某特大桥60-100-60连续梁桥施工监控方案.doc
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1、某特大桥60+100+60连续梁桥施工监控方案有限公司 xx目 录1. 项目立项依据11.1.连续梁桥施工监控的任务11.2.项目概况11.3.编制依据21.4.控制内容22. 施工控制大纲22.1.施工控制的工作内容22.2.施工控制中的现场测试42.3.施工控制中的实时测量63. 施工监控计算83.1.施工监控计算内容83.2.结构计算93.3.施工状态预测93.4.施工后的校核计算93.5.设计参数识别与误差分析103.6.自校正调节法104. 施工控制实施及细则104.1. 施工监控计算实施细则104.2. 箱梁悬臂施工平面及高程控制实施细则134.3. 箱梁施工变形观测与标高控制18
2、4.4. 箱梁控制截面应力观测214.5. 箱梁施工应力监测实施细则224.6. 施工控制组织体系245. 监控测试进度计划265.1. 前期准备265.2. 实施监测阶段265.3. 总结阶段266. 配合事项276.1.施工单位配合事项276.2. 监理单位配合事项276.3. 设计单位配合事项277. 监控仪器设备28第二xx特大桥60+100+60连续梁施工监控方案1. 项目立项依据1.1. 连续梁桥施工监控的任务连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构,预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式,它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优点。两跨或两跨以上连续的梁桥,属于超静定体系。连续梁在
3、恒活载作用下,产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用,使内力状态比较均匀合理,因而梁高可以减小,节省材料,且刚度大,整体性好,超载能力大,安全度大,桥面伸缩缝少。连续梁桥设计指定的施工方法和施工工序进行施工后,由于现场实际的千差万别,会发生结构体系的各类响应值与预期值不一致的情况。国内外已有不少桥梁在建成后主梁的最终外形曲线与设计严重不符合,如重庆石门大桥。这样不仅严重影响桥梁的美观和行车舒适,同时也使桥梁的最终内力状态偏离设计值,影响桥梁使用寿命。并且纠正线形往往会给施工带来较大的麻烦。桥梁施工控制就是要根据施工全过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数,结合施工过程中测得的各阶段主梁
4、内力(应力)与变形数据,随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差异并找出原因,提出修正对策,以确保在全桥建成以后桥梁的内力和外形曲线与设计值相符合。1.2. 项目概况哈尔滨至大连客运专线第二xx特大桥为一座连续梁桥,其跨径布置为(60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥。该桥为铁路桥,在DK789+9.96DK789+231.66段上跨京哈高速。为确保该桥的顺利施工和工程质量,使桥梁施工结果与设计要求相吻合,特编制第二xx特大桥60+100+60连续梁施工监控方案及实施细则,以指导连续梁施工控制工作。1.3. 编制依据(1)哈大客专第二xx特大桥60+100+60连续梁施工图及设计
5、文件;(2)铁路桥涵设计基本规范(TB1002.1-2005);(3)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB1002.1-2005);(4)铁路桥涵地基和基础设计规范(TB10002.5-2005);(5)铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006);1.4. 控制内容根据哈大客专第二xx特大桥60+100+60连续梁的施工工艺和设计要求,编制的施工控制设计文件内容有:(1) 施工监控计算;(2) 箱梁施工变形观测与立模标高及主梁标高控制(3) 箱梁主要截面施工时应力观测。2. 施工控制大纲2.1.施工控制的工作内容由监控单位会同指挥部、设计、施工及监理单位有关人员组成施工控制
6、组进行连续箱梁施工过程中的施工控制工作。2.1.1建立施工控制体系 连续梁桥的施工控制与其设计和施工有密切的联系。根据第二xx特大桥施工的特点,参考国内外施工控制工作的开展情况,我们拟建立如图1所示的控制体系进行施工控制。施工控制体系主要由实时测量体系、现场测试体系和施工控制计算体系组成。桥梁的施工控制过程实质上是一个信息的采集、处理、反馈的控制过程。图1中的实时测量体系和现场测试体系是施工控制信息的采集系统。在信息采集之后,按照控制理论对施工信息进行分析处理,对施工过程中的施工误差进行评价分析,并根据情况提出控制的目标量以及调整、修正的对策,反馈给施工单位指导下阶段施工,从而完成控制的工作。
7、图1第二xx特大桥施工控制体系为保障施工控制过程的顺利实施,尤其是为保障信息传递的通畅,在组织体系上应成立专门的施工控制组。根据施工控制管理系统的要求,结合实际情况,建议由甲方、设计院、施工、监理和监控单位的人员组成施工控制协调组。为保障施工控制过程中信息传递的准确、高效,在施工控制的具体工作中还应建立一套完整的报表体系。报表体系由施工控制组根据施工现场具体的情况和施工控制工作的特点来设计。施工单位在一个施工阶段完成后的实测数据通过施工控制报表及时传递给施工控制组;施工控制组对施工信息分析处理后得到的施工控制参数也通过报表以指令的形式及时报告监理,由监理发给施工单位。对各施工阶段的施工结果,采
8、用误差通报的形式供相关部门参考。2.1.2设计计算与施工控制计算的校核桥梁施工控制的目的就是使施工与设计尽可能一致。在桥梁设计计算中通常会采用一些假定参数用于计算,比如:梁段块件材料的弹性模量、容重、施工时间等。另外,在设计计算中还有大量的指定计算参数,比如:施工顺序、预应力张拉等。在桥梁的施工控制计算中通常会采用尽可能真实的参数用于计算。由于桥梁的设计和施工中存在着两种既不相同又相互联系的计算过程,并且在实际工作中这两类计算可能采用不同的计算模型,由不同的单位来完成,因此,为达到使施工控制指导的施工能与设计结果相一致,首先要校核设计计算与施工控制计算的闭合性。这一校核过程主要是在施工控制计算
9、初期,根据设计图提供的资料,建立施工控制计算模型,采用设计计算的主要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算,利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对,以校核二者是否在计算模型及施工方法模拟间存在实质性差异。只有在二者计算结论基本一致的前提下施工控制的开展才有实际意义,否则要与设计人员一起仔细核对两种计算过程,找出并解决存在的问题。2.2.施工控制中的现场测试在施工控制计算中要根据实际施工中的现场测试参数进行仿真计算,并根据施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合,以使施工控制计算能与实际施工相符。需要进行现场测定或采集的参数包括以下一些内容:2.2.1实际施工中的材料物理力学性能参
10、数(1) 砼的容重、弹性模量、拉压强度在以往的施工控制工作中曾发现砼的弹性模量实测值较设计取值存在一定差异。因此应对工地现场用于主梁施工的砼进行专门的弹性模量测试。实验时取几组试件做砼7天和28天的静弹性模量测试,用其统计平均值作为砼施工控制计算的实测值。砼的容重、强度参数直接使用工地试验室进行的此类常规测试的资料。此部分数据应由施工单位提供。(2) 砼的收缩徐变系数砼的收缩徐变系数的实验室测试需要一个较长的周期及较大投资的设备,对施工现场砼收缩徐变系数则按规范取值,并在施工控制过程中进行分析和修正。(3) 其它物理参数在连续梁桥梁的施工控制中为考虑温度效应对结构体系的影响,还需对材料的线膨胀
11、系数和热导系数进行测试。这些数据由相应材料的制造单位提供。2.2.2实际施工中的荷载参数(1) 主梁恒载(a) 一期恒载主梁的一期恒载基本是根据设计资料进行统计,再根据现场测试出的材料容重进行计算,并依据实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差进行修正。一期恒载统计计算的重点是确定每一主梁梁段的实测自重。对于梁体内的锚头、锯齿块等的重量也应考虑计入。在施工控制计算中横梁自重以集中力的形式作用在结构模型上。(b) 二期恒载主梁的二期恒载也是根据设计资料与现场调查相结合,并采用现场测试的材料参数加以计算。主梁二期恒载的统计内容包括:桥面铺装、轨道板、防撞墙、竖墙、遮板、声屏障等。(2) 施工荷载要
12、根据施工单位提供的资料,经现场核对,确定在主梁施工过程中施工机具的使用造成的作用在结构体系上的荷载的大小及位置。(3) 临时荷载在实际施工过程中施工单位由于种种原因会在结构体系上增减某些临时荷载。对于其中影响较大的荷载,要根据施工单位提供的数据及施工控制组成员现场调查分析,将这些荷载进行量化模拟,反映在施工控制的实时计算中,以便对施工控制的指标进行及时的修正。这些荷载如:施工过程中施工机具荷载的变化;主梁施工现场临时堆放的机具、材料等;施工过程中对结构临时或意外约束。2.2.3实际施工中的截面几何参数这主要是指对主梁断面几何尺寸的测定。连续梁桥主梁断面的几何误差对结构体系的影响表现为对主梁恒载
13、和主梁刚度的影响,施工中对此部分的监控是为了使施工控制计算能更准确反映主梁的挠度变化。主梁截面尺寸数据在施工过程中进行采集。2.3.施工控制中的实时测量2.3.1建立实时测量体系及其信息传递体系连续梁桥的施工控制过程实际上是一个信息的采集、处理、反馈的过程。从施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外,大量的是现场的实时测量的数据。在施工控制中所关心的是三大类实时测量数据。(1) 物理测量,包括时间、温度等。(2) 线形测量,主梁线形。(3) 力学测量,主梁应力。这部分数据的准确采集、及时传递是施工控制工作有效进行的保障。为此应根据施工的具体特点制定出一系列施工控制表格,要求施工测量人员在关键施
14、工环节中进行数据测量,并将结果填写于表格交由施工负责人及监理签字认可后报给施工控制组进行分析。对其中一些明显或可疑数据经提出后进行及时复测。施工控制组采用现场测试参数和实时测量数据进行计算分析,将结果以指令的形式发布于施工控制表格中指导施工单位进行下一步施工。2.3.2物理测量 (1) 时间测量连续梁桥施工各工序完成时间的数据在施工控制计算中直接影响到对砼收缩徐变的计算。在设计计算中这部分数据只能按通常施工水平进行评估。而施工控制计算进行的是实时计算,必须按实际的施工时间参与计算。时间的测量按年、月、日、小时来计量,由此可得到各关键施工工序的周期。 (2) 温度测量连续梁桥施工过程中环境温度的
15、大小即日照温差直接影响到结构体系的内力分布。并且温度因素使结构体系发生变形还影响到施工中构件的架设精度及主梁标高测量的结果。特别在大跨度连续梁桥施工中日照温差影响较大,一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中,某些工序的标高测量由于工期限制需要立即进行,这部分的测量数据就必须在施工控制分析中考虑温度的影响导致的修正量。对环境温度的测量通常是用普通温度计进行测量。对梁的温度测量采用接触式温度计来测定结构表面温度,接触式温度计测试精度为0.1C,主梁内部的温度则通过预埋高灵敏度温度传感器进行测量。2.3.3线形测量 (1) 主梁线形测量主梁的线形测量是指用测量仪器对主梁各块件控制点的标高测量
16、。线形测量控制点设置适当,还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外,还应测量主梁轴线水平偏位。主梁的线形测量以线形通测和局部块件标高测量相结合。在每次完成一个梁段块件的预应力张拉工作应对已成梁段的标高进行一次通测。在边跨合拢前后阶段、主跨合拢前后阶段、二期恒载施加前后等关键施工阶段均应根据施工控制组的要求进行通测。在预应力张拉前后对梁段标高的测量能反映出实际施工时主梁的挠度变化,这些数据是进行施工控制分析最重要因素之一。(2) 线形测量主梁线形测量应由施工单位按施工周期实施测量,报送指挥部及施工监控单位,分析汇总作出评价。2.3.4力学测量 (1) 应力测量在连续梁桥的施工中,应在主梁的控制断面埋设
17、一些应力测试元件以测定施工阶段主梁的应力。主梁的特征断面处应埋设钢弦计来测定主梁的应力状况。应力测量的结果与施工控制中其它测量结果相结合能全面地判断全桥的内力状态。形成一个较好的预警机制,从而能更安全可靠地实施施工控制。应力测试在各关键施工阶段完成后进行。对梁段正常施工阶段中的应力测试应根据施工控制中出现的实际情况来决定是否进行应力测试。 (2) 测点布设与测试仪器a、应力测试由于连续梁桥的施工工期较长,且内力数据进入施工控制计算中,因此力求准确快速。对于长期应力监控测试,由于时间长、阶段多,为了保证监测数据的可靠性,必须选择适合于施工特点的传感元件。由于施工过程为单一且不可再重复,因此监测过
18、程也不可重复。故元件的可靠性显得尤为重要。可采用绝对应力法(即测试其结构的永久积累应力),此方法简洁、快速、准确。b、温度测试在连续梁桥的施工与运营中,主梁顶、底板温差,索、梁温差对结构体系的受力影响很大。故正确、快速地测出上述温差对连续梁桥的施工监控意义重大。c、主梁的温度场测试在全桥选取两个测试断面布置温度型应力传感器,以便能反映出主梁的顶、底板温度变化。3. 施工监控计算3.1.施工监控计算内容(1) 线形控制计算根据施工阶段及步骤,考虑临时荷载、温度荷载、预加应力荷载、混凝土收缩徐变等因素影响,判断已完成施工线形是否满足设计要求,其次是根据现有桥梁状态下对下一阶段施工线形进行预测,提供
19、立模标高等施工参数。(2) 应力监测计算计算在各个施工阶段,在各个施工荷载及临时荷载组合情况下主桥关键截面的应力值和安全程度,并与实测值进行比较,其次是对下一阶段施工进行模拟计算,分析并预测关键部位的应力水平,对施工方案是否需要调整进行判断。3.2.结构计算(1) 取用设计部门确定的设计状态作为监控计算的初始状态。监控计算应对设计成桥状态进行复核验算,并进行优化,以确定最优的设计成桥状态,并以此作为监控计算的依据;(2) 根据桥梁的几何参数、结构参数和设计状态建立有限元模型;(3) 计算控制参数的选择:选择混凝土箱梁的线形(即悬臂端的顶面标高)及梁体控制截面的应力等;(4) 施工控制参数包括:
20、结构各构件施工前后的标高变化和主墩偏位、各构件施工前后结构内力的变化、预应力束张拉顺序及张拉吨位的调整、结构体系转换时对结构参数的调整等。3.3.施工状态预测监控计算的结果应与设计单位的计算结果进行核对,以保证施工安全。计算的主要内容为各施工阶段的结构内力、应力以及线型,同时提供悬臂浇注梁段的立模标高。3.4.施工后的校核计算(1) 本阶段施工完毕后,将计算结果与施工监测结果进行比较,若两者差别满足要求,则提出下阶段的施工控制参数以进行下阶段的施工;若不满足要求,则根据最新的实测监控参数进行结构分析并对本施工阶段控制参数的目标值进行必要的修正;(2) 对每一阶段的施工都重复以上的内容。3.5.
21、设计参数识别与误差分析(1) 通过量测施工过程中实际结构的行为,分析结构的实际状态与理想状态的偏差;(2) 用误差分析理论来确定或识别引起偏差的主要设计参数,经过修正设计参数来控制桥梁结构的实际状态与理想状态偏差;(3) 采用自校正调节法进行控制。3.6.自校正调节法(1) 采用最小二乘法根据实测值对结构的设计参数与计算模型进行自校正,重新建立施工目标状态;(2) 运用卡尔曼滤波器进行状态滤波与预测;(3) 用最小二乘法进行最优化控制调节。4. 施工控制实施及细则4.1. 施工监控计算实施细则在施工监控前应进行前期的结构分析计算,在施工过程中应根据控制测量的实际计算参数进行计算分析。施工前期的
22、计算是根据前期施工单位提供的施工方案对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析,确定桥梁结构施工过程中每个阶段的受力和变形的理想状态,以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为。施工过程中的结构计算是根据施工监测的数据进行分析处理,分析现阶段状态与理论状态之间的偏差原因,对计算数据进行参数识别、修正、使计算模型逐步与实际状态接近,误差能控制在设计容许的范围内,根据此模型计算成果预测下一施工阶段的施工参数,施工过程中的结构计算分析是一个不断对结构计算参数进行识别、修正的过程,贯穿于整个施工过程当中。4.1.1 监控计算说明(1) 本桥分析采用桥梁专业软件“桥梁分析系统BSAS”进行,同时
23、结合使用桥梁专用程序MIDAS/Civil,将本桥结构离散为空间梁单元机构进行计算,可互相校核,避免人为错误;(2) 对结构局部强度,如混凝土主梁合龙段局部应力分析等,采用通用有限元程序ANSYS进行;(3) 按照桥梁的施工步骤划分为基础及墩身施工阶段、箱梁施工阶段、箱梁悬臂施工阶段、跨中合龙段施工阶段、边跨合龙施工阶段、桥面二期恒载施工阶段和运营阶段,根据施工步骤确定计算工况。4.1.2 监控计算方法(1) 本桥施工控制分析时采用先进分析方法分析模拟主桥结构的实际施工历程;(2) 在实际监控过程中对参数进行调整并重新计算,并将新的计算结果与实测结果进行比较,如果差别在允许范围内则不需要做修正
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