斜拉大桥塔梁混凝土应力监测与控制

２第３２卷第１６期　　０　ｂ　６年８月　山　西　建　筑　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．１６　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｎ眼Ｅ　Ａｕｇ．２００６　・２６３・　文章编号：１００９—６８２５［２００６】１６．０２６３．０２　斜拉大桥塔梁混凝土应力监测与控制　飞　摘要：结合工程实例，介绍了斜拉大桥塔梁混凝土应力监测与控制的过程，保证了斜拉桥在施工过程中的受力和变形　状态始终处于设计所要求的安全范围。　关键词：塔梁混凝土，应力监测，温度监测，斜拉桥　中图分类号：Ｕ４４５．４　文献标识码：Ａ　１　工程概况　组成２个～３个结点的结点网，按二等水准测量技术要求施测。　十里河大桥位于大同市同泉路，主桥为两跨现浇预应力混凝　２．３．２梁体变位观测　土连续刚构单塔单索面斜拉桥，跨径为７２．５　ｉｎ＋７２．５　ｒｌｌ，宽　选择适当位置布设长期监测墩，并搭设仪器观测棚。固定监　２８．５０　ｒｌｌ，全长１４５　ｒｌｌ，桥梁面积４　４２３　ｍ２。主塔高２９　ｒｌｌ，采用预　测点使用德国蔡司ＤｉＮｉ１２电子水准仪、计算机和监测软件进行　应力结构，实心矩形截面，布置在分隔带上，塔身上设鞍座，　测量，记录和分析观测点随时间、温度等环境影响因素的变化情　以便拉索通过。桥梁位于线路直线段上，桥梁中线最高点两侧道　况。根据该桥结构特点及工程施工进度，在梁端距每根索５０　ｃｎ１的　路纵坡均为Ｏ％，桥面横坡按单向１．５％设计。鞍座采用分丝管　截面布置梁体变位观测截面，并在梁端与最短索及最长索的中间　形式，每根分丝管穿一根平行钢丝索，以便将来可以更换。在两　布置梁体变位观测截面，全桥梁体变形共测试３２个截面，在同一　侧斜拉索出口处设抗滑锚板，以防止索的滑动。斜拉索横向呈两　截面里在主梁横向布置３个高程测点，共布置９６个测点，见图１。　排布置，鞍座亦设两排。　８００５０　１４　５００／２　１４　５００／２　５０踟０　２主桥结构施工应力监测与控制　２．１　主体结构施工仿真计算分析　全部梁段采用满堂支架整体现浇，主梁浇筑一次完成，分阶　段张拉梁体内预应力钢束及斜拉索，最后形成结构体系的施工方　立面图　法，将结构离散为８７个结构单元，分成１８个受力阶段。　图例：　采用二、三维桥梁结构计算分析系统——ＡＳＢＥＳＴ对该桥进　Ｉ表示变形监测截面　行全施工过程的前进与倒退仿真分析。计算各施工阶段的内力、　ｎ一１　ｎ一２　ｎ一３　，表示变形观测点；　表示沉降观测点　应力与位移，确定施工控制参数，并随施工进度不断进行调整。　结构分析中考虑材料的非线性及结构的几何非线性特性，并考虑　横向布置图　了不均匀沉降、温度、混凝土收缩徐变等，在误差分析中利用最优　图１　主梁变位测点布置图（单位：锄）　参数法。　对于每一个施工步骤，分以下几个时刻对结构上控制测点的　２．２利用桥梁实测系统参数对数值模拟状态参数进行　变位进行测量：张拉节段纵向预应力钢束前后；吊斜拉索前后；二　期恒载前后；索力调整前后。　修正　２．３．３墩柱的沉降观测　对预应力混凝土桥梁而言，系统误差分析与修正着重是对材　性参数的修正。本桥选择混凝土２８　ｄ弹性模量、各悬浇段混凝土　在施工期间，进行桥墩沉降变形观测，在距承台顶面两侧距　的容重、强度；斜拉索的弹性模量和容重试验等参数作为所要修　边缘５０锄处顺桥向各布置墩柱沉降观测点，在横向布置３个沉　降观测点，全桥共布置６个桥墩沉降变形观测点。　正的材性参数。　实际发生的结构受力和变形通过测量获得。比较实测位移　挠度及沉降点尽量置于二等水准线路之中，当不便置于二等　水准线路时，可按间视点观测，但需注意不同时间观测时，测试仪　与计算位移结果的差异值，可间接反映内力计算结果对实际结构　器应保持在原有位置上。　受力状态的近似程度，故在此选择控制点位移作为数值模拟的状　态参数。　。　２．４主塔塔顶位移监测　该桥为直线正桥，主塔主要进行塔顶的水平位移监测，采用　２．３主桥的挠度及桥墩沉降观测　全自动激光伺服全站仪来测定塔顶的水平位移，采用跟踪光靶对　２．３．１　变形观测点的布设及测量方法　主塔及桥身上的点进行定时自动扫描、自动识别及观测，并可生　主桥的变形监测主要包括：梁体各部位标高、主梁轴线变位、　成三维立体图形。在主塔沿高度方向均匀布置７个测点，测点布　主塔变位及墩柱的沉降等。选３个高程基准点，均匀分布在桥压　置见图２。　力影响范围以外的土质稳定地区，基准点离桥的距离不小于５０　ｒｌｌ，　２．５主桥的应变与温度监测　此外，在桥的附近设置３个～４个工作基点。高程基点和工作点　由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工　收稿日期：２００６—０３．２７　作者简介：飞（１９６４．），男，工程师，中铁十七局集团，山西太原０３００３２　维普资讯 http://www.cqvip.com

．２６４．　荤訾膂　山　西　建　筑　对于大跨径桥梁，尤其是斜拉桥，其温度效应是十分明显的，　程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力未必能　达到设计计算预期的结果。因此有必要在施工阶段对梁体控制　拉索在温度变化时其长度将相应的伸长或缩短，将直接影响主梁　截面进行施工应力监控测试，为设计、施工控制提供参考数据，以　的标高及索力。因此在桥梁施工过程中对结构的温度进行监测，　确保大桥安全、优质建成。　寻求合理的架设、张拉时间，修正实测的结构状态的温度效应，对　桥梁按目标施工和实施是十分重要的。本桥温度监测拟分３部　划　矧　捌　分：Ｉ）箱梁温度一挠度关系曲线的观测；２）箱梁温度场观测；３）主　塔温度场观测。　嘲　’　圈悬工区２．６索力观测　圜　，：　１．一【一ｊ一上．１．』…ｌ　ｆ　　：图６　主塔根部截面应变测点布置示意图（单位：锄）　图２　主塔位移测点布置（单位：ｃＩＩＩ）　斜拉索索力直接影响到结构的内力与线型，所以在桥梁施工　阶段，准确测定斜拉索的索力并将其调整到设计允许误差以内，　本桥应力应变监测拟采用美国基康仪器公司的Ⅵ１Ｅ一４２００混　凝土埋入式应变计，该应变计长度为１５３　１ＴＩＩＴＩ，既可以读取应变值　以确保斜拉桥空间受力状态符合设计目标期望值，对保证施工安　全及斜拉桥的设计线型是非常重要的。　（灵敏度为１，ｕｅ），又可以采集到温度值（灵敏度０．１℃）。全桥共　布置８个内力控制截面，分别为主跨主梁根部截面Ｃ—Ｃ，Ｉ）－一Ｄ；　１／２跨截面Ａ—Ａ，Ｆ－．Ｆ；１／４跨截面Ｂ—Ｂ，Ｅ—Ｅ；主墩根部截面　Ｇ　Ｇ，主墩中部截面Ｈ－一Ｈ（见图３）。每个主梁截面布置１４个应　变传感器（见图４），主墩中部截面布置４个应变传感器（见图５），　主墩根部截面布置１２个应变传感器（见图６）。全桥共布置１００　个应变测点。　采用频谱分析进行索力测试。频谱分析法是利用紧固在缆　索上的高灵敏度传感器，拾取缆索在环境振动激励下的振动信　号，经过滤波、放大、谱分析，得出缆索的自振频率，根据自振频率　与索力的关系，来确定索力，这是一种间接的测量方法。　．　３结语　斜拉桥属于高次超静定结构，其设计与施工高度耦合，所采　用的施工方法和安装顺序与成桥后的主梁线形及结构内力状态　有密切的关系。施工阶段随斜拉桥结构体系和荷载工况的不断　变化，结构内力和变形亦随之不断发生变化，并决定成桥后结构　的受力及线形。设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和　Ｉ　Ｉ　２０ｏ　十里河　Ｇｉ　ｉ　Ｇ　图３　主控测试断面位置示意图　２　８５０／２　１　ｌ０ｏ　．２５ｏ．　２　８５０／２　１　ｌ０ｏ　８‘　．２０ｏ　实际工程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力　未必能达到设计计算预期的结果。而这些参数几乎全部是属于　非确定性因素，致使斜拉桥施工阶段结构的受力变形过程属于一　种复杂的随机过程。因此在施工阶段对梁体控制截面进行施工　应力监控测试，以保证斜拉桥在施工过程中的受力和变形状态始　终处于设计所要求的安全范围，是保证斜拉桥成功、顺利修建不　可缺少的必要条件。　４５０　９７５　９７５　４５０　参考文献：　图４　主梁截面应变与温度测点布置示意图（单位：ｃＩＩＩ）　［１］刘世林，梁智涛．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２．８．　［２］张多平，李承根．部分斜拉桥斜拉索的设计［Ｊ］．桥梁建设，　２００２．１．　［３］ＪＴＪ　０２７—９６，公路斜拉桥设计规范［Ｓ］、　［４］颜东湟，崔卜—　图５　主塔中部截面应变测点布置示意图（单位：ｃＩＩＩ）　冰，彭力军，等．铜陵长江大桥施工控制中仿真计　算［Ａ］．中国公路学会桥梁和结构工程分会论文文集［Ｃ］．北　京：人民交通出版社。１９９５．　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｔｏｗｅｒ　ｂｅａｍ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ＬＩ　Ｐｅｎｇ－ｆｅｉ　Ａｈｓｔｒ￣ｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｔｏｗｅｒ　ｂｅａｍ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏ　ｅｎｓ１．１ｌ－ｅ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅ　ｂａｌａｎｃｅ　ｎｄ　ａｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ａｂｌｃｅ－ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｇｅ　ｄａｒｅ　ａｌｗａｙｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｏｗｅｒ　ｂｅａｍ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇ，ｃｎａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ