论文部分内容阅读
【摘要】近年来，在大跨度预应力混凝土桥梁施工中，挂篮施工方法的应用越来越多，挂篮的定位精度将直接影响桥梁的线型。本文从实际工程出发，分析挂篮的受力特点，介绍挂篮的定位测量方法，希望可以为桥梁工程挂篮施工测量提供一定的理论参考。
挂篮施工是近几年才应用于桥梁施工工程的一种新方法。桥梁安全性能如何，施工能否保证
【关键词】大跨度；预应力；混凝土桥梁；挂篮施工；测量方法
1.工程概况
本文以浙江某桥梁工程为例，该工程主桥跨距为50m+80m+50m，桥梁类型为双幅预应力混凝土连续箱型，主桥可以分为上行、下行两幅，采用独立单箱双室斜腹板断面形式，主桥使用C50的混凝土，预应力体系分为纵向、横向和竖向，经过分析，本工程采用挂篮悬臂现浇施工工艺。
2.挂篮定位的影响因素
该桥梁是一种多次超静定体系，由于施工环节十分复杂，存在很多的影响因素，可能导致桥梁工程整体结构或者内力状况发生变化。在施工过程中，需要实时监测桥梁的结构，根据监测数据，及时调整相关参数，同时，还要以调整后的数据为依据，改变下一个施工环节的挂篮定位，确保箱梁的安全性。研究发现，桥梁结构和内力的影响因素包括以下几点，即预应力索张拉力误差、挂篮的变形特点、挂篮定位的温度状态、桥梁工程的临时荷载、混凝土的收缩情况以及混凝土的弹性模量等[1]。当上述影响因素发生变化时，若没有采取针对性的控制措施，在累积效应的作用下，误差会逐渐增大，最终导致桥梁工程的结构和应力发生变化，影响桥梁工程的施工质量。
3.挂篮定位的控制措施
3.1前期结构研究
以设计图纸为依据，按照国家相关规定，对桥梁结构参数进行分析，一般情况下，利用有限元分析程序，通过倒退分析法，计算出实际施工的预抬高量，同时，得出桥梁工程不同区域的施工应力，此外，本工程不同于连续梁桥，柔性墩存在轴向压缩效应，0#块和主墩顶面也需要有预抬高量，常用的做法是适当提升主墩的高度，实现设置预抬高量的目标[2]。
3.2标高测量
桥梁工程的实际状态主要反映在主梁的不同区域的标高上，故应该对主梁的标高进行测量。竖直方向上，每个施工阶段都需要设置测量截面，并布置一定数量的测点，通过这些测量节点，测量不同施工阶段的标高，比如张拉预应力阶段、浇筑混凝土阶段和挂篮定位阶段等。同时，还要测量主墩顶面的水平位移，可以在主墩顶面设置两个测点，混凝土浇筑开始和结束阶段都要对主墩顶面的水平位移进行测量，以便掌握主墩顶面的实际状态[3]。需要注意的是，为了最大限度的避免日照温差对测量结果的影响，应该在日出之前开展测量工作，若测量工作不能在日出之前完成，要根据日照温差修正系数，对测量数据进行修正，有限元分析程序不能实现日照温度场的模拟，因此，数据修正主要采用实时修正的方法。
3.3调整设计参数
测量数据修正后，将实际数据与理论数据进行比较，通过分离变量法，得出各项参数的实际值。本工程中，存在三个待识别参数，即预应力索张拉力、块件重量以及箱梁抗弯刚度。采用的识别方法是：当进行n#块件施工时，根据挂篮定位阶段的梁体变位理论数据和实际数据的差值，能够识别出参数的实际值，即n-1#块件的实际弹性模量；根据浇筑混凝土阶段的梁体变位，能够识别出n#块件的重量；根据张拉预应力阶段的梁体变位，能够识别出n#块件的预应力索张拉力。待识别参数确定之后，将相应数值输入到有限元分析程序中，对下一块件的预抬高量进行适当修正。
3.4计算挂篮变形
挂篮变形可以分为两个部分，即非弹性变形和弹性变形，对于非弹性变形来说，常采用外力加载法进行消除。本工程中，所用的挂篮单体重量为56吨，悬臂浇筑过程中，最大的混凝土块件的重量为144吨，重量之比为0.39，因此，本工程的挂篮为轻型挂篮，具有较大的弹性变形值，同时，在混凝土块件自身重量的作用下，可能出现不同的挂篮弹性变形值，挂篮弹性变形如图1所示，通过相应的公式可以计算出挂篮变形值，结合荷载试验结果，得出挂篮的弹性变形规律，以便对挂篮弹性变形值进行预测[4]。
图 1 挂篮弹性变形
3.5修正控制线形
实际施工中，桥梁工程的理论计算和实际状态之间存在一定的差异，加上挂篮定位标高的测量误差，必然会对桥梁工程的线性曲线产生影响，导致成桥部分出现相应的误差，若没有采用针对性的控制措施消除误差的话，就会造成桥梁的线形产生明显的波动。为了解决这种问题，应该对没有施工的桥梁部分线形进行修正，通常情况下，可以使用拉格朗日差值法进行控制。
3.6确定挂篮定位标高
在尚未施工的箱梁节段底板前面区域的底模上，设置挂篮定位标高的控制点，挂篮定位标高由四个参数共同确定，即箱梁底板设计标高、预抬高量、弹性变形以及控制线形与设计标高的差值[5]。
4.挂篮定位的测量精度
本工程中，通过上述方法的使用，桥梁施工技术之后，整体线形变化平顺，没有产生明显的波动，桥梁的变化规律基本一致，数据显示，桥梁边跨合龙时，控制线形和实测线形的最大偏差仅为1公分，满足实际工程需求，此外，桥梁中跨合龙时，控制线形和实测线形的最大偏差仅为0.5公分，说明该桥梁工程的合龙精度达到国内先进水平。
5.结语
本文通过实际桥梁工程的分析，指出桥梁结构线形和内力的影响因素，并对大跨度预应力混凝土桥梁挂篮施工测量方法进行了详细的介绍，提出针对性的施工控制措施，工程实践表明，该方法可以满足实际工程的需求。
参考文献
[1]张启伟，袁万城，范立础.大型桥梁结构安全监测的研究现状与发展[J].同济大学学报，1997，25（增刊）：76-81.
[2]史家钧，邵志常.上海徐浦大桥结构状态监测系统[C].第十三届全国桥梁学术会议论文集，1998：16-19.
[3]史家钧，项海帆，许俊.确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统[J].同济大学学报，1997，25（增刊）：71-75.
[4]魏超，肖国强，王法刚.地质雷达在混凝土质量检测中的应用研究[J].工程地球物理学报，2004（2）.
[5]马振波，董建雄.超声波测定混凝土结构强度及厚度[J].工程地球物理学报，2005（6）.
挂篮施工是近几年才应用于桥梁施工工程的一种新方法。桥梁安全性能如何，施工能否保证
【关键词】大跨度；预应力；混凝土桥梁；挂篮施工；测量方法
1.工程概况
本文以浙江某桥梁工程为例，该工程主桥跨距为50m+80m+50m，桥梁类型为双幅预应力混凝土连续箱型，主桥可以分为上行、下行两幅，采用独立单箱双室斜腹板断面形式，主桥使用C50的混凝土，预应力体系分为纵向、横向和竖向，经过分析，本工程采用挂篮悬臂现浇施工工艺。
2.挂篮定位的影响因素
该桥梁是一种多次超静定体系，由于施工环节十分复杂，存在很多的影响因素，可能导致桥梁工程整体结构或者内力状况发生变化。在施工过程中，需要实时监测桥梁的结构，根据监测数据，及时调整相关参数，同时，还要以调整后的数据为依据，改变下一个施工环节的挂篮定位，确保箱梁的安全性。研究发现，桥梁结构和内力的影响因素包括以下几点，即预应力索张拉力误差、挂篮的变形特点、挂篮定位的温度状态、桥梁工程的临时荷载、混凝土的收缩情况以及混凝土的弹性模量等[1]。当上述影响因素发生变化时，若没有采取针对性的控制措施，在累积效应的作用下，误差会逐渐增大，最终导致桥梁工程的结构和应力发生变化，影响桥梁工程的施工质量。
3.挂篮定位的控制措施
3.1前期结构研究
以设计图纸为依据，按照国家相关规定，对桥梁结构参数进行分析，一般情况下，利用有限元分析程序，通过倒退分析法，计算出实际施工的预抬高量，同时，得出桥梁工程不同区域的施工应力，此外，本工程不同于连续梁桥，柔性墩存在轴向压缩效应，0#块和主墩顶面也需要有预抬高量，常用的做法是适当提升主墩的高度，实现设置预抬高量的目标[2]。
3.2标高测量
桥梁工程的实际状态主要反映在主梁的不同区域的标高上，故应该对主梁的标高进行测量。竖直方向上，每个施工阶段都需要设置测量截面，并布置一定数量的测点，通过这些测量节点，测量不同施工阶段的标高，比如张拉预应力阶段、浇筑混凝土阶段和挂篮定位阶段等。同时，还要测量主墩顶面的水平位移，可以在主墩顶面设置两个测点，混凝土浇筑开始和结束阶段都要对主墩顶面的水平位移进行测量，以便掌握主墩顶面的实际状态[3]。需要注意的是，为了最大限度的避免日照温差对测量结果的影响，应该在日出之前开展测量工作，若测量工作不能在日出之前完成，要根据日照温差修正系数，对测量数据进行修正，有限元分析程序不能实现日照温度场的模拟，因此，数据修正主要采用实时修正的方法。
3.3调整设计参数
测量数据修正后，将实际数据与理论数据进行比较，通过分离变量法，得出各项参数的实际值。本工程中，存在三个待识别参数，即预应力索张拉力、块件重量以及箱梁抗弯刚度。采用的识别方法是：当进行n#块件施工时，根据挂篮定位阶段的梁体变位理论数据和实际数据的差值，能够识别出参数的实际值，即n-1#块件的实际弹性模量；根据浇筑混凝土阶段的梁体变位，能够识别出n#块件的重量；根据张拉预应力阶段的梁体变位，能够识别出n#块件的预应力索张拉力。待识别参数确定之后，将相应数值输入到有限元分析程序中，对下一块件的预抬高量进行适当修正。
3.4计算挂篮变形
挂篮变形可以分为两个部分，即非弹性变形和弹性变形，对于非弹性变形来说，常采用外力加载法进行消除。本工程中，所用的挂篮单体重量为56吨，悬臂浇筑过程中，最大的混凝土块件的重量为144吨，重量之比为0.39，因此，本工程的挂篮为轻型挂篮，具有较大的弹性变形值，同时，在混凝土块件自身重量的作用下，可能出现不同的挂篮弹性变形值，挂篮弹性变形如图1所示，通过相应的公式可以计算出挂篮变形值，结合荷载试验结果，得出挂篮的弹性变形规律，以便对挂篮弹性变形值进行预测[4]。
图 1 挂篮弹性变形
3.5修正控制线形
实际施工中，桥梁工程的理论计算和实际状态之间存在一定的差异，加上挂篮定位标高的测量误差，必然会对桥梁工程的线性曲线产生影响，导致成桥部分出现相应的误差，若没有采用针对性的控制措施消除误差的话，就会造成桥梁的线形产生明显的波动。为了解决这种问题，应该对没有施工的桥梁部分线形进行修正，通常情况下，可以使用拉格朗日差值法进行控制。
3.6确定挂篮定位标高
在尚未施工的箱梁节段底板前面区域的底模上，设置挂篮定位标高的控制点，挂篮定位标高由四个参数共同确定，即箱梁底板设计标高、预抬高量、弹性变形以及控制线形与设计标高的差值[5]。
4.挂篮定位的测量精度
本工程中，通过上述方法的使用，桥梁施工技术之后，整体线形变化平顺，没有产生明显的波动，桥梁的变化规律基本一致，数据显示，桥梁边跨合龙时，控制线形和实测线形的最大偏差仅为1公分，满足实际工程需求，此外，桥梁中跨合龙时，控制线形和实测线形的最大偏差仅为0.5公分，说明该桥梁工程的合龙精度达到国内先进水平。
5.结语
本文通过实际桥梁工程的分析，指出桥梁结构线形和内力的影响因素，并对大跨度预应力混凝土桥梁挂篮施工测量方法进行了详细的介绍，提出针对性的施工控制措施，工程实践表明，该方法可以满足实际工程的需求。
参考文献
[1]张启伟，袁万城，范立础.大型桥梁结构安全监测的研究现状与发展[J].同济大学学报，1997，25（增刊）：76-81.
[2]史家钧，邵志常.上海徐浦大桥结构状态监测系统[C].第十三届全国桥梁学术会议论文集，1998：16-19.
[3]史家钧，项海帆，许俊.确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统[J].同济大学学报，1997，25（增刊）：71-75.
[4]魏超，肖国强，王法刚.地质雷达在混凝土质量检测中的应用研究[J].工程地球物理学报，2004（2）.
[5]马振波，董建雄.超声波测定混凝土结构强度及厚度[J].工程地球物理学报，2005（6）.