大跨度连续梁桥施工监控应力分析

【摘 要】以无碴轨道250km/h客运专线 (60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥为背景，介绍了连续梁桥施工过程中的主梁变形监测和应力监测情况。同时，对施工过程中进行的主梁应力测试试验数据进行了分析；经过实测数据分析表明，本论述提出的方法能使实测应力较好的符合计算应力，接近实际结构的真实应力，对桥梁的施工及安全使用具有一定的指导意义。

【关键词】连续梁桥;施工监控;应力分析

中图分类号：X924.3文献标识码： A

引言

在施工监控过程中，应力测试一直是预应力混凝土桥梁施工监控的核心工作之一。它是施工过程的安全预警系统,结构应力同结构几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。某一时刻的应力值是否与分析（结构分析预测）值一样，是否超出安全范围是施工控制关心的问题。应力测量的结果与施工过程监控系统中其他测量结果相结合才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监控。若监测发现应力异常情况，应立即暂停施工，查找原因并及时进行处理。

1工程背景

无碴轨道250km/h客运专线 (60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥采用挂篮悬臂浇筑施工，边支座中心线至梁端0.75m,梁全长221.5m,梁体为单箱单室，变高度、变截面结构,梁底下缘按二次抛物线变化,中支点梁高7.85m，跨中10m直线段及边跨15.75m直线段梁高4.85m。截面采用单箱单室变截面、变高度、直腹板形式，箱梁顶宽12.2m，底宽6.7m。底板厚度除梁端附近外均为400mm；腹板厚600-1000mm，按折线变化；底板厚由跨中的400mm变化至根部的1200mm。全梁在端支点、中跨中及中支点处共设置5个横隔板。隔板厚度：边支座处1.45m，中跨中0.8m，中支点处2.4m。横隔板设有孔洞，供检查人员通过。箱梁两侧腹板与顶底板相交处外侧均采用圆弧倒角过渡。桥面采用整体桥面形式。梁体采用C50混凝土，封端采用C50无收缩混凝土，防护墙及人行道栏杆底座采用C40混凝土，防水层的保护层采用C40纤维混凝土。预应力采用纵向和竖向预应力体系，其中纵向预应力钢筋采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，其技术条件应符合GB/T5224-2003标准。管道采用金属波纹管。张拉采用与锚具配套的千斤顶设备。横向预应力钢束采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，其技术应符合GB/T5224-2003标准。管道形成采用70×19mm扁形金属波纹管。锚固体系采用BM15-4、BM15P-4扁形锚具。本桥合拢顺序为：先合拢边跨，张拉边跨顶板和底板预应力束；合拢中跨，张拉所有剩余预应力束。

2 施工监控依据规范

针对沈阳至丹东铁路客运专线（60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥施工监控所遵循的规范为：

⑴ 《高速铁路设计规范(试行)》(TB 10621-2009)

⑵《铁路桥涵设计规范》（TB 10002.1～TB 10002.5-2005）

⑶《铁路工程抗震设计规范(2009版)》（GB 5111-2006）

⑷ 《铁路架桥机架梁暂行规程》（铁建设【2006】181号）

⑸《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设【2005】157号

⑹《关于《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》等两项铁路工程建设标准局部修订条文的通知》（【2007】140号）

⑺ 《关于铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范等三项标准局部修订条文的通知》（铁建设【2009】22号）

⑻ 《关于铁路工程地质勘察规范等44项铁路工程建设标准局部修订条文的通知》（铁建设【2009】62号）

⑼ 《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ 213-2005）

⑽ 其他相关规范、教程。

3 计算模型

根据设计图反映的内容，对全桥总体结构建立能反映施工荷载的有限元模型，对该桥进行了正装分析，得到各阶段主梁变形状态。计算模型中根据悬臂施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为78个结点和77个单元。

主要计算参数：孔道摩阻系数µ=0.26，偏差系数k=0.003；模型中的其他计算参数取值见表1，利用有限元软件Midas建立有限元模型见图1.

表1 计算所用材料特性

材料类型 弹性模量

（MPa） 线膨胀系数 容重

（KN/m3） 混凝土抗压标准强度（MPa） 混凝土抗拉标准强度（MPa）

混凝土C50 3.55E4 0.00001 26 33.5 3.1

钢绞线 1.95E5 0.000012 - - -

图1Midas有限元模型

4 应力施工监测

4.1 监测仪器的选择

结构截面的应力监测是施工监控的主要内容之一，它是施工过程的安全预警系统。结构应力同结构几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。某一时刻的应力值是否与分析（结构分析预测）值一样，是否超出安全范围是施工控制关心的问题。若监测发现应力异常情况，应立即暂停施工，查找原因并及时进行处理。

由于该桥施工的时间较长，所以应力监测是一个长时间的连续的量测过程，要实时准确监测结构的应力情况采用方便、可靠和耐久的传感组件非常重要。根据以往的监测经验，钢弦式传感器具有较好的稳定性和应变积累功能，抗干扰能力强，数据采集方便等优点，在本桥的应力监测中采用钢弦式传感器。监测中采用辽丹仪表厂JXH-2型混凝土应力传感器，来监测结构内的混凝土应力。该型号的混凝土应力计也可以测出梁体内部的温度，对指导监测和应力修正有一定的作用。

4.2监测断面及仪器布置

主梁上的测点布置初步选定在边跨L/2、支点、中跨支点、L/4、L/2、支点、边跨L/4等关键截面上，共布置9个测试断面。连续梁部分测试断面布置情况及各断面的仪器布置情况如图2、图3所示。混凝土应力计按预定的测试方向固定在主筋旁，在施工过程中需要注意测试信号线的保护，这些工作需施工单位配合完成。

4.3 测试内容

应力监测针对施工的每个主要施工阶段进行。在每个施工阶段都进行监测，各阶段根据施工进度进行测试，各阶段应力监测主要包括：

① 施工阶段混凝土浇筑前的应力测试；

② 施工阶段混凝土浇筑后的应力测试；

③ 预应力张拉前的应力测试；

④ 预应力张拉后的应力测试；

⑤ 在每一阶段测试完毕后应对测试结果进行分析、比较，若存在误差分析原因

图2主梁测试断面布置图

图3断面应变计布置图

5 应力监测

5.1应力监控结果

下面给出1#和6#测试断面应力监控结果，测试数据由顶板上和底板上的所有仪器取平均值得到，应力以受拉为负，受压为正。梁体应力监控结果如图4～7所示。

图41#截面顶板应力理论与实测数据

图51#截面底板应力理论与实测数据

图6 6#截面顶板应力理论与实测数据

图76#截面底板应力理论与实测数据

5.2误差分析

与理论应力相比，实测应力与理论应力有一定的偏差，这是由于实测应力结果是包括所有因素影响的结果，它与施工过程中混凝土收缩、徐变、测量误差、施工误差、气温变化等因素都有关系，其变化值在一定的范围之内是正常现象,表明该桥施工满足设计要求，在施工阶段，梁体处于安全范围以内。

6结论

本桥箱梁采用C50混凝土，合拢前施工受力最不利阶段和全桥合拢后主桥箱梁混凝土中的正应力均控制在规范容许的范围之内,结构安全。与理论应力相比，实测应力与理论应力有一定的偏差，这是由于实测应力结果是包括所有因素影响的结果，它与施工过程中混凝土收缩、徐变、测量误差、施工误差、气温变化等因素都有关系，其变化值在一定的范围之内是正常现象。在整个悬臂施工过程中和成桥后整个结构的应力状态始终处于可靠的控制之中，结构一直处于安全的施工状态之中。

参考文献

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[作者简介]霍明晶（1983-），女，山东德州人，助理工程师，现供职于中铁十九局集团第三工程有限公司