大跨度斜拉桥的施工监控
2018-05-07
1.大跨度斜拉桥施工监控的任务和目标
1.1施工监控的概念
桥梁施工控制就是对桥梁施工过程中结构的受力、变形及稳定性进行监控，使施工中结构处于最优状态，保证施工过程安全和成桥状态（包括内力和线形状态）符合设计、规范要求。
1.2施工监控的主要任务和目标
1.2.1桥梁施工控制的主要任务
桥梁施工控制的主要任务，就是桥梁施工过程中的安全控制和桥梁结构线形与内力状态的控制。桥梁施工控制，由于桥梁的结构形式、施工工艺和具体控制内容的不同。其操作方法也不相同。总的说，桥梁施工控制方法可分为事后控制法、预测控制法、自适应控制法、最大宽容度法。也有文献从控制思路上将施工控制分为：开环控制、反馈控制和自适应控制。
1.2.2桥梁施工控制的目标
（1）施工过程中和竣工后结构内力状态满足设计要；
（2）成桥结构线形、索力满足设计要求；
2.大跨度斜拉桥施工监控的主要内容
根据大跨度斜拉桥结构和施工方法的特点，施工监控的工作内容主要包括：①施工过程的仿真计算；②施工过程的现场测量；③施工过程的参数识别；④施工过程的标高和索力调整。第①项工作的目的是获取施工过程大桥的理论数据，第②项工作的目的是获取施工过程大桥的实测数据，在上述两项工作的基础上即可进行第③项工作，对大桥的有关参数进行识别。上述三项工作均是为第④项工作服务的，通过第④项工作即可对大桥的施工实施控制。
2.1大跨度斜拉桥施工控制仿真计算基本内容
桥梁施工过程的仿真计算已成为现代桥梁确定静力状态的主要手段。施工控制仿真计算是施工控制的基础，它的实质就是通过建立合理的模型，采取行之有效的结构分析方法，对桥梁的成桥状态和施工状态进行一定精度的模拟分析过程。后者也就是桥梁的施工过程计算，即在成桥设计目标状态确定后，再对成桥过程中的每一施工阶段进行模拟实际工况的仿真计算，求得斜拉桥在每一施工工况下主梁截面的应力、斜拉索的张拉力、主梁挠度、塔柱位移以及结构内力等控制参数的理论值，以确定斜拉桥从上部结构施工开始至二期恒载施加完毕后的成桥状态这一施工全过程的理论参考轨迹。无论在实际施工中采用哪种控制理论，采取恰当的施工过程模拟分析方法，得出相对准确的施工控制参数，是保证施工控制精度和施工进展速度的关键。
桥梁施工仿真计算都是为桥梁施工过程中的监测监控服务的，也是为施工控制所服务的。桥梁施工控制就是对桥梁施工过程中结构的受力、变形及稳定性进行监控，使施工中结构处于最优状态，保证施工过程安全和成桥状态（包括内力和线形状态）符合设计和规范要求。桥梁施工控制的主要任务，就是桥梁施工过程中的安全控制和桥梁结构线形与内力状态的控制。
2.2大跨度斜拉桥施工过程的现场测量
施工过程的现场测量内容主要包括索力测量、主梁与墩塔应力测量、主梁标高与塔顶位移测量、混凝土容重与浇筑量测量、混凝土弹模与收缩徐变系数测量以及温度影响测量等。
2.2.1索力测量
斜拉桥索力测量的准确与否是关系到斜拉桥施工控制能否顺利实施、斜拉桥能否成功修建的几个关键问题之一。在工程实践中，常用的索力测定方法有油压表量测法、压力传感器量测法、振动频率量测法（常用方法）、磁通量法。其中振动频率量测法是常用的方法，用该方法测量拉索的索力时，需首先设法测出拉索的振动频率，因拉索的振动频率与拉索的索力之间存在一定的关系。对于某一根给定的拉索（即已知拉索的长度、拉索的线密度及拉索两端的支承条件），只要测定拉索的自振频率就可以求得拉索的索力。
2.2.2应力测量
在斜拉桥上部结构的控制截面布置应力测点，以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况，根据当前施工阶段向前计算至竣工，预告今后施工可能出现的状态并预告下一阶段当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态，以确定是否在本施工阶段对可调变量实施调整。由于电阻应变传感器在混凝土振捣时极易被损坏，即使不损坏，其绝缘度也无法保证，另外，在混凝土表面贴片也不能保证可靠，容易发生漂移，不能保证长期监测时读数的可信性。所以，在主梁各断面应力监测用钢弦应变计，钢弦应变计为一密封式自保证体系，与外界物质并不直接相关，测试是，通过测其频率即可得到混凝土的应变，从而得到应力。
在应力测量中，测量得到的应力要经过处理分析后才能应用，因为在测量的应力中包含混凝土收缩、徐变引起的应变计变形。所以测量得到的数值一般偏大。因此，在施工现场用混凝土做一个试验块，在试验块中埋应变计，这样可以测量出在相同情况下不同时间混凝土的收缩量。
单索面斜拉桥是大悬臂箱梁，由于拉索的布置方式及锚固点偏向箱梁顶板及预应力布置有关，存在一定的剪力滞效应，因此，布置应变计是要注重测量箱梁截面的剪力滞效应。应变计的布置如图所示。
2.2.3温度测量
斜拉桥的温度场测试包括：主梁截面的温度场测量、主塔截面的温度场测量、斜拉索内部温度场测量以及温度对主梁标高、索力、塔顶偏位、相关截面的应力应变的影响测量。
通过温度测试提供主梁、索塔、斜拉索的各测试断面的温度短期变化曲线（即测量出比较有代表性的某一天或几天24h内结构温度变化情况）和季节性温差变化曲线以及索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。结合塔柱偏移和主梁线形以及索力的测量结果，总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变形规律。 主梁及主塔的温度测试采用在测试断面预埋测量元件（热敏电阻），用数值万用表测量热敏电阻的电阻值，然后根据电阻与温度的标定曲线，由所测电阻值推荐出温度值。
斜拉索的温度测量，采用特制的长约2m的试验索段，试验索段的构造方法与实际索完全相同。在试验索段的内部钢丝上埋设热敏电阻，用数值万用表测量其电阻值，然后根据电阻与温度的标定曲线，由所测电阻值推荐出索的内芯的温度值。
2.3施工过程的参数识别
2.3.1参数识别的特点
大跨度斜拉桥结构一般采用节段悬臂方法施工，施工阶段多，工况复杂，影响参数众多。由于施工因素的不确定性，施工误差不可避免，造成实际结构参数往往偏离设计理想值。而在大部分情况下，受场地条件和测量仪器所限，实际结构参数往往无法直接量测得到。此时，为了更好地对当前及后续的结构状态进行把握和控制，需要进行结构辨识工作。换言之，必须通过结构响应的某些可观测量，采用间接的数值分析方法来对实际结构参数进行识别估计。
2.4施工过程的标高与索力调整
斜拉桥节段施工过程中主梁标高（挠度）及结构内力的控制至关重要，它直接关系到成桥线型及成桥内力的控制以及各施工阶段相应的调整措施的准备。预应力混凝土斜拉桥主梁施工控制主要是通过对主粱标高（含立模标高）与索力的调整来实现的，这种调整是相对于设计值而言的。
2.4.1主粱标高的调整
主粱标高的调整包括主粱每节段施工完毕后当前节段的标高（简称阶段未标高）的调整以及主梁立模标高的调整等。
（1）阶段末标高的调整
阶段末标高的调整量必须控制在一个较小的范围之内，同时要确保主梁线型平顺，即既要保证主梁各节段绝对标高的精度，也不能让主梁出现明显的折点。
（2）立模标高的调整
主粱立模标高的调整量由四部分组成：
①阶段末标高的调整引起的立模标高调整量，取为阶段末标高调整量；
②牵索挂篮施工具体方案（挂篮刚度与牵索方案）以及识别后的主梁阶段重量与调整后的施工索力引起的立模标高调整，可以通过前述的主梁牵索挂蓝施工模拟计算活得；
③挂篮的非力学因素变形引起的立模标高调整量，可根据经验确定，一般在5mm～lOmm左右；
④温度效应引起的立模标离调整量。
2.4.2施工索力的调整
所谓的施工索力是指主梁每节段施工完毕后当前节段的斜拉索张拉力。根据控制理论，可以适当的调整施工索力来及时消除或者减少施工误差引起的影响。这种调整方式可以理解为是一种单索力调整方式，他的一个最大的好处就是索力调整与节段施工同步完成，不需要占用额外时间，可以确保工期。
施工索力的调整有两个作用：
①及时消除主梁节段超重的影响；
②当上一节段的阶段末标高实测值与设计值的差异超过±30mm时，可以消除一部分差异，使下一节段的阶段末标高调整量可以同时满足绝对标高与线性平顺两方面的要求。施工索力的调整量可以通过理论值计算获得。
结束语：本文仅以综述的形式概括大跨度斜拉桥施工监控的技术流程，介绍了国内外斜拉桥的发展现状，斜拉桥的特点，施工监控的主要内容等。通过学习桥梁施工监控这门课程，我们可以对桥梁的施工监控有一定的了解，得到了两个结论：
（1）桥梁施工监控是确保桥梁施工宏观质量的关键；
（2）桥梁施工监控是桥梁建设的安全保证。
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