大跨度连续刚构桥施工过程控制分析（推荐9篇）
大跨度连续刚构桥施工过程控制分析
该文结合工程实例介绍了大跨度桥梁施工控制的影响因素、施工控制方法、施工控制原则及施工办法,并给出了工程实例的施工控制结果,说明施工控制的有效性.
作 者：刘苗 Liu Miao 作者单位：兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州,730070刊 名：城市道桥与防洪英文刊名：URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL年，卷(期)：2009“”(2)分类号：U448.23关键词：大跨度连续刚构桥 施工控制 预拱度 兰州市
1 大跨度连续刚构桥施工预拱度控制影响因素
大跨度连续刚构桥施工中,主要工序包括挂篮前移、混凝土浇筑、预应力张拉,为实现对工程质量的有效控制,应结合具体需要采取控制措施。其中,预拱度控制是非常关键的环节,对提高施工精度,加强线型控制具有积极作用,因而受到施工单位普遍重视和关注。同时,为提高预拱度控制效果,应结合工程建设实际情况,明确其影响因素,有针对性地采取控制措施,具体来说,预拱度的影响因素包括以下内容。
1.1 桥墩刚度
大跨度连续刚构桥施工中,不可避免地会出现不平衡施工现象,造成的不平衡弯矩对桥墩会产生不利影响,偏载以及横向风荷载会对桥墩产生扭矩,影响施工顺利进行和工程质量控制效果,对提高桥梁工程的承载力也带来不利影响。桥墩应该具备足够的纵向抗弯刚度和侧向抗扭刚度,能抵抗不平衡弯矩和扭矩造成的位移,确保桥梁结构稳定,实现对工程质量的有效控制。
1.2 材料性能
混凝土收缩徐变会使结构产生较大附加应力,导致梁体截面开裂,不仅影响桥梁结构的安全性,还可能缩短工程使用寿命。预应力收缩和徐变会引起结构预应力损失,对桥梁结构线型控制也产生不利影响。因此,整个桥梁工程施工过程中,应该重视混凝土材料性能控制,做好试验检测工作,确保材料质量合格。并严格按照规范要求进行拌和与浇筑施工,实现对混凝土施工质量的有效控制,进而对混凝土收缩徐变进行严格控制。
1.3 施工因素
为提高预拱度控制效果,加强施工过程控制是非常关键的内容。挂篮和满堂支架应该严格遵循规范要求施工,进行120%的预压,消除非弹性形变,获得弹性刚度系数,为立模施工创造条件。立模施工过程中,应该考虑挂篮结构可能带来的影响,严格遵循理论值进行立模,合理调整标高,为桥梁线型控制提供保障,也能确保结构受力处于良好状态。施工中需要加强材料质量控制,严格混凝土配合比设计,做好混凝土浇筑和养护工作。这样不仅有利于加强预拱度控制,还能提高桥梁结构的稳定性,延长工程使用寿命。
1.4 预应力损失
连续刚构桥一般采用三向预应力体系,其张拉效果会直接影响桥梁结构线型控制。对预应力施工效果产生影响的因素包括预应力张拉和锚固、波纹管压浆施工、浆体与预应力体系结合等内容。工程建设中应该有针对性的采取控制措施,确保施工效果。
1.5 环境温度因素
连续钢构桥一般采用分阶段方式进行施工,由于桥梁结构施工存在时差,可能导致不同节段的温度不一样情况出现。并且温度荷载会对预拱度控制产生影响,日照温差也会影响工程施工。因此,有必要建立温度位移敏感性分析体系,根据实时施工温度对节段变形进行控制和修正,将温差带来的影响降到最低点,以有效控制结构变形。
2 大跨度连续刚构桥施工预拱度控制的有效对策
为实现对预拱度的有效控制,确保大跨度连续刚构桥施工效果,工程建设中加强每个施工环节质量控制是十分必要的。某大桥全长474m,主桥采用预应力混凝土连续钢构,桥孔布置为65m+120m+65m,主桥分为两个T形构。整个桥梁施工采用挂篮悬臂现浇法,并且两侧同时进行,对称施工。为实现对预拱度的有效控制,工程建设中综合采取以下相应的对策,下面将结合该工程实例进行探讨分析。
2.1 立模标高控制原理
大跨度连续钢构桥施工过程中,不仅要顺利完成施工任务,确保施工效果,加强主桥标高控制也是非常重要的内容,为施工单位重视和关注。在连续刚构桥标高控制过程中,其中最为关键的内容是,应严格控制每个阶段的立模标高。并增强质量控制意识,确保每个阶段标高控制到位,提高施工效果。要确保施工工况引起的变形与预期相符合,防止出现偏差累积现象,提高施工效果和质量控制水平。
2.2 立模标高控制方法
目前在刚构桥整个施工过程中,常用的立模标高控制有绝对高程和相对高程立模标高控制两种方式。前者未考虑温度对梁体挠度和标高的影响,当温度变化较小或施工节段较少时,才能直接使用该方法,悬臂较长时则不适合采用该方法。后者可以有效消除温度对测量放样的影响,有利于确保施工精度。该桥梁施工中,施工周期长,受环境温度影响较大,因而采用相对高程法来确定立模标高。
2.3 施工立模标高修正
大跨度连续刚构桥施工建设中,主桥线型受混凝土容重、混凝土收缩徐变系数、预应力参数、温度场、主墩沉降等因素影响。但在整个工程施工建设中,由于受到施工人员和外界环境因素影响,实际线型与理论线型可能存在一定偏差,必须将这种偏差严格控制在一定范围内。当偏差过大时会影响施工效果,应该进行分析、调整和修正。另外,挠度控制是标高控制的前提,要进行挠度分析来确定理论值与实际值是否相符合。通常立模标高调整步骤包括挠度分析和模型参数调整两个环节。模型参数调整又分为立模阶段、浇筑阶段、张拉阶段挠度误差调整,分析哪一部分产生的偏差较大,从而实现对施工效果的有效控制,有利于增强刚构桥施工效果。调整各参数时,还有必要适当调整混凝土的弹性模量,分析施工各节段的挠度,适当调整模型参数,进行重新计算,计算出立模标高,有利于更好地规范和指导工程施工。
2.4 实际线型控制结果
主桥合龙后,测量人员在施工现场对施工情况进行测量。做好相关数据记录工作,获取桥梁工程的实际线型数据,并结合具体数据和桥梁施工控制需要,适当调整立模标高。通过对比分析理论计算下挠度和实际测量下挠度,结果表明:主桥合龙后,主桥实际下挠量和理论计算值变化大体一致,桥梁实际线型和设计线型相吻合。主桥顶面混凝土实际高程与成桥标高相比较,均低于成桥标高,差值都在8cm左右。总之,通过采取上述措施,不仅顺利完成施工任务,还实现对预拱度的有效控制,确保大跨度连续钢构桥梁施工效果,为后续施工和工程运营创造良好条件。
3 结束语
大跨度连续刚构桥施工过程中,预拱度控制是非常重要和关键的内容,施工单位应该重视该项工作。但由于受到多种不同因素的影响,施工阶段主桥的理论挠度值与实际值会存在偏差,如果忽视加强控制工作,随着误差的积累,桥梁线型可能出现较大偏差。因此,工程建设中应该加强控制,明确预拱度的影响因素,建立并注重调整模型参数,修正理论值。从而更好规范和引导施工,确保桥梁实际线型与理论线型一致。进而增强预拱度施工控制效果,确保大跨度连续刚构桥工程质量和施工建设效益。
摘要：大跨度连续刚构桥施工中,预拱度控制是非常关键的环节,也是施工单位需要重点关注的内容。具体来说,预拱度影响因素包括桥墩刚度、材料性能、施工因素、预应力损失、环境温度因素等。工程建设中应该加强每个环节控制,确保施工效果。探讨分析预拱度的影响因素,结合工程实例提出施工控制对策,可为类似工程建设提供启示与借鉴。
关键词：大跨度连续刚构桥,预拱度控制,预应力损失,立模标高
参考文献
[1]田长清.大跨度铁路桥连续梁施工关键技术研究[J].工程建设与设计,2016(1),130-132.
[2]朱晓艳,刘争,翟鹏,程.大跨度连续刚构桥施工预拱度控制研究[J].建材世界,2009(4),73-76.
[3]师贞艳,孙光文.大跨预应力连续刚构桥施工阶段合理预拱度分析[J].建材世界,2014(5),82-87.
[4]蔡乐军.大跨度连续刚构桥全过程施工质量控制[J].西南公路,2011(1),26-29.
关键词:连续刚构;施工控制;悬臂施工
中图分类号:U448.23文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0050-02
随着交通事业的不断发展,大跨径连续刚构桥的建设越来越多,据不完全统计,目前世界上已建或在建的主跨大于240 m的特大跨径连续刚构桥就有18座之多。然而连续刚构桥施工过程中的各种随机性因素(如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等),使得桥梁的实际状态偏离理想状态,为了确保大桥成桥后的状态满足设计要求,有必要对大跨径连续刚构桥进行施工监控。
1 桥梁施工控制的内容
桥梁施工控制就是在对桥梁结构进行施工仿真计算分析的基础上,通过现场测试,采集桥梁施工过程中各类数据信息。结合桥梁仿真分析计算,对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据(如变形、内力、应力)分析,运用现代控制理论对误差进行分析,并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施,最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。桥梁施工控制的主要内容有:①主梁线形控制;②箱梁控制断面应力监控;③稳定控制。
2 施工控制方法
在实际施工中,桥梁的实际状态与理想状态总是存在着一定的误差,施工控制就是采用现代控制理论和方法去分析这些误差,并调整误差,使成桥线形和结构内力的最终状态符合设计要求,并且确保桥梁施工过程中的结构安全。大跨度桥梁施工控制采用的理论和方法主要有:参数识别与调整(最小二乘法)、Kalman滤波法和灰色理论法。
3.1 参数识别
参数识别就是分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数的误差,经过设计参数误差的调整来控制桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差,使结构的成桥状态与设计尽可能一致。参数识别在中国的桥梁施工控制中有着广泛的应用。其计算通常采用最小二乘法。相对于Kalman滤波法和灰色理论法,参数识别方法具有以下特点:
(1)参数识别方法将引起误差的因素完全归结于设计参数,认为引起结构状态偏差是由于设计参数的取值(如砼弹模、砼容重、预应力筋管道偏差系数、管道摩阻系数、砼收缩徐变系数等)与实际不符。忽略了施工定位误差、测量系统误差、温度影响误差等。由此可能导致所估计的参数并非实际值,而是包含了施工定位误差、测量系统误差、温度影响等的数值。
(2)参数识别一般采用最小二乘进行线形回归分析,其回归方程为:Y=Φθ+E。
式中:Y:误差向量;
Φ:线性转化矩阵(即被估参数与挠度之间的线性关系矩阵);
θ:估计参数向量;
E:残差(包含量测误差、参数估计误差、系统误差)。
其中Y可由理论分析值与实际观测值相减求得,而矩阵Φm,n则需要根据结构力学计算求得,其物理意义为,单位θn变化m节点所产生的挠度Ym。在桥梁施工监控中,一般需要采集每一施工工况下各节段测点的挠度数据,从而使得矩阵Φm,n的计算显得尤为复杂,且随着数据的增加,矩阵Φm,n的规模也越大,采用常用桥梁分析软件根本无法计算,需要编制专用程序求得。
(3)最小二乘法的原理是求得一组参数θ,使得模型的输入输出数据之间关系拟合的最好,这就要求残差E最小,因而若数据被噪声污染的越厉害(如温度影响、施工误差等因素),参数估计的准确性也就越差。
(4)为了能够使得参数识别更加准确,这就要求数据有较好的规律性,且需要较多数据,因此在梁段数比较少时所得到的回归曲线的精度难以保证。
3.2 卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波法的实质是从被噪声污染的信号中提取真实的信号,采用由状态方程和观测方程组成的线形随机系统的状态空间来描述滤波器,并利用状态方程的递推性,按线性无偏最小均方误差估计准则,采用一套递推算法对滤波器的状态变量作最佳估计,从而求得滤掉噪声后有用信号的最佳估计,即估计出系统的真实状态,然后用估计出来的状态变量,按确定的控制规律对系统进行控制。卡尔曼滤波法具有以下特点:
(1)卡尔曼滤波法将概率论和数理统计理论用于解释滤波估计问题,提出了新的线性递推方法,不需要储存过去数据,只需根据新数据和前一时刻估计量,借助状态转移方程,按照递推公式计算新的估计量,从而节约计算时间。
(2)卡尔曼滤波法进行递推的关键在建立状态转移方程,通过状态转移方程,使得误差估计具有一定的收敛性,特别当数据污染严重的情况下,估计量仍有一定的信服力。
(3)卡尔曼滤波法进行递推计算时,需要输入系统状态初始值,而初始值对计算结果有很大影响,若初始值取值不当,会使结果失真。
3.3 灰色系统理论
灰色系统可以看作是在一定时间内变化的随机过程,环境干扰将使系统行为特征量过分离散,为此灰色系统用灰色数生成对原始数据进行处理得到随机性弱化、规律性强化了的序列,在此基础上以灰色动态GM模型作为预测模型,并及时对模型进行滚动优化和反馈校正。灰色预测控制具有以下特点:
(1)灰色预测控制建模是可利用少数据建模,是一种实时控制。在处理方法上,灰色过程是通过原始数据的整理来找数的规律,是一种就数找数的现实规律的途径,而数理统计方法是按先验规律来处理问题,要求数据越多越好,越具规律性越好。
(2)灰色预测控制是后果控制,不需要追究引起状态变化的原因,不必处置复杂的随机过程,这使得控制大为简化。
(3)灰色系统理论是“瞬态建模”,每新增数据便生成新的模型,因而数据的取舍对于灰色系统至为关键,数据太多将降低模型预报精度,数据太少,模型将找不出数据间的规律。
(4)当数据污染严重时,灰色系统预测结果也同样有较大的偏差,数据估计的收敛性较差。
4 工程应用
在祁临高速仁义河特大桥施工监控中,采用参数识别进行误差分析,结果在不同施工阶段,所估计参数也不一样,且随着悬臂的逐渐加长,识别的参数差异性也就越大。这说明,悬臂越长,数据越容易被污染,因而估计的准确性也就越差。
同样,在晋济高速公路桥梁施工监控中,分别采用灰色系统理论和卡尔曼滤波法进行误差分析,在悬臂施工初期,由于主梁变形不大,二者差别不大,但进入长悬臂施工后,相对而言,卡尔曼滤波法预测值较小,数据曲线较为光滑平顺。
5 结束语
(1)大跨径连续刚构桥采用参数识别进行误差分析,计算繁琐,要求数据有较好的规律性。在实际监控工作中,对于设计参数引起的误差,应尽可能采用实际试验结果,在出现明显系统误差情况下进行参数识别。
(2)施工控制应采取多种方法进行综合分析。目前进行施工控制分析的方法有多种,但各种方法计算原理及侧重点有所不同,而影响误差的因素却很多,因此在施工控制中应结合以经验,综合考虑各种因素影响,结合多种方法进行误差分析,保证预测精度。
Great Span Continual Rigid Frame Bridge Construction Control Method
Niu Liqiang
Abstract: The elaboration continual rigid frame bridge construction control’s necessity and the main content, and introduction the several commonly used construction control method.
2010-09-12 12:05:15来源：土木工程网收集整理
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大跨度钢结构和索膜结构作为大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系统，其质量直接影响到建筑物的安全和使用功能。本文仅结合上海体育场、浦东国际机场、虹口足球场、上海新国际博览中心等工程的监理实践，对大跨度钢结构和索膜结构施工质量控制的几个主要方面进行一些讨论。⑴对桁架钢构件制作质量的控制
①、对于钢构件制作的胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等进行严格检查控制。②、钢构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。⑵钢结构焊接
①、对于施工单位首次焊接的钢种，一定要进行焊接工艺评定，并制定相应的焊接工艺。
②、监理一定要抓住对焊工合格证的检查。检查内容应包括：母材及焊材种类、焊接位置、焊工合格证的有效期。
③、严格把住接头装配质量关。接头的装配质量包括：坡口质量，根部间隙，对口错边量等几个方面。④、当焊接表面潮湿、有油污，焊接环境温度过大或焊接部位受风、雨、雪直接侵袭时，都无法保证焊出高质量的焊缝，非凡是焊低氢焊条时更轻易出现问题，施工单位应在工艺方案及对焊工进行施工交底时明确。
⑤、焊接过程中为减少焊接应力，防止产生焊接裂纹，应严格按照标准规定要求对焊接部位进行预热，在整个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度并一次焊完一条焊缝，在焊接完成后应及时按标准要求进行后热。
⑥、对设计及国家规范要求探伤的焊缝，应对每条焊缝按比例要求进行无损探伤。检验位置及长度由质检人员指定并书面通知NDT人员。检验后NDT人员应出具探伤告，探伤告应标明探伤的具体部位。焊缝完成后质检人员及时按设计和GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊工返修。⑶钢结构安装质量控制
①、安装前，施工单位应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、缺陷超出答应偏差时，应进行处理。钢结构安装前，应编制具体的测量和矫正工艺，厚钢板的焊接应在焊接安装前进行模拟产品结构的工艺试验，编制相应的施工工艺。对拼装好的屋架应预设一定的起拱度。
②、钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。
③、钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。⑷高强螺栓施工质量控制
①、对于通过高强螺栓进行连接的钢结构，制作时必须首先注重高强螺栓摩擦面的加工质量及安装前的保护，并应按标准要求对每两千吨、每种规格、每种加工工艺的高强螺栓摩擦面进行抗滑移系数试验。②、钢构件角度偏差将严重影响构件组装时的高强螺栓穿孔率。构件的扭曲会影响连接面间的间隙。因此在钢结构制作时应预备一定的胎架模具以控制其变形，并在构件运输时采取切实可行的固定措施以保证其尺寸稳定性。
③、钢结构安装单位在安装高强螺栓摩擦面前，必须将摩擦面保护好，防止污染、锈蚀。并在安装前进行高强螺栓摩擦面的抗滑移系数试验、检查高强螺栓出厂证实、批号，对不同批号的高强螺栓定期抽做轴力试验。
④、对高强螺栓安装工艺、包括操作顺序、安装方法、紧固顺序、初拧、终拧进行严格控制检查，拧螺栓的扭力扳手应进行标定等。⑸钢结构的涂装工程：
①、表面预处理的清洁度和粗糙度、涂装环境温度和湿度、两次涂装的时间间隔、涂层的厚度等。其中清洁度和粗糙度可按照标准图谱进行检查，涂层的厚度通过测厚仪测得。
②、涂层表面不得误涂、漏涂，无脱皮和返锈，对涂层表面质量进行观察检查，干漆膜厚度的检验方法和验收标准应符合设计及GB50205等国家规范的有关规定。
③、防火涂料涂装工程应由经消防部位批准的施工单位负责施工。防火涂料的选择应是施工地消防部门认可的产品，并经国家权威防火产品检测机构检测符合设计对厚度和时间的要求。质检人员应随时检查涂装的基层质量。防火涂料不得漏涂、误涂，涂层应无脱层和空鼓。涂层厚度应按CECS24—90要求检查，并符合设计要求。质检人员对防火涂料的外观及表面质量按设计要求及有关国标进行认真检查，并填写记录表。⑹膜面屋盖工程
①、膜面材料质量：工程膜面采用的主要有是聚四氟乙烯涂面PVC聚酯纤维类薄膜和玻纤特富隆薄膜，该材料国际上仅有少数几家公司生产。材料主要指标应包括单位重量、厚度、力学性能、光学性能、防火性能及耐久性等。
②、膜面的制作质量：包括
1）几何尺寸：膜面的几何尺寸检查必须在拼接厂完成，拼接厂完工后按安装要求对膜面进行折叠、装箱，运到现场后直到吊装到安装位置才能展开。因此，在施工现场是无法对膜面尺寸进行测量的。
2）膜面和接缝质量：安装过程中监理必须检查膜面上是否有划伤或破洞。如发现问题，应分清责任，要求膜面供货单位或膜面安装单位进行赔偿或修补。③、膜结构支架制作安装：
1）膜结构支架制作质量与钢结构类似，其最大的要求是所有钢构件的表面必须打磨光滑，不得有尖角毛刺，以防划伤膜面。
2）膜结构支架安装质量主要是几何尺寸和焊缝表面质量。为防止膜面安装后起皱，并保证设计所需的张力，要求膜结构的安装尺寸误差尽可能的小，非凡是要控制支架的平行度、对角线等相关尺寸的误差。安装焊缝必须打磨平整，以防划破膜面。④、膜面安装：
1）非凡要安排好和主体钢结构安装单位的关系，协调相互间的进度。
2）膜面安装施工时应注重天气预，保证在整个安装过程中无四级以上大风和大雨。
3）当膜面安装过程当中发生膜面破损，必须立即进行修补。膜面张拉应力控制；膜面应力张拉不可一次到位，以防主体钢结构侧向失稳。应分块逐步张拉到位。
4）膜面张拉到位后，监理将会同安装单位质检人员对膜面张力按照膜结构设计提供的膜面应力值、测试部位和测试工具对膜面应力进行全面检查验收。同时检查压板螺栓有无漏装漏拧。5）防水密封：在膜面与天沟、膜面与膜结构的结合部位较易发生漏水，应及时检查发现泄露点，配合设计对泄露部位提出整改方案，督促施工单位进行防水施工。⑺钢结构预应力索或预应力拉杆的施工质量
①、拉索或拉杆的质量：钢丝或拉杆的材质控制、锚头的质量控制、锚头浇铸敦头、典型拉杆或拉索的一比一张拉试验、拉索或拉杆长度。
②、拉索或拉杆张拉力的控制。拉索或拉杆张拉对主体钢结构的影响。索张力或主体钢结构尺寸的控制关系。大跨度钢结构和索膜结构作为大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系统，其质量直接影响到建筑物的安全和使用功能。本文仅结合上海体育场、浦东国际机场、虹口足球场、上海新国际博览中心等工程的监理实践，对大跨度钢结构和索膜结构施工质量控制的几个主要方面进行一些讨论。⑴对桁架钢构件制作质量的控制
①、对于钢构件制作的胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等进行严格检查控制。②、钢构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。⑵钢结构焊接
①、对于施工单位首次焊接的钢种，一定要进行焊接工艺评定，并制定相应的焊接工艺。
②、监理一定要抓住对焊工合格证的检查。检查内容应包括：母材及焊材种类、焊接位置、焊工合格证的有效期。
③、严格把住接头装配质量关。接头的装配质量包括：坡口质量，根部间隙，对口错边量等几个方面。④、当焊接表面潮湿、有油污，焊接环境温度过大或焊接部位受风、雨、雪直接侵袭时，都无法保证焊出高质量的焊缝，非凡是焊低氢焊条时更轻易出现问题，施工单位应在工艺方案及对焊工进行施工交底时明确。
⑤、焊接过程中为减少焊接应力，防止产生焊接裂纹，应严格按照标准规定要求对焊接部位进行预热，在整个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度并一次焊完一条焊缝，在焊接完成后应及时按标准要求进行后热。
⑥、对设计及国家规范要求探伤的焊缝，应对每条焊缝按比例要求进行无损探伤。检验位置及长度由质检人员指定并书面通知NDT人员。检验后NDT人员应出具探伤告，探伤告应标明探伤的具体部位。焊缝完成后质检人员及时按设计和GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊工返修。⑶钢结构安装质量控制
①、安装前，施工单位应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、缺陷超出答应偏差时，应进行处理。钢结构安装前，应编制具体的测量和矫正工艺，厚钢板的焊接应在焊接安装前进行模拟产品结构的工艺试验，编制相应的施工工艺。对拼装好的屋架应预设一定的起拱度。
②、钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。
③、钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。⑷高强螺栓施工质量控制
①、对于通过高强螺栓进行连接的钢结构，制作时必须首先注重高强螺栓摩擦面的加工质量及安装前的保护，并应按标准要求对每两千吨、每种规格、每种加工工艺的高强螺栓摩擦面进行抗滑移系数试验。②、钢构件角度偏差将严重影响构件组装时的高强螺栓穿孔率。构件的扭曲会影响连接面间的间隙。因此在钢结构制作时应预备一定的胎架模具以控制其变形，并在构件运输时采取切实可行的固定措施以保证其尺寸稳定性。
③、钢结构安装单位在安装高强螺栓摩擦面前，必须将摩擦面保护好，防止污染、锈蚀。并在安装前进行高强螺栓摩擦面的抗滑移系数试验、检查高强螺栓出厂证实、批号，对不同批号的高强螺栓定期抽做轴力试验。
④、对高强螺栓安装工艺、包括操作顺序、安装方法、紧固顺序、初拧、终拧进行严格控制检查，拧螺栓的扭力扳手应进行标定等。⑸钢结构的涂装工程：
①、表面预处理的清洁度和粗糙度、涂装环境温度和湿度、两次涂装的时间间隔、涂层的厚度等。其中清洁度和粗糙度可按照标准图谱进行检查，涂层的厚度通过测厚仪测得。
②、涂层表面不得误涂、漏涂，无脱皮和返锈，对涂层表面质量进行观察检查，干漆膜厚度的检验方法和验收标准应符合设计及GB50205等国家规范的有关规定。
③、防火涂料涂装工程应由经消防部位批准的施工单位负责施工。防火涂料的选择应是施工地消防部门认可的产品，并经国家权威防火产品检测机构检测符合设计对厚度和时间的要求。质检人员应随时检查涂装的基层质量。防火涂料不得漏涂、误涂，涂层应无脱层和空鼓。涂层厚度应按CECS24—90要求检查，并符合设计要求。质检人员对防火涂料的外观及表面质量按设计要求及有关国标进行认真检查，并填写记录表。
⑹膜面屋盖工程
①、膜面材料质量：工程膜面采用的主要有是聚四氟乙烯涂面PVC聚酯纤维类薄膜和玻纤特富隆薄膜，该材料国际上仅有少数几家公司生产。材料主要指标应包括单位重量、厚度、力学性能、光学性能、防火性能及耐久性等。
②、膜面的制作质量：包括
1）几何尺寸：膜面的几何尺寸检查必须在拼接厂完成，拼接厂完工后按安装要求对膜面进行折叠、装箱，运到现场后直到吊装到安装位置才能展开。因此，在施工现场是无法对膜面尺寸进行测量的。
2）膜面和接缝质量：安装过程中监理必须检查膜面上是否有划伤或破洞。如发现问题，应分清责任，要求膜面供货单位或膜面安装单位进行赔偿或修补。③、膜结构支架制作安装：
1）膜结构支架制作质量与钢结构类似，其最大的要求是所有钢构件的表面必须打磨光滑，不得有尖角毛刺，以防划伤膜面。
2）膜结构支架安装质量主要是几何尺寸和焊缝表面质量。为防止膜面安装后起皱，并保证设计所需的张力，要求膜结构的安装尺寸误差尽可能的小，非凡是要控制支架的平行度、对角线等相关尺寸的误差。安装焊缝必须打磨平整，以防划破膜面。④、膜面安装：
1）非凡要安排好和主体钢结构安装单位的关系，协调相互间的进度。
2）膜面安装施工时应注重天气预，保证在整个安装过程中无四级以上大风和大雨。
3）当膜面安装过程当中发生膜面破损，必须立即进行修补。膜面张拉应力控制；膜面应力张拉不可一次到位，以防主体钢结构侧向失稳。应分块逐步张拉到位。
4）膜面张拉到位后，监理将会同安装单位质检人员对膜面张力按照膜结构设计提供的膜面应力值、测试部位和测试工具对膜面应力进行全面检查验收。同时检查压板螺栓有无漏装漏拧。
5）防水密封：在膜面与天沟、膜面与膜结构的结合部位较易发生漏水，应及时检查发现泄露点，配合设计对泄露部位提出整改方案，督促施工单位进行防水施工。⑺钢结构预应力索或预应力拉杆的施工质量
①、拉索或拉杆的质量：钢丝或拉杆的材质控制、锚头的质量控制、锚头浇铸敦头、典型拉杆或拉索的一比一张拉试验、拉索或拉杆长度。
公路桥梁中T型连续刚构桥施工技术分析
由于T型连续刚构桥跨度大,可减少桥墩,适合于深沟河谷、山高坡陡、施工场地狭窄的地形.再加上工艺成熟,近年来路桥建设中大量使用这种桥型技术.文章对T型连续刚构桥施工技术进行了分析.
作 者：邱海波 作者单位：广东省长大公路工程有限公司三分公司,广东广州,511540刊 名：现代企业文化英文刊名：MODERN ENTERPRISE CULTURE年，卷(期)：“”(21)分类号：U4关键词：T型连续刚构桥 预应力 挂篮 砼浇筑
高墩大跨度连续刚构桥由于其受力合理, 跨越能力大, 抗震性能优越、施工工艺成熟及造价相对经济等优点在山区高速公路中跨沟、跨河等地形条件下广泛采用。由于需要高空作业, 作业环境恶劣, 加之施工需要的大型机械设备及机具较多, 各工序作业相互交叉, 因此高墩大跨度桥梁施工危险源较多, 安全风险较大, 需要我们足够重视, 本文从大跨度连续刚构桥施工工序入手, 分析各施工过程存在的主要危险源, 然后结合以往施工经验提出各项应对措施, 为后续同类桥梁安全施工提供参考。
2 高墩大跨度连续刚构桥施工主要危险源
施工危险源指深基坑、高边坡、大模板、大型机械、施工支架、大型装配工程、地下暗挖工程、爆破工程等其他危险性较大的施工作业活动。
2.1 基础、承台及桥墩施工
基础、承台及桥墩等大跨度连续刚构桥下部结构施工主要危险源及可能发生的事故类型有:
1) 桩孔及基坑物块掉落、坍塌;
2) 人员掉落孔底及基坑底, 人员高空坠落, 物体高空坠落伤害;
3) 洪水、泥石流风灾及其他恶劣气候;
4) 触电, 电焊作业引发的火灾及爆炸事故;
5) 滑模、塔吊及电梯坍塌, 高空吊装坠落, 混凝土泵管高空断裂造成设备及人员伤害;
6) 机械伤害。
2.2 0#块及主梁悬臂施工
0#块及主梁施工主要危险源及可能发生的事故主要有:
1) 托架、挂篮的安装、移动及使用过程中坍塌;
2) 塔吊及电梯坍塌, 高空吊装坠落, 混凝土泵管高空断裂造成设备及人员伤害;
3) 人员坠落、物体坠落伤人;
4) 预应力钢筋张拉造成人员及设备损失;
5) 触电, 电焊作业引发的火灾事故。
2.3 现浇段及合拢段施工
高墩大跨度连续刚构桥两边跨一般都有现浇段, 需要有支架现浇施工, 往往由于地形限制及桥梁结构受力协调等原因边跨现浇段一般较高, 往往存在高边坡等恶劣施工环境, 存在较大的安全隐患。合拢段施工存在结构体系转换等施工工序, 工艺复杂也存在较大的安全隐患, 现浇段及合拢段施工主要危险源及可能发生的事故主要有:
1) 边坡滑坡泥石流, 坍塌, 造成重大伤害;
2) 现浇段施工支架、吊架坍塌;
3) 机械伤害;
4) 人员坠落;
5) 预应力钢筋张拉造成人员及设备损失;
6) 触电, 电焊作业引发的火灾事故等;
7) 挂篮、支架、吊架等施工平台拆除过程中造成的坍塌、伤害等事故。
从以上各施工工序容易发生的安全事故类型及主要危险源, 可以总结出高墩大跨度连续刚构桥主要施工存在的主要危险源有:高空人员坠落, 坠落物体伤害, 施工平台如滑模、挂篮、吊架、支架等的垮塌事故, 机械伤害, 触电, 电焊作业引发的火灾事故, 滑坡泥石流、风灾等恶劣气候等, 对施工安全造成重大隐患, 必须重点监控。
3 安全管理预防对策
3.1 制定安全专项施工方案
桥梁施工前应编制详细可行的安全专项方案, 从工程技术角度出发, 结合本桥特点, 将桥梁的施工工序由粗到细仔细罗列出来, 还需将这些施工所涉及的地质、气候条件及其他影响施工的因素列举出来, 分析各工序施工中存在的安全源及可能发生的安全事故, 然后制定详细可行的预防措施, 并制定可行的灾后处治对策, 制定具有惩罚性、激励性的安全施工管理机制, 落实人员责任制, 实施对所有施工参与人员的安全培训工作。
3.2 施工重大危险源预防对策
3.2.1 施工平台的坍塌预防措施
建筑及桥梁工程中由于施工平台如支架坍塌造成的重大事故大约占到总事故量的40%~50%, 因此必须重视施工平台的安全。
应严格按照《公路桥涵施工技术规范》等的要求对高墩大跨度连续刚构桥主要施工平台滑模、0#块托架、挂篮、现浇段支架、合拢吊架等进行设计、制作, 保证其应有足够的安全系数, 强度、刚度、稳定性等满足施工、规范及设计要求, 同时应编制专项施工及安全技术方案, 并提交相关部门论证、审核批准后, 方可依照实施。
施工平台应该严格按照设计图纸进行拼装, 拼装完成后应组织相关人员进行验收, 验收合格后应进行预压, 并在预压过程中进行监测, 了解其变形及受力性能是否满足设计要求及是否出现异常状况。施工平台在使用过程中应加强监测, 如有异常应查明原因及时处治。
施工平台的使用应按照操作规程进行, 不得随意对其进行改造, 使用中应对其进行日常检查养护, 确保其处于安全工作状况。
3.2.2 高空人员坠落、物体坠落预防措施
1) 高空作业人员不得有恐高症、高血压、心脏病、癫痫病、眩晕症等病症。
2) 施工前, 应组织有关人员进行安全技术交底, 制定安全技术措施, 检查安全防护用品是否齐备。可按需要增设照明、梯子、步板、拉件、安全网、风雨篷、操作台, 工作人员按规定戴安全帽、系安全带。
双层作业时, 操作人员必须严守各自岗位职责, 防止疏漏及掉落铁件工具等。
3) 施工平台拆除时, 经技术部门和安全管理人员检查同意后方可拆除并按结构传力路径自上而下, 逐步下降进行;严禁将架杆、扣件等向下抛掷。
4) 桥下施工场地、人员车辆通道应安设防护棚架, 防止坠物伤害, 闲杂人员一律不得在工地逗留。
3.2.3 基坑及边坡坍塌预防措施
1) 基坑开挖作业中要随时注意土壁变动情况, 发现裂纹或塌落迹象, 要及时进行处理。基坑边缘1m范围内不得堆土、堆料和停置机械设备等荷载。
2) 对边坡清坡处理, 清除表明虚土和有滑坡可能的岩体, 如有必要应进行边坡加固处治工作, 必须保证地基平整、密实、稳定, 承载能力应符合设计要求, 设置排水沟, 保证排水通畅。
3) 对高危边坡及基坑进行加固并进行监控, 确保安全。
3.2.4 机械伤害预防措施
1) 各种机械操作人员和车辆驾驶员必须持证上岗;对机械操作人员建立档案, 专人管理。
2) 操作及车辆驾驶人员按照操作规程进行作业, 落实对机械车辆的检查保养工作。
3) 使用钢丝绳的机械, 在运转中严禁用手套或其他物件接触钢丝绳, 用钢丝绳拖、拉机械或重物时, 人员远离钢丝绳。
4) 定期对机电设备、车辆进行安全大检查, 对检查中查出的安全问题进行调查整改处理, 制定防范措施, 防止机械事故的发生。
3.2.5 用电预防措施
1) 加强用电安全管理。生产、生活用电按照有关规定架设线路、建立变电站和安装变压器级配电盘。电工必须由取得上岗证并有丰富经验的人员组成。必须设置自动断电、防触电及避雷装置。在高压线下作业或堆放物料, 搭设临时设施、停放机械设备、起重作业等都要严格按规定的高度和范围进行。严禁乱拉电线和私接电器设备, 非专业电工不得从事电工作业。
2) 用电线路及设施应按照规范进行布设安装及使用, 并定期检查和防护, 对检查不合格的线路、电器设备, 及时维修更换, 严禁带故障运行或作业。
3) 恶劣天气如大风雷雨天气等在必要时应关闭电源, 预防导电、雷劈等灾害发生。
3.2.6 火灾事故预防措施
1) 建立防火安全责任制, 职责明确, 落实到人, 进行人员消防知识技能培训。
2) 了解气象信息, 在高温、干旱、大风等天气出现时, 加强防火措施, 进行时时检查。
3) 做好易燃易爆用品的管理和使用, 做好灭火用品及器材的配备。
4) 电焊作业时应做好防护准备工作, 避免由于电焊作业导致火灾事故。
5) 混凝土养生保温禁止采用明火升温措施。
3.2.7 恶劣气候引发事故预防措施
1) 做好施工场地、项目部的选址工作, 尽量避免在滑坡体、易受洪水侵蚀的区域驻扎。
2) 与当地气象及河流水文观测部门加强联系, 了解近期气象信息, 掌握雨汛、水文及可能诱发的泥石流信息, 如遇有灾害性天气和水情, 提前及时做出应对, 撤出人员及设备。
3) 提前做好防护工作, 对堤岸、边坡围堰等进行加固防护;必要时对塔吊等设置风揽。
4) 特别注意对风速的观测, 以便及时采取防护措施, 遇有大风及恶劣天气时, 应停止作业。
3.2.8 预应力张拉引发事故预防措施
1) 压应力张拉施工应由技术熟练经验丰富的技术工人担任, 设专人指挥。
2) 张拉区设置警示标志, 无关人员禁止进入, 张拉时千斤顶前端禁止人员出现。
3) 依据张拉力选用合适的张拉设备, 保证千斤顶有富余的张拉能力, 及时对张拉设备检定保养。
4 结论
高墩大跨度连续刚构桥安全生产压力非常大, 我们必须时刻做好警惕, 对施工中的危险源及可能产生的安全事故进行仔细梳理分析, 并制定安全预案、应对措施及详细施工操作规程, 并在施工中严格按照规范、预案及详细操作规程施工, 就能有效的规避风险, 消除安全隐患, 杜绝重大伤亡事故, 达到安全生产的目的, 取得良好的社会及经济效益。
摘要：高墩大跨度连续刚构桥由于其墩身高度大及主梁需要挂篮悬臂施工, 施工中安全风险较大。本文从高墩大跨度连续刚构桥施工过程入手, 分析了影响安全施工的因素, 提出了预防应对措施, 可以为同类桥梁安全施工提供参考。
关键词：连续刚构桥,安全预防,施工
参考文献
[1]徐德志.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁施工阶段风险评估和风险管理.同济大学硕@士学位论文, 2008.
[2]刘英富.桥梁施工风险评估方法研究.长安大学硕士学位论文, 2005.
关键词：连续刚构桥,波形钢腹板,自振特性,桩土效应
0 引言
波形钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢—混凝土组合结构, 由混凝土顶底板、预应力筋和波形钢腹板三部分组成[1]。该结构充分利用了混凝土抗压, 波形钢腹板抗剪屈服强度高的优点, 有效地将钢、混凝土两种材料结合起来, 扬长避短, 提高了材料的使用效率, 是一种经济、合理、高效的结构形式[2]。
波形钢腹板PC组合箱梁桥因其自重降低, 相对于混凝土箱梁桥在抗震方面具有明显优势, 因此对其动力特性的研究具有重要意义。本文就某一双幅单箱单室波形钢腹板连续刚构桥, 应用有限元软件Midas Civil建立全桥空间有限元模型, 主要就结构构造方面, 以及不同的结构参数变化等因素对桥梁自振特性的影响进行计算分析。
1 工程概况
大桥为1座4跨波形钢腹板—混凝土组合连续刚构桥, 总体跨度布置为 (57+100+100+57) m, 主桥分为左右两幅, 单幅桥面宽度为13 m。主梁采用单箱单室截面, 墩顶处梁高6.2 m, 跨中合龙段梁高3.2 m, 箱梁梁高按1.8次抛物线变化。波形钢腹板与混凝土顶底板垂直, 在距离主梁根部一定范围内设置腹板内衬混凝土。
2 有限元模型
利用有限元软件Midas Civil建立波形钢腹板箱梁连续刚构桥有限元模型以及等效的PC箱梁连续刚构桥有限元模型。其中混凝土腹板厚度等效原则为:在剪力作用下, 腹板能承受相同的剪力[3,4]。波形钢腹板箱梁连续刚构桥和PC箱梁连续刚构桥2个有限元模型除腹板不同外, 其余尺寸均一致, 主梁截面如图1所示。模型以顺桥向为x轴, 横桥向为y轴, 竖向为z轴, 有限元模型如图2所示。
通过有限元分析计算, 波形钢腹板箱梁连续刚构桥和PC箱梁连续刚构桥上部结构自重分别为:2.37×105k N, 2.86×105k N。波形钢腹板箱梁连续刚构桥上部结构自重相对PC箱梁连续刚构桥减少17%左右。2座桥主梁截面特性值如表1所示。由表1可知, 波形钢腹板连续刚构桥主梁根截面面积 (A) 、绕x轴惯性矩 (Ixx) 、绕y轴惯性矩 (Iyy) 和绕z轴惯性矩 (Izz) 分别是PC连续刚构桥主梁的0.57倍, 0.28倍, 0.85倍和0.57倍;跨中截面则分别是0.8倍, 0.47倍, 0.92倍和0.81倍。即波形钢腹板主梁的截面刚度明显低于预应力混凝土主梁, 且扭转刚度 (Ixx) 尤为突出。
3 桥梁自振特性分析
由计算分析分别得到波形钢腹板箱梁连续刚构桥和PC箱梁连续刚构桥的前10阶自振频率和振型特征, 如表2所示, 波形钢腹板连续刚构桥前5阶振型图见图3。由图表可知, 2座桥前5阶振型特征基本相同, 波形钢腹板箱梁连续刚构桥自振频率总体上略小于PC连续刚构桥。
4 桩土效应对桥梁自振特性的影响
分别建立波形钢腹板连续刚构桥考虑实际“桩土效应”和不考虑“桩土效应”的空间有限元模型, 分析“桩土效应”对波形钢腹板连续刚构桥自振特性的影响。由表3可知, 考虑实际“桩土效应”模型的一阶自振频率相对不考虑“桩土效应”模型低10.7%左右。
5 桥墩之间系梁对桥梁自振特性的影响
分别建立左右幅桥墩之间无系梁模型、有系梁模型 (实际结构) 以及多系梁有限元模型, 各系梁布置情况如图4所示, 各方案动力特性计算结果见表4。
由表4可得, 方案二 (中墩双系梁, 边墩单系梁) 相对方案一 (无系梁) 顺桥向一阶自振频率基本相同, 但横桥向一阶自振频率增大近35%, 并且前10阶自振频率均有所增大, 说明墩柱之间的系梁对提高结构横向刚度有重要意义;同时, 对于方案三 (中墩双系梁, 边墩双系梁) 相比方案二而言自振频率变化不大, 因此方案二即中墩采用双系梁, 边墩采用单系梁为最优选择。
6 波纹形状对桥梁自振特性的影响
波形钢腹板的几何形状参数包括波高h、子板宽b、折叠角α, 考虑到钢板的加工需要, 波形钢腹板每一子板宽度都相同[5]。因此, 波形钢腹板形状参数独立变量只有两个, 即子板宽b以及折叠角α。
为分析波形钢腹板的波纹形状对桥梁自振特性的影响, 分别考虑两种情况:1) 保持子板宽度b=430 mm不变, 折叠角α=10°~50°;2) 保持折叠角α=30°不变, 子板宽度b=200 mm~600 mm。桥梁各方向一阶自振频率变化如图5, 图6所示。
由图5, 图6可知, 当波形钢腹板子板宽b不变时, 桥梁顺桥向、横桥向及竖向一阶自振频率均随着折叠角α在10°~50°之间增大而逐渐减小;当折叠角α不变时, 桥梁顺桥向、横桥向及竖向一阶自振频率在子板宽200 mm~300 mm和400 mm~500 mm区间内逐渐减小, 在子板宽300 mm~400 mm和500 mm~600 mm区间内逐渐增大。
7 结语
通过对某一双幅单箱单室波形钢腹板连续刚构桥进行自振特性分析, 可得出以下结论:1) 相对PC箱梁连续刚构桥而言, 波形钢腹板箱梁连续刚构桥上部结构自重大大降低, 即结构抗震性能得到显著提高。2) 波形钢腹板连续刚构桥总体自振频率略小于等效PC连续刚构桥;2座桥前5阶振型特征基本相同。3) 考虑结构“桩土效应”与否, 对波形钢腹板连续刚构桥自振频率影响较大, 建议在有限元模型中按实际情况模拟桩土相互作用。4) 针对双幅单箱单室波形钢腹板连续刚构桥, 桥墩之间的系梁对提高桥梁整体横向刚度有重要意义。5) 波形钢腹板折叠角α在10°~50°之间增大, 桥梁一阶自振频率逐渐减小;波形钢腹板子板宽度在不同的取值区间变化, 对桥梁自振特性的影响不同, 设计时建议按实际情况合理取值。
参考文献
[1]陈宜言.波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2009.
[2]徐强, 万水.波形钢腹板PC组合箱梁桥设计与应用[M].北京:人民交通出版社, 2010.
[3]张长青, 安永日, 安里鹏.波形钢腹板连续刚构桥的地震响应分析[J].桥梁建设, 2011 (3) :17-21.
[4]孙凌岩.波形钢腹板箱梁矮塔斜拉桥结构行为研究[D].成都:西南交通大学, 2011.
某大跨度预应力混凝土连续刚构, 箱梁采用三向预应力结构。自大桥通车以来, 繁重的交通量和屡禁不止的超载、超重等因素对大桥的承载力带来较大不利影响, 并出现了一些病害, 主要表现在:在跨中底板出现裂缝和下挠, 主桥跨中区域普遍下挠, 并有进一步发展的趋势。中跨跨中附近五个梁段内箱梁出现受弯裂缝导致底板横向开裂。这大大影响桥梁的使用寿命, 为了保证桥梁运营安全可靠, 进行维护加固是当务之急, 其中增设体外索 (纵向预应力钢束) 是一个主要维护措施, 通过在箱梁内侧布置体外预应力钢束来提高桥梁的承载力, 使维护后的结构在原有预应力钢绞线锈蚀10%后仍能达到汽车-超20级、挂车-120标准, 并保证有一定的安全储备。
该项目体外索加固的主要内容为:a、体外索齿板新旧混凝土接触面凿毛, 设置剪力槽;b、钻孔种植锚筋;c、布设普通钢筋、预应力管道及预应力锚具;d、浇筑齿板混凝土;e、体外索制作、安装、张拉及防护;f、施工监控。
2 项目特点
本项目采用的体外预应力钢束均为底板束。底板束锚固构造特点:在箱梁内侧浇筑新齿板, 通过在箱梁底板凿出剪力槽, 新旧混凝土接触面种植钢筋, 使结构共同受力。底板束均通过齿板锚固于底板上并靠近底板布置。
单幅桥箱梁中跨共设7对27Φj15.24 mm的钢绞线束, 边跨各设一对相同规格钢绞线束。预应力钢束采用无粘结钢绞线束, 在单根钢绞线外套PE管, 并注满防腐油脂, 中跨预应力钢束采用两端张拉, 边跨采用一端张拉。张拉控制应力为1 209 MPa (0.65Ryb) , 每束钢束的张拉力为4 570 kN。锚具采用ECR6-27型锚具。
3 该桥梁病害形成原因分析
(1) 由于原设计对收缩徐变认识不够, 实际上混凝土的收缩徐变可能要大, 那么跨中下缘混凝土的储备会减少, 会促使底板产生横向裂缝和跨中下挠。
(2) 通过检测, 梁体在施工过程中有较大的超方, 这部分增厚的混凝土会使跨中下挠3.6 cm, 而其引起的收缩徐变又会使跨中下挠10.3 cm, 此部分荷载在跨中产生拉应力, 也会使跨中应力储备减少。
(3) 不同的温度梯度变化对于跨中下缘应力储备也是不同的。
综合以上三点, 通过计算分析, 跨中下缘在 (恒载+预应力+收缩徐变+活载+降温负温差) 组合下, 中跨跨中下缘有2.3 MPa的拉应力, 这也表示跨中混凝土已开裂。另外计算分析可知, 铺装加厚与收缩、徐变的估计不足以及铺装加厚引起的收缩、徐变共使跨中产生3.6+2.8+10.3=16.7 cm的下挠。由于跨中下挠也会加剧箱梁的开裂, 而箱梁开裂引起下缘失效, 结构形心轴上移, 又会加速箱梁的下挠, 跨中开裂与跨中下挠是相互影响的, 从理论上分析了大桥出现病害的根本原因。
4 增设体外索的施工工艺要点与难点
4.1 体外索齿板新旧混凝土接触面凿毛, 设置剪力槽
根据设计要求, 剪力槽的设置间距为34 cm, 宽度26 cm, 深度为5 cm。
(1) 新旧混凝土接触面凿毛时尽量采用小锤轻击, 不能用力过大, 以免损伤箱梁。
(2) 为了保证维护新浇混凝土与原结构混凝土结合良好并共同受力, 凿除面应保持毛面。凿除混凝土时宜从凿除区表面中间开凿, 凿除区内原结构的构造钢筋不得剪除, 浇筑混凝土时应按原样予以连接恢复。
(3) 齿板新旧混凝土接触面开剪力槽, 先采用人工轻凿的方法, 核对混凝土保护层的实际厚度, 然后采用电锯锯开混凝土层约4cm深。为确保避免破坏原箱梁钢筋, 需留有1 cm厚度的混凝土层采用人工轻凿的方式凿除。
(4) 为了保证新旧混凝土接触面具有良好的剪切效果, 剪力槽槽壁和底板底面需设置为直角。
4.2 钻孔种植锚筋
(1) 钻孔使用手提冲击钻采用尽量小的振动施工工艺, 以保证不损伤箱梁。齿板钢筋采用ϕ16螺纹钢筋, 种植锚筋埋深为16 cm和21 cm, 钻孔直径为22 mm。锚筋抗拔力在50 kN以上。
(2) 由于原箱梁底板、腹板均布设了预应力钢筋, 为防止钻孔伤及预应力钢筋, 钻孔前采用探测仪探测并先进行试钻以避开原预应力管道。如钻孔与波纹管位置冲突, 则将该钻孔及随后钻孔位置适当偏移避开, 偏移量以与设计钻孔位置距离不大于5 cm控制。
(3) 钻孔完成后用高压空气和毛刷对成孔进行清理, 保证种植锚筋前孔内无灰尘, 保证锚筋的锚固效果。
(4) 植筋胶采用抗疲劳性能优良的喜利得RE500型优质植筋胶, 凝胶时间30 min左右, 固化时间3 h以上, 固化前不得碰撞已植入的钢筋。
(5) 因齿板植筋采用门式钢筋, 在植筋时没有钢筋旋转插入再次搅拌混合植筋胶的过程。为了验证现场植筋效果和RE500型植筋胶主料及固化剂的拌和效果, 正式种植前, 模拟种植锚筋, 按钢筋插入工艺进行两组设计拉拔力和极限拉拔力的粘结拉拔试验, 并验证胶凝和固化时间。
(6) 为了保证箱梁在钻孔期间的安全, 钻孔植筋按如下要求进行:钻孔应纵向一排一排进行, 随着钻孔进行, 植筋及时跟进。
4.3 布设普通钢筋、预应力管道及预应力锚具
(1) 按照设计的规格和间距布设绑扎普通钢筋。
然后安装齿板钢束预埋钢管。预埋钢管规格采用Ф140×3 mm的普通钢管。普通钢筋与预埋钢管相碰时, 应适当移动普通钢筋, 保证预埋钢管线形不变。预埋钢管定位必须准确牢固, 按照设计位置设置预埋钢管平弯段和竖弯段以满足钢束定位精度要求。
(2) 按照设计要求安装预应力锚垫板和螺旋筋。
预应力钢束轴线应与锚垫板垂直。锚下的螺旋筋及加强钢筋要严格按设计要求设置, 喇叭管与锚垫板、预应力管道要连接平顺、密封, 对锚垫板上的压浆孔要妥善封堵, 防止浇注混凝土时以上部位漏浆, 造成穿束困难。
4.4 浇筑齿板混凝土
(1) 为尽量减少车辆震动影响混凝土初凝以及新老混凝土的结合效果, 采用和易性良好的高性能混凝土, 配合结构模板, 浇筑前进行充分准备, 确保一次浇筑成形, 不允许产生施工缝。
(2) 考虑箱内空间限制及尽量减少施工荷载, 并防止离析, 混凝土采用箱外拌和及泵送工艺。
(3) 在齿板混凝土浇筑前原箱梁底板表面需提前24 h充分润湿。混凝土浇筑前30 min在原混凝土面喷涂E200界面胶。该界面剂的主要成分为环氧树脂 (主剂) 和脂肪族聚酰胺 (硬化剂) , 具有优越的机械性能强度和湿润面粘结性能, 广泛应用于提高新旧混凝土界面粘结性。
(4) 维护所用混凝土应尽量缩短初凝时间。为了保证浇筑混凝土施工顺利进行, 应预先进行混凝土配合比、强度及弹性模量试验, 并注意实验养生条件与实际的差异。在满足设计标号的前提下尽量减少水灰比, 降低水泥用量, 最大水灰比应控制在0.35以内, 以尽量减少混凝土的收缩。混凝土扩散度半径大于50 cm。
(5) 为验证新浇混凝土与原结构混凝土结合情况, 施工后, 进行了取芯试验, 钻孔应小心进行, 选取安全部位, 严格控制孔深, 取芯后用60号微膨胀混凝土填孔恢复。
5 体外索制作、安装、张拉及防护
5.1 体外索制作、安装
(1) 无粘结钢绞线的下料
按照设计图纸计算无粘结钢绞线下料长度, 在厂内进行无粘结钢绞线的切断下料工作。下料长度的计算应考虑钢束曲线长、锚夹具长度、千斤顶长度及外露工作长度等因素。
(2) 无粘结钢绞线包装成盘后采用汽车装运至工地现场。待安装的钢束从桥顶板开设的30 cm×30 cm的进料孔中采用人工徐徐小心送入。在钢束安装过程中必须非常小心, 并采取保护措施防止损伤钢束外套PE层。
(3) 穿入预应力管道的各股无粘结钢绞线, 必须顺直、无交叉。
(4) 布索完成后, 按图纸要求在相应位置设置橡胶垫块, 橡胶垫块与底板混凝土用环氧树脂粘结。
(5) 穿束前无粘贴预应力筋张拉段范围内PE先行去掉, 将内部油脂全部清除干净, 以确保夹片与钢绞线的咬合。
(6) 为了检测施工过程中以及运营阶段的锚下压应力, 在下游幅箱梁跨中的下游侧1#、4#、7#体外索夹片后锚板和锚垫板之间安装应力环。
5.2 体外索张拉
混凝土养护龄期达7 d及混凝土强度达到设计强度的90%后, 方可张拉预应力钢束。张拉荷载采用“双控”法进行控制, 即主要以压力表的读数为准, 延伸量校核为辅的控制方法。预应力钢束的张拉顺序, 应使结构基本上保持受力均匀、同步, 所以在张拉过程中应遵循同步、大体对称、两端同时张拉的原则。
5.2.1 体外索张拉前的准备工作
为了能够清晰观察混凝土是否出现裂缝, 齿板周围与齿板边角的残渣、浮浆、松散混凝土需认真凿除并清理干净。在体外索张拉前, 齿板周边、齿板与箱梁底板混凝土接触面、齿板锚后范围的底板混凝土等部位有没有出现裂缝, 需仔细观察, 并要进行书面记录与描述。
5.2.2 施工监控
在连续刚构桥进行体外索加固前后及加固施工过程中, 为了掌握梁体应力和挠度的变化与设计数据的吻合情况, 进行了施工监控。
(1) 挠度监控即测量桥面标高。在边跨、墩顶、中跨、中跨跨中等部位均布置了若干测点。在加固施工前、浇注底板钢束齿板前后、张拉底板钢束后均测量了各点的桥面标高。
(2) 应力监控及测量梁体应力。在各墩顶、跨中、各控制点及产生混凝土最大压应力的地方布置应变片。在受拉区当裂缝闭合时混凝土开始受压, 测量该点的应力变化值。在受压区测量最大压应力的增量。测量内容为在维护施工前、浇注底板钢束齿板后、张拉底板钢束后均测量了各点的变形值。比较每个施工阶段梁体的应力变化情况, 并与设计值作比较, 以检验梁体的维护效果。
5.2.3 体外索张拉过程中的齿板观测
在体外索张拉前后与张拉过程中需对齿板混凝土等相应位置进行混凝土应变的观测。
(1) 在齿板顶面靠近张拉端的位置安装一个百分表。目的是观测张拉过程中齿板混凝土的纵向变位与混凝土变形情况。
(2) 在齿板两侧面与底板的接触面靠近张拉端的第一、二条剪力槽34cm范围各安装二个百分表。目的是观测齿板近张拉端的第一、二条剪力槽的工作性能, 以及是否存在张拉过程中齿板剪力槽被各个击破的可能。
(3) 在齿板张拉端端面与底板的接触面位置安装一个百分表。目的是观测张拉过程中与张拉以后以上位置的混凝土变形、竖向与纵向位移与裂缝产生开展情况。
(4) 在齿板侧面近张拉端位置靠近斜下角各安装一个千分表, 观测该位置的混凝土应变, 以确认是否存在拉应力。
(5) 因中跨的齿板比较集中, 需注意观察箱梁底板有没有应力叠加效应以及底板混凝土的抗压承受能力, 并观察张拉前后有无裂缝。
5.2.4 试验索的张拉施工
将第一对索的张拉作为试验段的过程。可以选择选择相对最不利的情况。以检验多数齿板的工作性能。为了保证第一对索张拉施工的安全, 张拉过程需分二级进行。第一级张拉到70%的设计张拉力, 即3 200 kN。第二级张拉力为设计张拉力, 即4 570 kN。
第一级张拉完成后停顿4 h～5 h, 进行观察, 重点观察齿板张拉端侧面与端面斜角位置的混凝土有没有斜裂缝出现、齿板与底板混凝土接触面有没有裂缝出现。
考虑到桥梁通车过程中有一个动菏载的作用, 所以在第一对索张拉完成后需持续观察2 d～3 d, 以观察裂缝是否产生。张拉前后观察过程确保连续进行, 并记录观察结果。正式张拉前, 需读取百分表、千分表的初读数, 张拉过程中与张拉完成后, 需观察仪表的中间读数与最终读数, 计算仪表读数累差。观测结果需及时进行书面记录。
5.2.6 其他体外索的张拉
根据第一对试验索的张拉情况与观测结果, 试验索张拉作业与齿板工作性能正常, 则其他索的张拉顺序为先张拉长索, 后张拉短索, 即从BM7#索向BM1#索的方向进行。
预应力筋张拉用液压千斤顶的张拉行程为200 mm, 因本桥部分体外索较长, 其张拉伸长值达到千斤顶张拉行程的数倍, 因此必须多次张拉、多次锚固, 才能最终达到伸长值。
5.3 体外索防护
(1) 安装热收缩套管。热收缩套管采用聚乙烯高分子化学材料。该材料具有优异的耐老化性能、使用寿命长、能适应较恶劣的的外界环境条件。在正式进行热收缩套管的安装施工前需完成热收缩材料的施工工艺试验。工艺试验合格后方可正式使用。
体外索无粘结钢绞线安装采用各股逐根安装工艺。在安装第一根无粘结钢绞线时, 就可预先将节段长度为50 cm的热收缩套管提前安装在钢绞线束上。热收缩套管的热缩施工工序均安排在体外索张拉完成后进行, 采用专用火焰枪喷火焰至热收缩材料外表面, 在热缩时应保证火焰枪至热收缩材料表面保持适当距离并保证加热均匀, 以保证热收缩材料的均匀收缩和外形美观。其他防护作业在体外索张拉完成后进行。
(2) 后锚盖安装。用砂轮切割机切除多余的钢绞线, 然后安装配套的后锚盖, 并将与锚垫板接触面四周进行密封, 并检查灌油孔与出油孔是否畅通。
(3) 锚管内灌注防腐油脂。锚管内灌注防腐油脂采用专用压油机进行。将齿板末端的体外索管道进口端采用密封胶泥进行密封, 并预留带阀门的灌油孔, 然后从管道进口端的灌油孔压注防腐油脂, 压注速度不宜过快。待钢绞线与夹片的缝隙中冒出油脂后, 继续压注, 直至油脂填充满后锚盖帽并从后锚盖出气孔中冒油, 视为压油饱满。然后将后锚盖的出气孔封闭, 同时封闭灌油孔。
(4) 在设置测力环的体外索锚端, 加工后锚盖需留有穿行数据电缆的U型槽口, 并按以上顺序灌注防腐油脂进行防腐。
6 应用推广情况
通过增设体外索对大跨度连续刚构桥箱梁进行维修加固, 来提高桥梁的承载力, 维持主桥的运营桥面线形, 增大主梁的最小压应力储备, 延长了桥梁的使用寿命。该施工工艺对类似桥梁维修加固具有一定的代表性。因现有的公路上旧危桥加固维修工作任务繁重, 该工艺对旧危桥加固维修领域应用推广价值较大。
7 结语
本连续刚构梁体采用增设体外索等维护加固措施, 基本上达到了原维护加固设计的目标, 在原有预应力钢绞线在维护后使用年限内损失10%和不损失两种情况下, 确保该桥满足结构极限承载力和正常使用的要求, 并适当改善了纵向桥面线形, 使跨中挠度上升2 cm～3 cm, 缓和主梁明显的继续下挠现象, 维持以后运营的桥面线形, 增大了主梁最小压应力储备, 跨中底板下缘增加了不小于5MPa的压应力, 除将跨中横向裂缝闭合外尚留有2MPa的压应力。
本维护设计体外索预应力张拉引起的结构变形与结构在降温条件下发生的变形方向一致, 会增大边主墩的不利内力, 经过对维护后的主墩墩身进行计算, 维护后墩身混凝土最大压应力为18 MPa, 钢筋最大压应力为142 MPa, 钢筋最大拉应力为173 MPa, 均满足规范要求, 维护后墩身是安全的。
一般来说,大跨度连续梁桥所采取的施工方法主要是分段悬臂浇筑,该施工方法具有高效、成本较低以及易于控制质量等优点。然而大量实践表明,大跨度连续梁桥线型会因施工各阶段中设计假定达不到要求、温差以及预应力等误差累积而产生无法达到设计值的局面。因而要想做好大跨度连续梁施工,对其影响线型的因素展开探究十分必要。通过对众多科研成果研究以及结合笔者自身工作实践,影响大跨度连续梁桥线型因素一般有以下几方面:(1)混凝土收缩徐变;(2)温度差;(3)浇筑桥梁段重量误差;(4)预应力误差;(5)荷载变动。对此,笔者认为广大建设者应充分掌握这些影响因素,以便于在具体的大跨度连续梁施工中采取相应措施进行处置。
2 大跨度连续梁线型控制技术
大跨度连续梁线型控制中主要包括两方面:平面线型以及纵向线型,但不论是哪一个线型都须进行一个精准、整体以及严瑾的测量,因而这就需要测量人员依据具体的工程建立出控制基准。通常该控制基准主要通过在桥梁工程中布设一个使用水准仪和全站仪的三角控制网展开观测。此外为了最大程度地确保三角控制网的策略精度,施工人员必须在其建立后定期进行检查与复测,一旦发现点位松动应立即按要求予以调整。
以某地一座平面圆曲线为R=5000m,竖曲线半径为R=20000m的桥梁为例,该桥变坡点桩号是K6+637,其纵坡分别为-3.0%,4.0%,并且该桥梁主桥主跨、边跨以及引桥长度为65,36,30m。该桥梁建设中主跨采取变高度预应力混凝土连续梁错墩布置,引桥采取组合箱梁。在该桥梁的控制基准建立中,测量人员首先通过使用水准仪与全站仪对其三角网控制点严格根据四等水准、四等三角网要求展开测量,随后测量人员使用南方平差易2005软件对测量值进行平差,最后将该结果作为其控制基准。需要注意的是,在对测量值进行平差时,平差结构必须符合精度要求。
2.1 平面线型
一般而言,平面线型作为大跨度连续梁线型控制技术中的重要组成部分,做好平面线型的控制将有助于保障大跨度连续梁施工质量,而做好平面线型控制的难点主要有放样误差、施工误差等两方面。对此将重点论述如何对这两方面平面线型误差进行控制。
2.1.1 平面线型放样误差控制
大跨度连续梁的平面线型施工放样一般采取全站仪通过后方交会法或者偏角法开展,此外在实际放样中主桥位于大半径曲线段以及直线段上。因而要想对平面线型放样误差进行控制,测量人员可以采取在箱梁块件端点外边线进行精确放样即可,并严格将该误差控制在4～6 mm范围。此外,在放样过程中如果出现超限的情况,测量人员必须立即对超限的原因进行分析,随后根据分析采取针对性措施对放样进行调整,以此确保平面线型放样准确性。
2.1.2 平面线型施工误差控制
在大跨度连续梁施工中,造成平面线型施工误差产生的主要原因在于,放样结束后施工人员所开展的诸如钢筋绑扎等进一步施工会致使箱梁模板产生横向位移。若不采取措施控制该施工误差,那么将会导致大跨度连续梁平面线型出现偏差,进而造成主桥整体线型严重破坏。故认为施工误差的控制可通过使用连续观测法解决,即测量人员在每项施工工序完成后便复核之前放样的箱梁边线,一旦出现偏差立即予以调整。
2.2 纵向线型
相比于大跨度连续梁平面线型控制,纵向线型控制涉及内容较多,其中又以大桥连续箱梁挂篮施工线性形控制为作业的难点与重点内容。在挂篮悬臂施工中,高程基准点的精确程度、挂篮与支架到的弹性变形值、梁体挠度的确定是影响主桥纵向线型的主要因素,具体分析如下。
2.2.1 高程基准点
在作业过程中,严禁更换大跨径桥梁高程基准点,并确保基准点的固定、精确与统一。所以,应采用水准仪加悬挂钢尺的方式来把高程基准点从0号块主桥移到支座中心对应的0号块梁体顶面上,并分别进行联测,以保证基准点的统一与准确。在控制模板标高时,应选取每个墩0号块为该墩块件的基准点,以保证高程结果的固定。值得注意的是,当出现墩和基础沉降较大或是结构受力体系改变的情况下,应增加对0号块件顶面的高程基准点的复测次数。
2.2.2 支架和挂篮弹性变形值
(1)应依照相关对顶要求来进行堆载与预压支架,以避免支架的非弹性变形与沉降现象出现。在进行预压时,应分别观测预压前、预压后以及卸载后支架的沉降情况,并以此为基础确定出支架的弹性变形值。(2)在安装挂篮前,应分别计算挂篮的刚度、强度以及抗倾覆性的理论值,并依据相关规定进行挂篮堆载预压实验,判断挂篮的刚度和强度能够达到相应标准,并且消除其非弹性变形。在进行预压时,应分别观测预压前、预压后以及卸载后挂篮的变形情况,从而确定出挂篮的弹性变形值。
2.2.3 梁体挠度的确定
于梁端设置高程监控点,并在混凝土预应力张拉、浇筑前后进行前一施工块件的高程观测来明确主桥梁体的挠度。主要观察混凝土浇筑前地板观测点的标高、浇筑后地板观测点的标高、预应力张拉前顶板观测点的标高以及张拉后顶板观测点的标高。并整理、汇总与分析所得到的数据信息,将挂篮弹性变形值分离出来,从而得出准确的梁体挠度。
3 作业过程中各块件的控制要点
3.1 直线段与主梁0号块
支架现浇工艺是直线段与主梁0号块作业所采用的主要工艺。因此,须要对之家进行预压以消除其非弹性变形,并借助高程观测得出准确的支架弹性变形,最后采用立模标高公式将直线段与主梁0号块的立模标高计算出来。
3.2 主梁悬臂端
安装挂篮前,应预压挂篮,将其变形值检测出来,并以此判断挂篮的刚度,并将其非弹性变形消除,从而得出准确的弹性变形值。
3.3 合龙段
首先,应对悬臂端进行等载配重,分别在两段配置2/1合龙段的重量,并观测进行两段进行合龙段配重后的标高,将其与设计高差进行比较,如若高差大于20mm,则应重新调整两段的配重。
4 结束语
大跨度连续梁施工具有较强的复杂性,在具体作业当中,应将各方面的因素,如温度、原料以及与预应力张拉情况等内容进行综合考虑。在进行线型控制时,应将预计情况与实际情况相比较,并依据具体情况进行具体的控制,并与各个阶段完工周进行线型的复测与修正,以确保与提升施工质量。
摘要：随着我国经济社会发展的持续深入,桥梁作为推动经济社会发展的重要支撑力量得到了巨大的发展。而在众多不同类型的桥梁工程中,大跨度连续梁桥梁以其整体刚度好、承载能力强、接缝少、安全性高等优点广泛地应用于我国的桥梁工程建设。然而大跨度连续梁施工极易受到诸如荷载、计算假定以及位置等误差影响,致使桥梁主梁线形不符合设计值,情况严重更会导致施工错台情况地产生,如此一来不但致使其建设质量无法达到要求,同时更会给施工企业造成重大的经济损失。本文将对大跨度连续梁施工实践,对其线型控制技术展开探究。
关键词：大跨度连续梁,线型控制
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