有较大的影响。所以，在施工中的每一个阶段都要监测拉索的索力值以及温度变化等自然条件对索力的影响。②应力监测矮塔斜拉桥的应力监测包括主塔应力监测和主梁应力监测两个部分。测点的位置根据计算所确定的控制截面来进行布置，主要包括主塔弯矩较大截面、施工阶段主梁正弯矩或负弯矩最大截面、成桥阶段主梁正弯矩或负弯矩最大截面以及其他设计所关心的控制截面等位置。2．3．1．3物理参量监测①温度监测温度作用对于桥梁结构的影响较为复杂，对于矮塔斜拉桥而言，需要监测主塔、主梁以及斜拉索三者的温度变化。塔梁温度的监测一般采用热敏电阻测量每天清晨及其他典型时间的温度以及持续时间中温度的变化规律。温度测点的位置与应力监测的测点相同。拉索温度则需在相同环境下的试验索的表面及内芯布置热敏电阻来测量相应时间的拉索温度。17\n重庆交通大学硕士学位论文2．3．2施工控制的内容施工控制的内容主要包括对监测数据的处理、监控计算以及对下一阶段施工控制目标量的预测两个方面。对监测数据的处理是监控计算的基础。监控计算结果与实际值之间的符合程度一定程度上依赖于准确的监测数据。所以，对监测数据进行处理，消除监测数据中的“噪音”对施工控制很重要。监控计算是预测下一个施工阶段施工控制量目标的手段，它又包括施工前的理论计算和施工阶段中的跟踪计算两个部分。施工前的理论计算即根据设计资料，在理想成桥状态的基础上进行倒拆分析和正装分析，计算出每一个施工阶段的索力、位移、应力和线形等控制目标值，并与设计值进行对比。施工阶段中的跟踪计算是根据施工监测所得到的实测数据，减小模型计算参数和实测值之间的误差，使控制目标的预测量更准确。施工控制的方法又很多种，具体介绍见2．4小节。2．4施工控制的方法及原理根据施工控制思路上的不同，可以将传统斜拉桥的施工控制方法分为开环控制、反馈控制和自适应控制三类L26J。2．4．1开环控制方法开环控制方法又称为确定性控制方法，它是一种单向的施工控制方法。该方法的原理是：从理想成桥状态出发，通过倒拆分析得到每一个施工阶段的斜拉索张拉力以及主梁标高，并用所求得的张拉力和标高安装斜拉索和主梁。在开环控制方法中不考虑实际施工中的索力和标高等被控制量对系统控制作用的影响，即不考虑施工控制系统中的输出量对系统的控制作用。开环控制方法适用于受力明确，构件制造及安装精度较高的简单桥型的施工，如钢桥等部件制作和施工精度极高的桥梁结构，理论上仅需要按照设计中确定的预拱度施工，且施工过程中也不需要根据结构的实际状态改变其设计预拱度，成桥后结构就能达到设计内力及线形。开环控制方法的流程见图2．1。18\n第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容图2．1开环控制方法流程图2．4．2闭环控制方法闭环控制方法又称为反馈控制方法，它考虑了设计状态和施工状态间的误差对施工控制系统的反馈作用，被控制量对控制系统有直接的影响。该方法的原理是：在斜拉桥的施工过程中，基于施工中索力和主梁标高等施工控制量的实测数据调整施工计算，得出理论调整量，并根据该调整量在下一阶段施工中对控制量进行调整，不断修正施工误差。它适用于施工精度相对较低桥梁结构，如预应力混凝土斜拉桥，理论状态和施工状态存在一定误差，若完全按照设计阶段所确定的斜拉索张拉力和主梁标高施工，施工误差的累积效应将导致成桥内力及线形与设计不符。闭环控制方法的流程见图2．2。19\n重庆交通大学硕士学位论文否图2．2闭环控制方法流程图2．4．3自适应控制方法自适应控制法又称为参数识别法，它通过参数误差识别算法不断减小施工计算模型中的参数(如材料的容重、混凝土的弹性模量和徐变系数等)和实际参数之间的误差，使计算模型更接近于实际情况。该方法的原理是：将施工模型计算中可能引起误差的相关参数作为有噪声的变量或者未知变量，在斜拉桥施工中各个构件的受力状态与施工阶段模型的计算结果不一致时，采用最小二乘法、卡尔曼滤波法等参数识别方法不断调节这些参数。并根据得到的新参数重新计算施工阶段的理想状况，指导下一阶段的施工。通过几个施工阶段的循环往复，时计算模型的参数不断趋近于实际值，尽可能地降低施工计算模型的参数误差。在此基础上，就可以更好地控制施工状态产生的误差。该施工控制方法适用于大多数斜拉桥的悬臂施工，因为在悬臂施工刚度较大的主塔根部梁段的施工初期，参数误差对于桥梁线形的影响较小；经过初期几个施工阶段的参数识别过程，计算模型中的相关参数已经得到优化，计算模型在施工后期可以更好地模拟靠近跨中那部分刚度较小的节段的施工状况。自适应控制方法的基本原理图见图2．3。20\n第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容图2．3自适应控制方法原理图2．4．4施工控制方法的比较不同的桥型采用的施工控制方法有所区别，斜拉桥的施工大多采用闭环控制方法或者自适应控制方法进行施工控制。上述三种施工控制方法要素的区别列于表2．1，不同类型斜拉桥施工控制的要素列于表2．2【271。表2．1斜拉桥施工控制方法要素的区别确定理想施工误差允结果误差误差原因理想状态预测误差已有误差控制方法适用桥梁目标许值分析测量分析修正控制修正开环控制√中小桥闭环控制√钢、结合梁桥自适应控制√所有斜拉桥表2．2不同类型斜拉桥施工控制的要素成桥理想施工允许理想状态预测误差误差修正控制方法控制思路施工目标误差原因分析目标误差控制修正内容控制措施线形及内刚度、自重、成桥及施索力及立悬浇混凝土桥自适应控制内力为主力徐变系数工目标模标高反馈控制／线形及内刚度、索长、索力及垫钢或结合梁线形为主施工目标线形为主自适应控制力弹性模量片2．4．5永鑫大桥施工控制方法由2．4．1～2．4．4小节可知，矮塔斜拉桥作为悬臂浇筑混凝土桥的一种，宜采用采用自适应控制法进行施工控制。永鑫大桥的施工监控建立在自适应控制法的基础上，其流程图见图2．4。2l\n重庆交通大学硕士学位论文!一!竺兰!兰竺兰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一』i⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯j!⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一图2．4永鑫大桥施工监控系统流程图由图2．4可知，永鑫大桥施工监控主要分为设计模块、监控模块、数据处理模块、参数识别模块、调整量计算模块、施工计算模块以及施工模块几个部分。图中，P代表设计数据和监测数据间的误差，M代表监控系统的允许误差；仃代表将来的应力，M代表允许应力。从设计到施工，设计所得到的计算数据首先要进入数据处理模块和监测数据进行比较，若两者误差允许误差范围内，则继续判断将来的应力是否满足要求，若应力也在允许应力范围内，则用计算数据预报下一阶段的索力及主梁标高；若计算误差大于允许值，则从数据处理模块进入参数识别模块，并把调整后的新参数带入施工计算模块得到新参数下的计算值，并重新带入数据处理模块的计算数据中进行误差判断，该过程不断循环，直至计算误差满足要求；若将来的应力值不满足要求，则进入调整量计算模块，并把得到的索力和模板标高带入施工计算模块，得到新目标下的计算值重新带到数据处理模块进行验证。22\n第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容2．5施工监控的影响因素矮塔斜拉桥的施工中可能引起桥梁实际状态与理想状态不相吻合的因素有很多。在施工监控实施前，充分了解这些因素对矮塔斜拉桥受力和线形的影响，就能在施工中有的放矢，更有效地对施工过程进行监控。影响施工监控的因素主要有：①结构参数结构参数包括结构尺寸、材料特性、预应力、索力和施工荷载等几个方面，它对监控计算的准确度有直接的影响。设计中的理想参数与实际参数肯定存在一定的误差。所以，通过参数误差识别算法，在前期的施工阶段中尽量减小结构参数与真实值之间的误差是施工监控的重要步骤。a)结构尺寸。施工过程中结构尺寸的误差无法避免，结构的实际尺寸与设计尺寸不吻合将导致结构受力状态和线形的变化。所以在实际施工过程中，需要对结构实际尺寸进行监测，分析结构尺寸误差产生的原因并调整监控计算。b)材料特性。材料特性包括材料容重、弹性模量、热膨胀系数等参数。结构实际的材料特性与设计模型中的取值肯定有所区别。材料容重的误差对于结构的内力及线形都有较大的影响，需要在施工中进行测量、识别及纠正；弹性模量的误差会影响结构的变形，混凝土的弹性模量还随着其强度的发展有较大的变化，所以需要在施工中进行实时试验并调整计算模型。c)预应力。预应力是影响矮塔斜拉桥的混凝土主梁内力和线形的重要因素，但其在施工过程中存在诸多误差，如张拉误差、预应力损失误差等。所以需要把真实的张拉力及预应力损失等因素反馈到计算模型中，以减小计算值和真实值之间的误差。d)索力。斜拉索的索力对矮塔斜拉桥的线形有较大的影响。由于斜拉索张拉系统及锚具变形等误差的存在，实际张拉力与理论值存在一定差异。可以通过现场测试把真实的拉力反馈到计算模型中。e)施工荷载。悬臂浇筑施工中采用的挂篮、施工机具等施工荷载对矮塔斜拉桥线形也有一定影响，在监控计算中应按照真实值考虑。②温度变化温度变化对桥梁线形和内力的影响很大，它又包括季节温差、日照温差、昼夜温差和钢砼温差等不同因素。在施工监控的过程中温度变化对结构的影响是复杂的，需在施工中加强监测，了解温度变化的规律，选择合理的应力测量时间，尽可能减小温度变化对结构线形的影响。③混凝土的收缩、徐变混凝土的收缩、徐变是影响预应力混凝土结构内力和线形的重要因素之一，\n重庆交通大学硕士学位论文它会让结构产生内力重分布，并加快其变形的发展。影响混凝土收缩徐变的因素有很多，在结构分析中难以模拟真实的情况。在监控计算模型中混凝土的收缩徐变系数需要在按规范取值的基础上，根据施工监测所提供的数据进行调整，让结构计算更接近于真实情况。④施工方案矮塔斜拉桥的施工方案对其成桥内力和线形的影响非常大，在监控计算中应该尽量真实地模拟施工中的每一个步骤及细节，让施工模型真实地反映实际施工方案。⑤施工监测在施工监测过程中采用的测量方法和测量仪器都存在一定的误差。这种误差无法反映到施工计算模型中，仅能通过选择有效的测量方法、合理的测量时间以及精确的测量仪器来尽可能将误差减小到最小。⑥施工管理施工管理是影响施工质量和施工进度的重要因素，而施工质量和进度对于混凝土的收缩徐变又有较大的影响。所以，施工管理会间接影响桥梁的内力和线形，若施工进度没有按照计划进行，会增加施工监控的难度。⑦施工工艺施工工艺的好坏会影响施工质量和精度，如挂篮安装就位不准确会影响结构的尺寸和线形，模板刚度不足易导致混凝土超方等。这些误差也需计入施工计算模型中，使结构的状态保持在施工控制之中。2．6永鑫大桥施工监控措施及注意事项针对永鑫大桥的结构特点和施工方法，结合本章上述内容，提出了永鑫大桥施工监控的措施以及注意事项。2．6．1施工监控措施永鑫大桥施工监控所采取的特别措施如下：①监控方需对永鑫大桥每一个施工工序进行监控，施工监测中得到的数据应及时代入参数识别程序并反映到监控计算模型中进行修正计算；②施工监测模型应正确、详细地反映每一个施工工况细节的结构状态以及每个工况的施工时间；③施工监测模型中的挂篮重量和刚度施工中的实测数据进行修改；④施工监测所需要的测量仪器需要提前标定好；⑤因为拉索张拉力的监测主要靠千斤顶的油压表进行监测，所以油压表在施工前需要按规定预先标定，以减小索力误差。24\n第二章矮塔斜拉桥施工监控原理及内容2．6．2施工监控注意事项永鑫大桥施工监控过程中需要注意的事项如下：①高程测量时间点宜选定在日出前温度恒定的时间段内(清晨5：oo～7：oo)；②针对单索面矮塔斜拉桥剪力滞效应较严重的问题，在应力监测过程中需格外注意应变计的布置位置，应变计太少难以全面反映主梁的剪力滞效应；③索力测试中对计算索长的选取需格外注意，以减小测试误差，永鑫大桥索力测试中取从底端的减震装置到顶端的抗滑锚固装置的自由段长度为斜拉索计算长度；2．7小结本章主要研究了矮塔斜拉桥施工监控的原理及方法，具体工作与研究成果如下：①针对矮塔斜拉桥的力学特点，研究了该桥型施工监控的原则；②结合矮塔斜拉桥的施工特点，阐述了矮塔斜拉桥施工监控的主要内容；③综述了斜拉桥施工控制的原理及方法，比较了各常用方法的特点及适用性，并基于永鑫大桥的结构和施工特点，拟定了该桥的施工监控方法和流程；④总结了施工监控的主要影响因素，分析了每一个因素对的特点以及对施工过程及监控的影响；⑤综合本章的研究，制定了提高永鑫大桥施工监控效率的措施，提出了施工监控中的注意事项。\n重庆交通大学硕士学位论文第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析3．1引言矮塔斜拉桥的施工一般采用分段悬臂浇筑的施工方案，结构施工过程较为复杂且桥梁合龙时需要经历一个结构体系转化的过程。因此，深入了解每一个施工过程中结构的受力和变形非常重要，必须采用合理的分析理论和计算方法对结构进行分析。监控计算是施工监控过程中的重要组成部分，也是施工监控的主要根据，它不仅能模拟和反映桥梁结构在每一个施工过程中的受力和变形状态，而且为每一个施工状态控制量目标的拟定给出有力的依据。本章研究了矮塔斜拉桥施工监控计算的主要内容、自适应控制方法中参数估计及偏差调整计算的方法，并介绍了永鑫大桥监控计算的过程及主要计算结果。3．2施工监控计算内容监控计算是施工控制的核心依据，利用三维空间结构分析程序计算分析施工全过程、成桥状态的内力及变形等，考虑结构空间的非线性效应对变形和内力的影响，划分施工阶段。监控计算的成果需要与设计计算结果比较分析，差别应在容许范围内。根据工程进展，监控计算工作主要包括以下内容：3．2．1整体结构计算整体结构计算是指对整个桥梁结构的计算分析，一般采用空间3维结构分析程序对桥梁整体模型进行计算。对于矮塔斜拉桥而言，斜拉索一般采用Emst公式修正的索单元模拟，对于中小跨径桥梁可不考虑其非线性效应；主梁和主塔采用梁单元模拟，主梁可采用梁格法建模。结合工程进度，施工监控的整体结构计算又可分为三个阶段：①前期施工仿真计算前期施工仿真计算是在桥梁施工之前根据施工图纸和施工前期收集荷载参数等信息，计算桥梁的成桥运营状态及施工过程，验证施工方案是否安全可靠，并获得初始的施工控制目标值。②施工过程跟踪计算施工过程跟踪计算是指在桥梁的施工过程中与监控同步进行的施工过程计算，目的是在每个节段施工前预测施工时结构的内力和变形，计算相应节段施工中的控制量目标。与前期施工仿真计算不同的是，在每一个节段施工完成后，需要根据监测结果，在理论计算值和实测值存在误差时分析误差原因并修正计算模型，重新计算施工过程并指导后续节段的施工。26\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析③成桥运营状态计算成桥运营状态计算是指在桥梁施工完成以后，根据监测结果，计算桥梁真实的成桥状态和运营状态，并和理想的成桥内力、线型进行对比。对比结果可作为评价施工监控的依据。3．2．2局部应力计算局部应力分析是指对在整体模型中无法计算的细部结构或其他设计施工所关心的关键部位进行精确的分析。一般采用实体单元模拟混凝土或者钢铸块体；用杆单元模拟预应力和钢筋等构件；用壳单元模拟钢板等构件。模型的相应位置需要根据整体结构计算结果输入相应的内力及边界条件。3．2．3参数影响性分析和施工控制参数的确定由于各种原因限制，实际结构的刚度、重量等参数可能会和最初拟定的参数有一定差别。利用计算模型计算分析采用不同的参数对施工控制目标的影响，掌握各种参数差别的影响。参数分析包括：斜拉索无应力长度、斜拉索弹性模量、砼弹性模量、主塔刚度、主梁节段重量、温度场等。根据各参数影响量确定施工控制参数，作为施工控制过程中参数识别和分析的重点。3．2．4参数估计计算在矮塔斜拉桥悬臂施工过程中，施工误差的存在无法避免。为了防止施工误差的累积并确保施工过程的安全，顺利实现合龙，必须对每一个施工阶段的偏差进行调整。具体而言，就是基于监测数据和计算数据，采用施工控制理论调整偏差，进而使每一个施工阶段桥梁结构的状态都保持在受控状态，并尽量减小与理论值之间的误差。参数估计有三个步骤：①基于影响性分析的结果确定参数估计的参数(如结构刚度、混凝土容重和预应力有效值等)；②根据监测数据，用最小二乘法进行参数估计，计算最优估计值；③将监控计算模型中的相应参数更改为最优估计值，重新计算出的计算数据将更接近于监测数据。参数估计虽然可以把计算误差基本消除，但是它不能消除由测量、施工方法等引起的偶然误差。因此，需要采用滤波、预测和调整等手段对偶然误差进行处理。具体而言，就是采用卡尔曼滤波法等方法计算当前施工状态的滤波值以及下一个施工状态的预测值，并根据预测值采取减小施工误差的施工措施。3．2．5主梁立模标高计算主梁立模标高是主梁线型的基础，一旦确定，主梁的线型就基本确定。因此立模标高是决定成桥线型的最重要的因素。成桥合理线型和施工过程计算完成后，27\n重庆交通大学硕士学位论文就可以确定主梁施工预拱度，从而可求得立模标高。若某一节段前端的设计标高为H，成桥预拱度为Y1，主梁施工过程中此点的变形为Y2(向下为负)，安装定位标高修正值为H修，则此点的安装定位标高H立模为：H立模=州。Yj+H修(3．1)其中：成桥预拱度Yl包括成桥后主塔收缩徐变产生的位移和活载预拱度两部分。3．2．6斜拉索张拉力计算尽管由于斜拉索倾角小，斜拉索的水平分力大而竖向分力小，斜拉索对主梁的体外预应力的作用更明显，但斜拉素索力仍是改变结构线形和受力的一个重要手段。因此在施工过程中确定一个合理的索力张拉方案既可以减少重复张拉的工作，又可以保证施工过程结构的安全；合理的成桥阶段斜拉索索力能使主梁、主塔均达到理想的内力状态，保证运营期间结构始终处于安全状态。因此斜拉索索力的确定是施工监控的一项重要内容。①钢绞线张拉力计算矮塔斜拉桥的斜拉索可采用环氧涂层高强钢绞线。斜拉索张拉时，为单根钢绞线一次张拉到位，无须重复张拉。由于张拉顺序的影响，每一根斜拉索的张拉力不相等。根据整束索初张力、该初张力作用下斜拉索梁端锚点、塔端锚点变化量(该值可由施工计算模型得到)、锚点张拉前坐标、以及每根钢绞线张拉完，已张拉所有钢绞线索力相等这一原则，利用电算软件可计算得到每根钢绞线张拉力以及索力变化时程图。②钢绞线索力监测第2根、第3根⋯⋯第n根钢绞线张拉完，通过捆绑在第1根钢绞线上的传感器监测其索力变化，并与其索力时程图进行核对，以及某根钢绞线按计算值张拉完，油泵显示张拉力是否与传感器显示索力相等。通过以上监测措施，可保证整束斜拉索总索力以及每根钢绞线索力的均匀性。3-3永鑫大桥空间整体计算3．3．1计算模型永鑫大桥整体有限元模型采用空间有限元软件建模，斜拉索采用Emst公式修正的索单元模拟，不考虑其活载非线性效应；主梁和主塔采用梁单元模拟。整体模型包括339个节点、296个单元，桥梁结构的示意图见图3．1。模型中的相应参数根据识别后的参数进行修改。\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析图3．1永鑫大桥整体模型示意图根据现场施工方案，桥梁整体有限元模型施工阶段划分见表3．1。表3．1计算模型施工阶段划分表施工施工内容阶段号l主墩浇筑6315号块张拉预应力钢筋20、l号块浇筑64张拉斜拉索C430、1号块张拉预应力钢筋65安装16号块挂篮4主塔浇筑66调整16号块挂篮立模标高5安装2号块挂篮6716号块浇筑6调整2号块挂篮立模标高6816号块张拉预应力钢筋72号块浇筑69安装17号块挂篮82号块张拉预应力钢筋70调整17号块挂篮立模标高9安装3号块挂篮7l17号块浇筑10调整3号块挂篮立模标高72l7号块张拉预应力钢筋ll3号块浇筑73张拉斜拉索C5123号块张拉预应力钢筋74安装18号块挂篮4～8号块挂篮安装、挂篮调整、浇筑及张拉13～3275调整18号块挂篮立模标高预应力钢筋33安装9号块挂篮7618号块浇筑34调整9号块挂篮立模标高7718号块张拉预应力钢筋359号块浇筑78张拉斜拉索C6369号块张拉预应力钢筋79安装19号块挂篮37张拉斜拉索Cl80调整19号块挂篮立模标高38安装10号块挂篮8l19号块浇筑39调整10号块挂篮立模标高8219号块张拉预应力钢筋4010号块浇筑83张拉斜拉索C7\n重庆交通大学硕士学位论文施工施工内容阶段号lO号块张拉预应力钢筋安装20号块挂篮安装ll号块挂篮调整20号块挂篮立模标高调整ll号扶挂篮立模标高8620号块浇筑ll号块浇筑20号块张拉预应力钢筋ll号块张拉预应力钢筋88张拉斜拉索c8张拉斜拉索c2安装2l号块挂篮安装12号块挂篮调整21号块挂篮立模标高调整12号块挂篮立模标高边跨支架现浇段浇筑12号块浇筑2I号块浇筑12号块张拉预应力钢筋9321号块张拉预应力钢筋安装13号块挂篮张拉斜拉索c9调整13号块挂篮立模标高安装22号块挂篮l3号块浇筑调整22号块挂篮立模标高13号块张拉预应力钢筋9722号块浇筑张拉斜拉索c322号块张拉预应力钢筋安装14号块挂篮99拆挂篮上边跨舍龙配重调整14号块挂篮立模标高边跨舍龙14号块浇筑拆现浇支架14号块张拉预应力钢筋顶推安装15号块挂篮上中跨合龙配重调整l5号块挂篮立模标高中跨合龙15号块浇筑105桥面铺装及桥面附属结构施工3．3．2施工阶段主要计算结果本节对每个施工阶段都进行了研究，因为篇幅的原因，仅以22号块的施工为例，其他施工阶段计算结果不再赘述。主要计算结果汇总如下。22号块的施工为最大悬臂施工阶段，此阶段不确定因素多、结构受力较不利、监控难度大，针对这一阶段的特殊情况，对本阶段进行了详细的分析，主梁应力和挠度见图32～图3．7，主塔应力见图3．8～图311，主墩应力见图3．12～图3．15。⋯虿；澜瓣，一’糯瓣f◇～_l揣遵：磊日嚣日：嚣目誉；\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析图3222号浇筑后的主粱粱顶应力(单位：MPa)秽可嘲图3322号浇筑后的主梁梁底应力(单位：MPa)烂k图3422号块浇筑后的主粱累计挠度(单位：Ⅲ)呵勰F一飞勰扩∥图3522号块张拉后的主梁梁顶应力(单位：MPa)i”””"“钉鼯"∞¨”％脚蒜嚣篓篙蕊撼。_蝌阿H口臣器\n重庆交通大学硕士学位论文_飞鄹黼蠹骶圈孵Fl；蓄=sI图3622号块张拉后的主梁梁底应力(单位：MPa)么受、刻曳。国～⋯≮一目图3722号块张拉后的主梁累计挠度(单位：m)图3822号浇筑后1号主塔中跨侧应力(单位：MPa)盎装蒜等等嚣端e(}。■嚼圈H口日器叫剥\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析(单位蛆台3(十y，-：)；TA6E：s22浅埴图3922号浇筑后1号主塔边跨侧应力图31122号张拉后1号主塔边跨侧应力嬲嚣翥鬟嚣篡翻—刳盎装翥等篆器虢\n重庆交通大学硕士学位论文(单位：MPa)图31222号浇筑后8号墩中跨侧应力(单位：MPa)5TA6E=22饶葫cs：古计晕后图31322号浇筑后8号墩边跨侧应力(单位：MPa)图31422号张拉后8号墩中跨侧应力(单位：MPa)嘲嚣翥翥嚣攘凳i|"擀■豳圈日日譬；∞亘鱼一寸舵舶∞艘肿再舵∞巧艘鹏蒉．，22345rf_--_-_-__●(3}组鸟鼋嚣器嚣慧慧箍恭$Er。■嚼陋H口日器％亘雪\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析目03(+y，一z)一：翥||蟊：耋Lj一381口：掼目鸶(5☆”图31522号张拉后8号墩边跨侧应力(单位：MPa)由图32～图33和图35～图36可见，浇筑22号块和张拉22号块预应力施工阶段主梁最大压应力为1355MPa，最大拉应力为114~Ⅱ，a，能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62．2004)对预应力混凝土受弯构件短暂状况的应力要求。由图34和图37可见，22号块施工的累计挠度较大，箱梁高程监控显得尤为重要。由于1号主塔和2号主塔的受力差别不大，8号主墩和9号主墩的受力差别不大，本节仅提供1号主塔和8号主墩的分析结果。由图38～图315可见，浇筑22号块和张拉22号块预应力施工阶段主塔和主墩的应力均为压应力，最大压应力为1040MPa，能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62．2004)对预应力混凝土受弯构件短暂状况的应力要求。3．3．3运营阶段主要计算结果本节对桥梁运营阶段的受力状况进行了研究，主粱在短期组合、长期组合下的应力包络见图31扣图319，1号主塔在短期组合、长期组合下的应力包络见图3．20～图323，8号主墩在短期组合、长期组合下的应力包络见图3．2“图3．27，斜拉索在短期组合、长期组合下的最大索力见图3．28～图3．29。㈣一陌一图316主梁梁顶短期组合应力包络图(单位：_Pa)鼋鼋恐等器箍笛嚣～。_日阿H口臣\n重庆交通大学硕士学位论文孵：；；：可1’砸F⋯蕊?。慧瓣一一翟基雾叠蓑图317主梁梁底短期组合应力包络图(单位：MPa)㈣熏Ⅷ一F瓣涮≯图318主粱梁顶长期组合应力包络图(单位：MPa)紧27娜瓤j爱}l瞩瓣?F7图319主粱梁底长期组合应力包络图(单位：MPa)组古1(一¨+z)■，嚣圈惹日：；．嚣LJ，750盛．蒸[Bdl：《期电嬉睡一篓目{；；|i日．，怒日：：墨甚瑟\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析图3201号主塔中跨侧短期组合应力包络图(单位：MPa)锤羹l蕾逆i一雌1日：篡l譬：焉图3221号主塔中跨侧短期组合应力包络图(单位：_Pa)咀古3C+y，-畸雏匾：麓cBal：*蚺包蚌图3231号主塔边跨侧长期组合应力包络图(单位：MPa)\n重庆交通大学硕士学位论文目台1(一y，+z)I||日嚣H日17冒囊!cBaI|：错目自镕图32柏号主墩中跨侧短期组合应力包络图(单位：MPa)％宫3(+v，-I)眶cBa|l：蜒嘲包鳍图3258号主墩边跨侧短期组合应力包络图(单位：MPa)目自I(-¨+z)■篙嗣薏日嚣甘：篡菌辫!图3268号主墩中跨侧短期组合应力包络图(单位：MPa)营～；垦景蚓l剥亘一\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析粗台蕞+v．一砷一篙隧．霪日蓦U一43。冒雾图3278号主墩边跨侧长期组合应力包络图(单位：_Pa)图328斜拉索短期组合最大索力(单位：州)一．髫芝空鍪交≥一==二么缯皇整怒。图329斜拉索长期组合最大索力(单位：州)|||||雕由图31“图319可见，主梁在短期效应组合下正截面最大压应力为1815Ⅶh，未出现拉应力；在长期效应组合下正截面最大压应力为1723MPa，未出现拉应力。图320～图3．23可见，l号主塔在短期效应组合下正截面最大压应力为12．87MPa，未出现拉应力；在长期效应组合下正截面最大压应力为12．56MPa，未出现拉应力。由图32扯图3．27可见，8号主墩在短期效应组合下正截面最大压应力为一罨<\n重庆交通大学硕士学位论文12．53MPa，最大拉应力为2．95MPa；在长期效应组合下正截面最大压应力为12．12MPa，最大拉应力为2．65MPa。主墩为钢筋混凝土构件，经裂缝宽度验算，其裂缝宽度为O．192mm，满足规范要求。由图3．28一图3．29可见，斜拉索在短期效应组合下最大索力为6223kN，斜拉索应力为814MPa；在长期效应组合下最大索力为6168kN，斜拉索应力为807MPa，应力小于钢绞线的抗拉强度设计值。3．4永鑫大桥局部应力分析3．4．1计算模型用ANsYs建立了14号块和15号块梁段的二分之一实体有限元模型，用以分析15号块横隔板横向应力。用solid45和s01id95模拟混凝土，用lilll【8模拟竖向、横向预应力钢筋，有限元模型由37763个soli“5单元、22903个solid95单元和713个link8单元组成，共79281个节点。边界条件及荷载：在14号块端部施加固定约束，在桥梁中心线上施加对称约束，在15号块端部施加由整体模型计算得到的各施工阶段的相应内力，用降温法施加竖向和横向预应力钢筋的预应力。施工阶段划分：对应于整体模型的施工阶段，从63～105号施工阶段逐一进行分析。14号块和15号块梁段结构局部模型示意图见图330。图330永鑫大桥14号块和15号块粱段结构局部模型示意图\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析3．4．2计算结果15号块预应力钢筋张拉和c4斜拉索张拉阶段外荷载的作用位置较接近15号块横隔板，对横隔板的影响较大，此外22号块施工阶段为最大悬臂阶段，也是15号块横隔板受力最不利阶段，监控小组在对所有施工阶段进行分析后，重点分析了上述施工阶段的横隔板受力情况。经分析发现边、中跨的15号块横隔板受力差别不大，此处仅提供中跨的8号墩侧15号块横隔板受力分析结果，详见图3．31～图3．34。_口④【一[口_图33115号块张拉后横隔板横桥向应力云图(单位：Pa)落落嚣黑兽器\n重庆交通大学硕士学位论文图33322号块浇筑后横隔板横桥向应力云图(单位：Pa)\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析图33422号块张拉后横隔板横桥向应力云图(单位：Pa)由图331可见，15号块张拉预应力钢筋阶段横隔板应力较小。由图332可见，c4斜拉索的张拉引起了斜拉索锚固区附近混凝土出现横桥向拉应力222MPa，能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(J1BD62．2004)对短暂状况的应力要求。由图3．33～图3．34可见，由于有限元模型中未考虑人洞倒角及横隔板与腹板相接位置的倒角，模拟存在失真，导致22号块浇筑和22号块张拉工况中人洞倒角及横隔板与腹板相接的倒角处出现较大的横桥向拉应力。除上述两处之外，15号块横隔板的横桥向应力能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62．2004)对短暂状况的应力要求，施工过程安全。3．5永鑫大桥监控计算主要分析结论本节截取永鑫大桥施工监测结果中的典型数据，研究了永鑫大桥施工监控理论计算结果和实测结果之间的误差，并分析了误差的来源。3．5．1应力计算主梁中跨0#块的上、下缘应力随施工过程的变化见图3．35。口ih34E4219e67l￡Ek阻髓B雌|2雌M吐xNx■■日目■]]目■㈨一一m一鲥一～一一㈣㈣詈|I_团圈_口口团_\n重庆交通大学硕士学位论文^2=V慕莲。f叁一∥恼——贮一，▲～．a～∥V／一k卜歪参豁咯甲t。。hH—、产j鼍多y'”_▲J罱尹q≮7P_oy一’’-一-B6_}绻墨毪鏖垄f■，芒，苎，暑：≯?_-：，：，。，，，。，，，．，·；，．茹卞疆莲蓬蘼筘，_⋯-⋯～⋯⋯⋯裂掣剐捌剐烈制轺崩捌剐掣剑掣剑g剑捌剑掣掣掣犁掣裂烈剑捌剐捌剐捌剑捌剑掣甾掣犁掣剑捌甾划煺岽螺眷爨，卷燃岽螺，拳螺，举螺岽煺，攀螺岽煺，岽螺卷煺，岽j|；I淋煺，攀螺岽爆，岽爨岽螺岽煺岽煺岽煺岽燃卷式蒜g式蒜式《g式蒜蒜《式蒜蒜蒜式式《式《式式蒜赛式式誊式襄武基赛卷式式蒜誊ggggg誊=詈蒿篙蔫摹蔷莓摹蕊瑟瑟蓉薏瑟瑟瑟摹瑟瑟i=甍焉蔫磊荨荨蔫瑟瑟瑟慕暮磊嚣瑟瑟暑吾==焉焉Hr1HdHdddddHdHHdrlddrldNNNHNN旋工工况图3．35中跨0}}块上、下缘应力随施工过程变化图由图3．35可知，1～12撑块施工时监控计算的误差相对较大，13～22拌块施工时误差较小，特别是18拌块之后的施工阶段，计算应力与实际应力的误差均在3％以下。在误差相对较大的1～12≠}块施工段内，上缘实测压应力小于理论值，而下缘实测压应力则大于理论值，且误差相对较均匀；经分析可知，该部分误差的来源可能来自施工监控计算中主梁刚度参数的不准确，经过参数调整后，在之后的施工阶段中，中跨0撑块截面应力与实际应力吻合度较好，误差较小。3．5．2线形计算主梁标高误差随里程桩号的变化见图3．36。图3．36主梁标高误差由图3．36可知，主梁标高误差沿里程桩号分布比较不均匀，其中边跨合龙段和跨中合龙段的误差相对较大，其余部分较大误差和较小误差交错分布，正负误差交错分布。可能的误差来源主要有：施工工艺、测量方法导致的偶然误差。∞芬石4之o2\n第三章矮塔斜拉桥施工监控计算分析3．5．3索力计算索力的实测值和计算值之间的相对误差见图3．37。图3．37斜拉索索力误差由图3．37可知，斜拉索实测值和计算值之间的误差较小，除个别误差较大外，其余拉索误差均在5％以内，所有拉索误差均控制在10％以内。可能的误差来源有：索力测量方法产生的偶然误差和监控计算的计算误差等。3．6小结本章主要研究了矮塔斜拉桥施工监控的计算内容和方法，并以永鑫大桥为例，介绍了该桥施工监控过程中的空间整体计算的计算方法和主要结果以及局部应力分析的计算方法和计算结果。本章具体工作与研究成果如下：①研究了矮塔斜拉桥施工控制计算的具体内容和计算方法，包括整体结构计算、局部应力计算、参数影响性分析和控制参数的选择、参数估计计算、主梁立模标高计算、斜拉索张拉力计算的计算方法和内容；②采用空间整体模型对永鑫大桥实施了完整的监控计算，采用参数估计算法修正模型参数，并配套采用自适应控制法进行施工控制；③采用局部实体模型对永鑫大桥的14和15号块梁段进行了应力分析，验证了施工过程中15号块横隔板应力满足规范要求；④分析了永鑫大桥施工监控计算的主要计算结果，结果表明：1)永鑫大桥22号块施工阶段是全桥最不利施工阶段，22号块施工的累计挠度较大，箱梁高程监控尤为重要：2)永鑫大桥施工过程中，主梁拉、压应力均满足规范要求，说明施工过程主梁应力控制较好；3)永鑫大桥施工过程中，塔墩均未出现拉应力，压应力满足规范要45\n重庆交通大学硕士学位论文求，拉索张拉对桥塔应力和位移影响较小；4)永鑫大桥运营阶段，主墩可能出现拉应力，但最大裂缝宽度满足规范要求；5)永鑫大桥运营阶段应力指标均满足规范要求。\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析4．1引言矮塔斜拉桥施工监测是指通过施工现场的测量系统，实时测量施工过程中桥梁的位移、索力、应力等控制参数。施工监测所得到的实测数据是监控计算的重要参考指标，更是判断施工过程桥梁结构安全与否的有力依据。按照监测对象的不同，又可以把矮塔斜拉桥施工监测划分为线形监测、索力监测和应力监测几个部分。对桥梁结构的施工监测是进行施工控制的基础，施工监测数据的准确性对施工监控计算和施工控制有很大的影响。本章对永鑫大桥施工监测全过程的监测数据进行了分析，并与其施工监控计算结果进行了对比，分析了误差的来源，总结了永鑫大桥施工监测的经验教训。4．2线形监测桥梁线形是最直观反映桥梁结构状态的指标之一。所以，施工过程中的桥梁线形也是桥梁施工监测最重要的监测内容。特别对于矮塔斜拉桥而言，预应力混凝土主梁刚度相对较大，斜拉索的索力调整对于主梁线形影响相对较小，施工过程中对线形的控制显得格外重要。4．2．1监测内容结合永鑫大桥的实际情况和施工监控要求，对该桥线形的监测内容包括以下三个组成部分：①塔顶偏位测量；②主梁高程测量；③主梁中心线偏差及里程测量。4．2．2监测方法4．2．2．1塔顶偏位监测对永鑫大桥主塔塔顶偏位的监测运用3维坐标监测法：在桥塔塔顶每个侧面布置测点，采用莱卡全站仪在施工过程中监测每个塔顶的3维坐标。塔顶偏位测量方法如图4．1所示，观测点和后视点必须在两个相互通视的基准点上，在风力较小，温度恒定的条件下测量每一个工况中的塔顶坐标，并与初始值相比较即得到塔顶偏位值。47\n重庆交通大学硕士学位论文图4．1塔顶偏位测量方法示意图4．2．2．2主梁高程监测对永鑫大桥主梁标高的监测采用几何水准测量法：首先从大地控制点引测出主塔处的高程基准点，再从基准点引测得到主梁梁顶标高，主梁梁底标高根据各节段竣工时测得的梁底高差推算。主梁测点布置于每个梁段距离梁端15cm处。高程测量的时间点定于日出前气温较恒定的时间段；此外，为了了解温度对合龙高程的影响，还需在合龙前每隔一个小时测量一次桥梁线形，持续测量24小时。4．2．2．3主梁中心线偏差及里程监测对永鑫大桥主梁中心线偏差及里程的监测同样运用3维坐标监测法，通过在主梁梁段前段架设棱镜，采用莱卡全站仪测出其平面坐标，与设计值进行对比，便可以得出主梁中心线及里程实际偏差值。4．2．3测点布置4．2．3．1主塔测点永鑫大桥主塔分5节浇筑，主塔浇筑阶段在每节段顶部设置4个测点测试主塔三维坐标，测点布置示意见图4．2。大桥主塔完成施工后，为监测张拉斜拉索引起主塔偏位情况，根据现场施工条件，在主塔的C5斜拉索分丝管口的最高点设置主塔偏位永久观测点，用以监测主塔偏位情况。\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析月、里程上游I下游图4．2主塔测点布置图大里程4．2．3．2主梁测点①高程测点永鑫大桥主梁的每个节段均进行高程监测，对应设计图中的O～24号截面均布置有高程测点。高程测点的布置方法：事先在每节段主梁距离前端15cm处布置九个钢筋头作为高程测点，高程测点见图4．3，其中①橱号高程测点为桥面高程测点，⑦固号高程测点为箱内高程测点。中线偏位测点．8．0／8．o．叫一蚴^2q6◆××ꎀ××ꎀ羳××彝밴．3主梁测布置图②主梁中程测点永鑫大桥主梁的每个节段均进行轴线监测，对应设计图中～24号截面均布置有中线偏位测点。中线偏点见图4．3。4．4监测数据分析4．2．位结果①主塔浇筑过测结果主塔浇筑过程中每个方向的偏位结果见．4\n重庆交通大学硕士学位论文1510量E5逻濯O露×．5—101S10名5E蓬。摹星一S×一10一15105E蓬O誊}一5—10主塔滔点高度(m)图4．4主塔1施工x向偏差值主塔测点高度(m)图4．5主塔2施工x向偏差值5主塔测点高度(m)图4．6主塔1施工Y向偏差值\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析一10—lS252015^lOE5V墨O牵一5帑青10一15—20一25主塔测点高度(m)图4．7主塔2施工Y向偏差值主塔涎点高度(m)图4．8主塔1施工z向偏差值S5主塔翼点高度(m)SO5O51．^EEv肇摹星≯压加坫∞5o5∞坫Ⅺ压^EEv晕摹星N一一\n重庆交通大学硕士学位论文图4．9主塔2施工z向偏差值由图4．4~图4．5可知，两座桥塔X向偏位均在11mm范围内，主塔1塔顶偏位控制较好，1~4点偏位均在4mm以内，主塔2塔顶测点均向X正方向有7mm左右偏位；由图4．6～图4．7可知，除个别点外，两桥塔X方向偏位均在10mm以内，控制点在第三节砼浇筑节段偏位较大，主塔2塔顶测点均向Y正方向有7mm左右偏位；由图4．8～图4．9可知，桥塔竖直方向偏位较大，但均控制在20Im以内，但同一水平面测点相对偏位较大，最大值有40mm，需要在施工中进行调整。经计算，1号主塔横桥向倾斜度为．H／7623，纵桥向倾斜度为．H／28286；2号主塔横桥向倾斜度为．H／9639，纵桥向倾斜度为．H／3307。上述横桥向倾斜度以向上游倾斜为正，纵桥向倾斜度以向大桩号倾斜为正。1号主塔及2号主塔倾斜度均控制在H／3000以内，满足规范要求。综上所述，桥塔浇筑施工时，偏位随塔高在设计值附近波动，水平方向最大偏位12nun，竖直方向最大偏位20mm，主塔倾斜度满足规范要求。②拉索施工过程主塔偏位监测结果拉索施工过程中主塔偏位分析结果见图4．10～图4．11。图4．10拉索张拉过程主塔x向偏差值52\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图411拉索张拉过程主塔Y向偏差值图410一图411可知，斜拉索的张拉会引起主塔产生一定的偏位。其中，两个主塔测点的x方向偏位在C5斜拉索张拉时最大，这是由于测点位于C5斜拉索分丝管口的晟高点，c5斜拉索张拉会产生x方向较大的局部变形所致：除此之外，主塔两个方向偏位较小，均在9nlIll以内，主塔偏位在可控范围内。4．242主粱高程结果在主梁施工过程中，在每节段梁体浇筑后，均对其前端断面高程测点进行标高监测，主要结果见图412～图4．19。其中，图412～图413对比了主梁梁底的实测标高和计算标高及其之间的误差。图412主梁梁底标高\n重庆交通大学硕士学位论文图413主梁梁底标高误差由图412一图413可知，施工过程中，主梁梁底实测标高与计算标高基本吻合，除靠近边支点处的个别标高误差较大外，其余均在5cm以内，且靠近跨中处误差最小，说明永鑫大桥所采用的自适应施工控制法有较好的效果。图41乱图4．15对比了主梁梁顶的实测标高和计算标高及其之间的误差。图414主粱粱顶标高图415主粱粱顶标高误差\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析由图41轧图415可知，施工过程中，主粱梁顶实测标高与计算标高基本吻合。除个别点外，主梁实测梁顶标高比设计标高稍大；中跨粱项标高误差比边跨小，中跨误差除个别点稍大外，其余均在4cm以内。图41“图417对比了主梁梁高的实测值和计算值及其之间的误差。图416主梁粱高图417主粱梁高误差由图4．16～图417可知，设计梁高与实测梁高吻合度较好，且误差沿里程桩号分布较均匀，误差均在4cm以内。图418对比了主梁实际标高差值和后期挠度发展理论值，图4．19给出了剔除梁高差值后的真实标高误差。\n重庆交通大学硕士学位论文图4．18剔除梁高差值后的标高差值与后期挠度发展理论值对比图图4．19剔除梁高差值后的标高误差各梁段的标高监控目标为：使剔除梁高差值后的实测梁顶标高值在考虑后期挠度发展后与梁顶成桥理论标高值(即表中“梁顶设计标高+预拱度")相同，也就是使实测梁底标高在考虑后期挠度发展后与梁底成桥理论标高相同，反应在表中为使得“剔除梁高差值后标高值"与“后期挠度发展理论值”的差值(即图4．19中的“标高误差”)为0。由图4．18可知，主梁实际标高差值与后期挠度发展理论值较为接近。由图4．19可知，各梁段标高误差值都能控制在土36mm以内，满足控制要求，控制效果较好。4．2．4．3主梁轴线偏位监测每节段梁体浇筑后，均对其前所有节段梁中线坐标进行测量，分析梁体中线偏位情况，主梁浇筑至第22块段各梁段中线偏差监测数据及处理结果见图4．20。56\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析上J一。·1．··■k，、10眦一I一．1舞蠹』一lI五1一k．!一涵¨I．◆垂5jI_『1腿I，1■蔓诵ri划瓜般，j饕I—II；j；。■l『1獬II，『晒脞Vn：j；：lI量二-：：一l；喇lI。◆j}—一‘j■旺￥撕’I劁。lI’AjII榭“傩fI1．I一l￡尊q一)▲j■●VlJ—■—■Il_IIl；一谭I誓Il，誓．L●l◆●，譬7●l零Vf◆一、．?、。'I●■．j■啊Il。’一10。_'_-x力Iq馕发lIlr7_7—■一、陪向偏蒡m卜一寸卜一岍一m田mm卜一寸m∞函一m—m∞心卜∞一∞寸咚b∞一m寸订∞饥一N∞m+{+零+零零+宰{{+千譬霉拿譬+譬竿+宰翟+竿++±+旦2旦旦旦昱5il旦旦旦旦旦旦殳里旦旦5il殳旦2旦里程桩号图4．20主梁轴线偏位监测结果从图4．20可看出，主梁轴线实测值与理论值的偏差值控制在士15mm以内，满足监控精度要求。4．3索力监测4．3．1监测方法①挂索过程索力监测方法永鑫大桥斜拉索为环氧涂层高强钢绞线。斜拉索张拉时，为单根钢绞线一次张拉到位，无须重复张拉。因此本桥斜拉索索力的控制重点在于监控单根钢绞线施工过程中的张拉力。本次监控采用在第1根钢绞线上安装压力传感器，通过监测第2根、第3根⋯⋯第n根钢绞线张拉完成后，监测索力的变化与理论计算索力时程图进行校核，以及某根钢绞线按计算值张拉完，油泵显示张拉力是否与传感器显示索力相等的措施，来保证整束斜拉索总索力以及每根钢绞线索力的均匀性。同时在挂索过程中监控梁体的挠度，通过挠度值反校拉索过程是否满足设计要求。②成桥后索力检测方法永鑫大桥成桥后采用频谱分析法进行索力测量，并将测量结果与监控计算结果相比较，判断成桥索力是否满足设计要求。4．3．2监测仪器频谱分析法索力测试仪器选用江苏东华产品无线索力测试仪(DH5906)见图4．21。该仪器具有检测速度快、灵敏度高、精度高、使用方便等优点。57\n重庆交通大学硕士学位论文蓊图421江苏东华产品无线索力测试仪(DH5906)43．3监测数据分析在永鑫大桥施工过程中，拉索张拉力的控制由挂索过程中的千斤顶油压表读数以及压力传感器读数读出，监控系统对钢绞线张拉力值进行控制，同时分工况对挂索过程梁体挠度进行监测。永鑫大桥监控系统对斜拉索张拉过程中梁体上挠值进行监测，结果见图4．22～图423。图422洲墩斜拉索张拉引起的主梁挠度\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析了UI+实际上挠值_80、■+理论上挠值■rr270七＼一／暑60飞’L色尸夕髻50＼冬L^厂嚣40＼厂姝／丫＼／蚕兰Y＼U·J／ylO—V、．．—r_Y’●●●_UC9C8C7C6C5C4C3C2ClC2C3C4C5C6C7C8C9张拉斜拉索序号图4．239#墩斜拉索张拉引起的主梁挠度由图4．22～图4．23可知，8号墩和9号墩斜拉索张拉引起的梁体上挠实测值与理论值较接近，结合钢绞线张拉过程油压表读数以及装于第一根钢绞线上的压力传感器读数可反应本桥索力张拉控制较好；个别上挠实测值与理论值有一定偏差，主要原因为斜拉索张拉的时间跨度较大，张拉前后环境温度等因素均有较大差别，高程测量受环境的影响较大。4．4应力监测矮塔斜拉桥悬臂施工的过程比较复杂。因为矮塔斜拉桥监控计算中采用的各项物理力学参数和结构的实际参数多少有些区别，计算模型对于实际结构也有一定程度的简化，监控计算应力与实际应力不一定完全相同。应力监测的结果不仅可以为监控计算中的理论参数的校核提供必要参考，还可以作为判断桥梁主要结构应力状况是否安全的必要依据。所以，施工过程中对桥梁主要控制截面的应力监测非常必要。4．4．1监测方法对于混凝土结构，一般采用应变测量换算法监测其应力状况。实际情况中测量得到的混凝土应变是总应变，包括当前荷载引起的混凝土弹性应变以及混凝土的收缩、徐变和温度等作用引起的其他应变。所以，需要对这部分其他作用引起的应变进行补偿，即在相应部位上荷载不引起应力变化的位置贴补偿应变片，以测量补偿应变。当前荷载引起应变的计算表达式为：￡应力2￡一￡补偿(4．1)式中：￡应力一一由当前荷载引起的混凝土弹性应变；￡一一混凝土总应变；59\n重厌交通大学硕士学位论文￡舱——收缩、徐变和温度等作用引起的混凝土弹性应变。得到荷载引起的应变后，用下式计算相应应力：％^2E+8＆^(4．2)式中：onm一一由当前荷载引起的混凝土应力；E——混凝土弹性模量。4．4．2监测仪器应力测试旋工同时进行，现场条件差，使用时间长，因而要求测试元件必须具备长期稳定性好、抗损伤性能好、埋设定位容易及对施工干扰小等性能。通过以前测试经验和对国内元件及仪器综合分析比较，决定测试元件选用JMzx-215A型钢弦式应变计(见图4．24)。可直接测出混凝土的实际应变，同时传感器还带有测温功能，可实时监测测点处的温度，可对测点处应变值进行温度修正。图424JMzx-215AT型钢弦式应变传感器4．4．3测点布置主墩、主塔及主梁应力监控截面及测点布置示意图见图425。主墩应力监测频率：墩顶混凝土浇筑完成后测量一次Pl冲4截面应力测点应力，之后每浇筑完成一节段主梁测量一次P1～P4截面应力测点应力。主塔应力监测频率：主塔混凝土浇筑完成后测量一次c1和c2截面应力测点应力，之后每张拉完成一对斜拉索测量一次c1和c2截面应力测点应力。主梁应力监测频率：自应变器埋入后，每浇筑完一节段梁体测量一次主粱应力监控截面的应力测点应力，每张拉完一节段梁体的预应力钢筋测量一次主粱应力监控截面的应力测点应力。\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析6lo上游贪一85’B6’B14，B15船酬u马酥卜赫口n一，(1N船刨凸爿辩上游贫一uU叫赫圃A．N伽爵甘．及鲕．|童睇渔野副凿渔独斟呻圃\n重庆交通大学硕士学位论文4．4．4监测数据分析永鑫大桥施工中，按照本节所述监控方案对各控制截面应力进行监测，获得了翔实的数据，主要控制截面的应力实测值与理论值的对比见下文，应力监测成果已经过温度修正。4．4．4．1主梁应力①0#块截面应力0拌块截面(图4．25中的B5、B6、B14和B15截面)应力随着各主要施工过程的变化见图4．2“图4．29。图426B5截面应力图图427B6截面应力图\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图428刚4截面应力图图429刚5截面应力图由图4．26一图4．29可知，0拌块控制截面的各个应力监测结果和监控计算结果较吻合，其中前半段1～12拌块施工时监控计算的误差相对较大，13~22撑块施工时误差较小，特别是18撑块之后的施工阶段，计算应力与实际应力的误差均在3％以下，说明通过前几个施工阶段的自适应控制，监控计算模型在后期的吻合度较好。其次，0撑块上、下缘压应力随着施工工况的进度不断增大；0撑块下缘在4#块施工前出现一定拉应力，但是拉应力小于1MPa，符合规范要求。②7#块截面应力7样块截面(图425中的B4、B7、B13和B16截面)应力随着各主要施工过程的变化见图430～图433。\n二420864202薰⋯奄．、l一掣举繇lH玲兰熊轴一差警袤一\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图433刚6截面应力图由图430～图4．33可知，7撑块控制截面的各个应力监测结果和监控计算结果基本吻合，说明通过7#之前几个施工阶段的自适应控制，监控计算模型在后期与实际情况吻合度已较好。③15#块截面应力15#块截面(图425中的B3、B8、B12和B”截面)应力随着各主要施工过程的变化见图4．34~图441。其中，图4．34~图437为上述截面纵桥向法向应力图，图438～囤441为横桥向应力图。图434B3截面纵桥向应力图\n重庆交通大学硕士学位论文图435船截面纵桥向应力图图436B12截面纵桥向应力图图437刚7截面纵桥向应力图由图434~图437可知，15群块控制截面的纵桥向应力监测结果和监控计算\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析结果基本吻合。下缘压应力随着悬臂的伸长而增大，在1弹块施工前主梁下缘会产生不大于1MPa的拉应力；主梁上缘压应力随着悬臂的伸长已无明显地增大：B8控制截面上缘应力在19撑块施工前误差较大，之后误差减小，说明自适应控制到后期已有较好效果。图438B3截面横桥向应力图图439陷截面横桥向应力图\n重庆交通大学硕士学位论文图440刚2截面横桥向应力图图441B17截面横桥向应力图图4．38～图4．41中的测点1叫位置见图425，根据对称性可知，测点1和测点3的理论应力应相同。由图4．38～图441可知，测点1和测点3(主梁上缘边测点)的实测横桥向应力较接近，与理论计算结果相符；除个别施工工况外，测点2(主梁上缘中测点)的横桥向应力与理论计算值较接近，主梁上缘中点在施工过程中均会产生拉应力，但最大拉应力不超过0．8MPa；测点4(主梁下缘中测点)监控计算与实测值之间的误差稍大，且不随施工阶段的推进有明显的减小。④20#块截面应力20群块截面(图4．25中的B2、B9、B11和B18截面)应力随着各主要施工过程的变化见图4．42～图4．45。\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图442B2截面纵桥向应力图图443∞截面纵桥向应力图图4“刚1截面纵桥向应力图\n重庆交通大学硕士学位论文图445刚8截面纵桥向应力图由图4．42～图4．45可知，20撑块控制截面的各个应力监测结果和监控计算结果基本吻合，说明通过20#之前几个施工阶段的自适应控制，监控计算模型在边中跨接近合龙时与实际情况吻合度已较好，各截面应力处于合理水平。444．2墩身应力8撑和9#墩身控制截面(图4．25中的P1～P4截面)应力随着各主要施工过程的变化见图44“图4钾。图4468#墩P1截面应力图\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图4478#墩P2截面应力图图4柏9#墩P3截面应力图图4499#墩P4截面应力图由图44“图449可知，墩身在整个施工过程中均处于全截面受压状态\n重庆交通大学硕士学位论文且各测点的压应力随着主梁悬臂的伸长基本呈线性增加；墩身两侧截面的压应力较为接近，说明在施工过程中，主塔受到的不平衡力较小，墩身受力均匀，施工控制有良好效果。444．3主塔应力1群和2撑桥塔控制截面(图425中的c1和c2截面)应力随着各主要施工过程的变化见图4．50～图4．51。图4501#塔c1截面应力图图4512#塔c2截面应力图由图450～图451可知，两个桥塔在整个施工过程中都处于全截面受拉状态，随着斜拉索的张拉，各个测点应力呈线性增大；除c7∞9斜拉索张拉时，2拌桥塔测点3和测点4的界面应力比理论值稍有偏大以外，其他应力测量结果与监测计算结果较接近：从应力结果可以看出，桥塔在拉索施工完成后受到一定的不平衡弯矩，且2撑桥塔受到的不平衡弯矩较1捍桥塔大。\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析4．5成桥测试在矮塔斜拉桥施工完成后，还需要测量其成桥索力及线形，作为判断施工控制好坏的标准和分析监控计算结果准确性的依据。永鑫大桥成桥索力和线形测试结果如下。4．5．1索力测试4．5．1．1测试方法永鑫大桥监测采用频谱分析法进行索力测量。从底端的减震装置到顶端的抗滑锚固装置的自由段长度为斜拉索计算长度；斜拉索计算面积按钢绞线总面积计；斜拉索弹性模量按钢绞线弹性模量计，斜拉索每延米质量按钢绞线和HDPE外护套每延米质量总和计，即74．032k咖。典型斜拉索频谱分布见图4．52～图4．55。斜拉索编号规则：桩号增加的方向为桥梁前进方向，沿桥梁前进方向左边(上游)拉索编号前缀为L，右边(下游)拉索编号前缀为R，沿桥梁前进方向拉索编号递增，全桥总计72根斜拉索，编号为Ll～L36和R1～R36。1—1Peak制Y013．4670．007025．2250．004031．7580．003046．8850．002058．5940．001tj}：I≥L』15J』首／～∥州k”，‘}√＼、h-、—V—一3≮．／、／kp、r，、图4．52L1频谱分布图\n重庆交通大学硕士学位论文△0．008D．0070．0070．0060．0050．0040．0030．0020．001V0．0000△0．0010．000V0．0000●1—1≥Peak棒《Y012．3190．007024．565O．001^I半一t儿J一^、0001·9973·9945·991Hz7·9889·985图4．53L15频谱分布图r1—1、LPeak，*《Y011．7580．001023．467O．001035．1760．001l’≥}n’业1^6门“X；／＼≥’i、"，—可、√、“／Ⅵ。缈‘嘎屯q一胪i1图4．54R1频谱分布图74\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析△0．002O．0020．0020．001O．0010．000VO．00001．1、Pea燃Y011．7580．002023．5160．001035．2000．000046．9340．000Nj}mXr誊x：以．。，几。／、L-rv√十p舳√＼-^v^kH^，¨∥Lhq^—蚺矿~一，k-，．k_一．k’H—^^_“，、r囵1—10001·9973·9945·991Hz7·9889·985图4．55R18频谱分布图4．5．1．2测试数据分析各斜拉索振动频率及索力测试结果见表4．1，索力分布直方图见图4．56～图4．57。表4．1斜拉索振动频率及索力测试结果汇总表斜拉索编号实测频率值(Hz)索长(m)实测索力(kN)设计索力(1洲)相对偏差Ll1．72980．290570756361．3％L21．88474．518583758220．3％L32．03668．77658065957．2．5％L42．24663．06059406036．1．6％L52．56757-385642660476．3％L62．66l51．77256205875．4．3％L73．06046．212592256564．7％L83．33740．723546954240．8％L93．66235．34349605195—4．5％L103．71l34．50748565111．5．0％Lll3．39039．826539853490．9％L123．09245．243579555793．9％L132．71450．75856205800．3．1％L142．63756．333653559739．4％L152．28361．96259265960．0．6％L162．10067．647597658761．7％L171．92473．360589957293．0％75\n重庆交通大学硕士学位论文斜拉索编号实测频率值(HZ)索长(m)实测索力(1洲)设计索力(1洲)相对偏差L181．73879．116559955231．4％L191．75579．116570955233．4％L201．92l73．360588l57292．7％L2l2．10067．647597658761．7％L222．25861．96257975960．2．7％L232．56456．333617859733．4％L242．70250．75855705800．4．0％L253．09245．243579555793．9％L263．35339．826528l5349．1．3％L273．71134．50748565111．5．0％L283．7ll35．34350945195．1．9％L293．27240．72352585424．3．1％L303．03646．212582956563．1％L3l2．67l51．77256635875．3．6％L322．52357-385620760472．7％L332．22963．060585l6036．3．1％L342．01968．77657105957．4．1％L351．85274．51856405822．3．1％L361．71680．290562l5636．O．3％R11．71980．290564l56360．1％R21．90474．518596l58222．4％R32．04368．77658465957．1．9％R42．29563．060620260362．8％R52．58857．385653l60478．0％R62．65651．77255995875—4．7％R73．01346．212574l56561．5％R83．31240．72353875424．0．7％R93．68735．34350285195．3．2％R103．7ll34．50748565111．5．0％Rll3．38539．826538253490．6％R123．13345．243595055796．6％R132．74350．75857405800．1．0％R142．62956．333649559738．7％R152．29561．96259885960O．5％R162．08367．647588058760．1％R171．91273．360582657291．7％R181．73879．116559955231．4％R191．75879．116572955233．7％I也O1．90473．360577757290．8％76\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析斜拉索编号实测频率值(H对素长(m)实测索力f州1设计索力(kN)相对偏差563”452435889336939826．O3％R28579426946047R34802905680II㈣爪'|盯m⋯川==；；i：=!E=2==g口!!=d=t=；_设"i^-#Ⅷ|，】图456左侧斜拉索索力分布直方图(单位：kN)∞o\n重庆交通大学硕士学位论文=ooi=====i；：：i：；：：：§j目§§&§i§gii目§iii_设”i☆-#Ⅲ|☆图457右侧斜拉索索力分布直方图(单位：州)由表4．1可知，实测恒载索力与设计恒载索力较吻合，只有少数(7根)斜拉索恒载索力相对偏差大于±5％，所有斜拉索恒载索力相对偏差均小于±10％。由图45“图457可知，实测恒载索力分布较均匀，同一桩号上、下游斜拉索恒载索力基本对称，同一块段边、中跨斜拉索恒载索力基本对称。4．5．2线形测试452．1测试方法桥面铺装、防撞墙和人行道全部施工完成后，分别在上游人行道路缘石根部、上游防撞墙根部、下游防撞墙根部和下游人行道路缘石根部布置桥面高程测线，高程测点纵向布置示意见图4．58，高程测点横向布置见图4．59，测点编号由纵向编号和横向编号组成，表示方法为“横向编号．纵向编号”。，：!．i』；c。{I㈧Ⅱ?lI】It5，：-!t：一{，㈧：一：；：j：!一：：％I¨tI，!；!，：，Ii6i。!ⅢI∽-日ao，Ⅵ‘00】a*-l¨jB●oo．0uc-p-u∞¨¨图458桥面线形测点纵向布置(单位：cm)\n第四章矮塔斜拉桥施工监测数据分析图4．59桥面线形测点横向布置(单位：cm)4．5．2．2测试数据分析经过线形测量，永鑫大桥桥面高程见表4．2～表4．3，桥面高程曲线见图4．60～图4．63。表4．2成桥桥面高程汇总表(1)上游人行道路缘石根部上游防撞墙根部测点实测理论高程测点实测理论高程编号桩号高程偏差编号桩号高程偏差(m)1．1KO+503．47892．868792．8070．06l2．1KO+503．64292．99592．9920．0031．2KO+513．38893．126293．0980．0282．2KO+513．62793．27893．284．O．0071．3KO+523．35793．407393．3600．0472．3K0+523．56893．58l93．5450．035l-4KO+533．31393．649393．607O．0422．4KO+533．55693．83293．7930．0391．5KO+543．28593．910593．8450．0662．5K0+543．45494．07294．0290．0431．6K0+553．25394．140494．08lO．0592．6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