預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸臂施工控制

2016-12-02 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1.工程概況
梅山大橋的主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋,其跨徑為130+75+130,主梁為單箱單室型斷面, 主橋箱梁頂板寬13.55m,底板寬5.5m,根部梁高7.5m,高跨比1/17.3;跨中梁高3.3m,高跨比為1/39.4,梁底變化曲線為1.7次拋物線;箱內(nèi)頂板厚度標(biāo)準(zhǔn)段為28cm,根部加厚到50cm;腹板厚度從根部到跨中按85cm、70cm、55cm直線線性變化;底板厚度根部是 110cm,跨中32cm,變化規(guī)律同梁底變化曲線。主橋箱梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。雙薄臂橋墩,采用掛籃進(jìn)行分節(jié)段懸臂施工,墩梁分別采用40#、55#高強(qiáng)砼。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ。連續(xù)剛構(gòu)在兩個(gè)墩上按照“T構(gòu)”用掛籃分段對(duì)稱懸臂澆筑,合攏段吊架現(xiàn)澆,邊跨現(xiàn)澆段采用落地架現(xiàn)澆方式。全橋按對(duì)稱懸臂澆筑→ 邊跨合攏→ 中跨合攏順序進(jìn)行施工。
2.施工控制的目的
對(duì)于分階段施工懸臂澆筑施工的混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋來(lái)說(shuō),施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測(cè)所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工階段計(jì)算,確定出每個(gè)懸澆節(jié)段的立模標(biāo) 高,并在施工過(guò)程中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和對(duì)下一立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整,以此來(lái)保證成橋后橋面線形、合攏段兩懸臂端標(biāo)高的相對(duì)偏差不大于規(guī)定值以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。
3. 施工控制的方法
3.1 建立控制計(jì)算模型
該橋采用橋梁專用有限元軟件Midas/Civil建立連續(xù)剛構(gòu)橋的整體計(jì)算模型,包括橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)(雙薄壁墩)。應(yīng)用Midas /Civil軟件模擬施工過(guò)程中各梁段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃移動(dòng)等因素,進(jìn)行施工階段應(yīng)力、變形的計(jì)算和驗(yàn)算。梅山大橋連續(xù)剛構(gòu)主橋共劃分為86 個(gè)單元,其余單元為雙薄壁單元為16個(gè),所有的單元均采用梁?jiǎn)卧?變截面梁?jiǎn)卧M。整個(gè)結(jié)構(gòu)在墩底固結(jié),兩端約束為沿橋軸向的滾動(dòng)支座,墩梁剛性連接。梅山大橋采用懸臂澆筑施工,施工過(guò)程包括0#塊支架施工,掛籃懸臂施工,邊墩現(xiàn)澆段施工,合龍段施工。每一個(gè)施工節(jié)段包括混凝土澆筑,張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,前移掛籃三種工況,其中掛籃以集中力和力矩形式加載在每個(gè)施工節(jié)段節(jié)點(diǎn)其間考慮混凝土濕重對(duì)下一施工階段的影響,二期恒載以均布荷載施加整橋,嚴(yán)格與實(shí)際施工階段相對(duì)應(yīng)。計(jì)算模型如圖3—1 所示。

圖3—1 主橋計(jì)算模型
3.2 自適應(yīng)控制理論
對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁,施工中每個(gè)工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)所確定的理想目標(biāo)的重要原因是計(jì)算模型中計(jì)算參數(shù)的取值問(wèn)題,主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永存預(yù)應(yīng)力等與施工中實(shí)際情況有一定的差距以及環(huán)境溫度、臨時(shí)荷載的影響。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整措施,必須先根據(jù)施工中實(shí) 測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)來(lái)修正計(jì)算模型中的這些參數(shù)值,以使計(jì)算模型在與實(shí)際結(jié)構(gòu)磨合一段時(shí)間后,自動(dòng)適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律,當(dāng)計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)相吻合后,再用計(jì)算模型來(lái)指導(dǎo)以后的施工,這就是自適應(yīng)控制的基本原理。在閉環(huán)反饋控制基礎(chǔ)上,再加上一個(gè)系統(tǒng)辯識(shí)過(guò)程,整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。圖3-2 為控制原理圖。
當(dāng)結(jié)構(gòu)測(cè)量到的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí),通過(guò)將誤差輸入到參數(shù)辯識(shí)算法中去調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù),使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè)量到的結(jié)果一致,得到了修正的計(jì)算模型參數(shù)后,重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)。這樣,經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)辯識(shí)后,計(jì)算模型就基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致了,在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。

圖3-2自適應(yīng)施工控制基本原理
橋梁的施工控制是一個(gè)預(yù)告-施工-量測(cè)-識(shí)別-修正-預(yù)告的循環(huán)過(guò)程。施工控制的要求首先是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全,其次是保證結(jié)構(gòu)的內(nèi)力合理和外型美觀。為了達(dá)到上述目的,施工過(guò)程中必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力(如主梁應(yīng)力)和主梁標(biāo)高進(jìn)行雙控。采用懸臂澆筑的連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過(guò)程中是靜定結(jié)構(gòu),只要嚴(yán)格按橋梁施工規(guī)范進(jìn)行操作,內(nèi)力狀態(tài)一般能夠得到保證,主要問(wèn)題是施工中及長(zhǎng)期徐變撓度的控制。由于連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過(guò)程中及合攏時(shí)不具備斜拉橋的索力調(diào)整能力,一旦發(fā)生線形誤差,將永遠(yuǎn)存在于結(jié)構(gòu)中,因此,及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差原因,盡量減小誤差發(fā)生的可能性是連續(xù)剛構(gòu)施工控制的關(guān)鍵。所以,對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)施工控制系統(tǒng)除了要求具備常規(guī)的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算手段外,具有在施工現(xiàn)場(chǎng)消除設(shè)計(jì)與實(shí)際不一致的自適應(yīng)能力就成為關(guān)鍵,只有這樣才能及時(shí)提供控制標(biāo)高和控制內(nèi)力的修正值。
3.3 橋梁立模標(biāo)高的確定
在主梁的懸澆過(guò)程中,梁段立模標(biāo)高的確定關(guān)系到主梁的線形是否平順、如果在確定立模標(biāo)高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際,而且加以正確控制,則最終橋面線形較為良好,反之控制不力,會(huì)出現(xiàn)較大偏差。眾所周知,立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)橋梁建成后的標(biāo)高,為使成橋線形與設(shè)計(jì)線形相符合,總要設(shè)一定的預(yù)拱度,以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形。立模標(biāo)高公式如下:

式中: —i節(jié)段立模標(biāo)高(節(jié)段上某確定位置)
—i節(jié)段設(shè)計(jì)標(biāo)高
—由各梁段自重在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和
—由張拉各節(jié)段預(yù)應(yīng)力在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和
—混凝土收縮、徐變?cè)趇節(jié)段引起的撓度
—施工臨時(shí)荷載i節(jié)段引起的撓度
—使用荷載在i節(jié)段引起的撓度
—掛藍(lán)變形值

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