预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工监控探讨

摘要：本文以预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工监控为主要探讨对象，概括了该类型桥梁的结构受力特点和桥梁施工监控的理论与方法，通过对预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工主要影响因素和施工工艺及监控流程的分析，提出了预应力混凝土刚构桥挂篮施工监控中的监控系统和主要监测内容，为预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工监控提供参考。

关键词：预应力混凝土连续刚构；挂篮施工；施工监控

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

1、概述

预应力混凝土连续刚构桥是常见的桥梁类型之一，其外观简洁美观，桥下净空较大，适用性较好，因此在工程中得到了广泛的应用。预应力混凝连续刚构桥的前身是混凝土连续刚构桥，这是在预应力混凝土技术成熟之前就已经出现的桥型。我国较大规模的使用这一桥型是上世纪80年代后期，经过几十年的发展，预应力混凝土刚构桥已经朝着大跨径、上部结构轻型化、悬臂挂篮浇筑的方向在发展。预应力混凝土连续刚构悬臂挂篮浇筑施工不但要经历“T型”刚构悬臂浇筑形成主梁的过程，还要经历体系转换的过程，即由对称的单“T”静定结构转变为超静定结构。一般通过理论计算，可以得到各施工节段的理想标高和应力值，但实际施工中受各种因素的干扰，可能导致桥梁合拢困难，使成桥线形与应力状态偏离设计要求，给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件等方面带来不同程度的影响。因此伴随着预应力混凝土连续刚构悬臂挂篮施工工艺的发展，其施工监控技术也逐渐发展成熟起来。

2、结构特点

预应力混凝土连续刚构桥在结构方面融合了T型刚构桥和连续梁桥的受力特点，由于桥墩和主梁之间存在固结关系，因此桥墩所具有的抗弯刚度有利于主梁弯矩的卸载，对于桥梁整体承载力的提升有利，同时这一固结体系也有利于提高桥梁的跨越能力。另一方面，由于主梁和桥墩之间的固结关系，可以降低抗推刚度，可以形成有利的摆动支撑体系，因此桥墩可以做得很高，而且有利于提升桥梁结构的抗扭能力。

3、桥梁施工监控的理论与方法

桥梁施工监控实际上是控制理论和桥梁设计理论的结合，具有很强的实践背景，其控制方法也随着桥梁设计理论和控制理论的进步而进步。到目前为止，常用的桥梁施工控制方法有开环控制、闭环控制和自适应控制三类。

开环控制一般应用在结构较为简单跨度不大的桥梁施工控制中，其思路是依据桥梁结构的设计荷载来计算桥梁在施工完成后的理想结构状态，并分别采用在不同施工阶段所的施工荷载来计算桥梁结构的预拱度，并以该预拱度来作为整个桥梁施工控制中的控制指标，这一控制方法的控制方向是单向的，无须回头调整。

闭环控制法则主要应用于具有复杂结构的大型桥梁的施工控制。这一施工控制方式主要是针对施工过程中的累计误差的纠正，使其在实际已经发生的误差前提下让桥梁结构达到最优结构状态。这一方法的核心特征是基于实际误差的反馈计算和调整。

自适应控制方法则是为了克服闭环控制方法中对已经发生的误差“无可奈何”的改进。因此自适应控制方法是通过总结可能导致结构施工误差的因素来作为变量处理，在不同的施工阶段有针对性的进行识别，并将这些识别后的参数经过调整后应用于下一个阶段的施工中。经过多个阶段的不断参数识别和调整后，最终让系统模型的参数趋于最优状态，进而可以降低模型的参数误差和对桥梁的结构状态误差进行控制。

桥梁施工监控其实就是参数识别、误差的监测、控制和及时调整，在误差给定的前提下，其核心问题是误差的调整方法。在误差调整方面，目前常用的理论方法是有最小二乘法、灰色理论方法等。但不论采用哪种方法，其前提始终是识别桥梁施工监控中的主要影响因素，从根本上控制关键误差，忽略影响较小的误差。

4、预应力混凝土刚构桥挂篮施工监控影响因素

预应力混凝土刚构桥挂篮施工采用的是分节、分段的悬臂浇筑施工。挂篮施工控制首先是要计算出每个节段的立模标高，这些控制性标高一般是通过施工监测数据反馈的实测值来进行误差的比对和分析计算得到。通过分析对误差进行预测，从而指导下一浇筑节段的立模标高调整，通过对每个节段的调整来保证成桥后桥面的线型、标高等的误差控制在规定的范围内。其次是通过监测主梁关键截面在施工中的受力情况，采取适当的方法将主梁应力控制在允许范围内。

但是在实际施工中，挂篮施工监控收到诸多因素影响，若对影响因素识别控制不到位将导致监控工作无法达到理想效果。从影响因素来源上看主要有：结构参数、施工工艺、结构分析模型、施工环境、材料特性等。①结构参数一般包括：构件截面尺寸、材料的弹性模量、材料容重、材料的热膨胀系数、施工荷载、张拉力等。②施工工艺：在施工控制中，必须考虑施工条件非理想化带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。③结构分析模型：分析中可以尽量模拟实际结构，但总要对其进行适当的简化并建立计算模型，主要包括计算假定、边界条件等。结构仿真分析计算时应采用不同的计算模型和仿真分析软件相互校核。④温度变化：温度变化对桥梁结构的变形和受力影响很大，不同时刻测量和监测到的数据差异较大，所以必须考虑温度的变化对结构变形及受力产生的影响。一般是将控制理想状态定位于某一特定的温度环境下，从而将温度的影响相对排除。⑤混凝土收缩徐变：因混凝土龄期的差异性，混凝土收缩徐变对混凝土梁桥的影响也比较大，因此结构仿真分析时必须采取合理的徐变参数和计算模型。

5、预应力混凝土刚构桥挂篮施工工艺及监控流程

预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工，主梁除了0号节段、边跨现浇段在支架上施工外，其余节段采用挂篮对称悬灌施工。一般施工步骤为：①0号节段支架预压后，进行混凝土现浇施工；待混凝土强度达到设计要求强度时，进行预应力张拉和孔道压浆；②0号节段施工完成后，以0号节段作为悬臂浇注的施工场地，进行施工挂篮和机具设备的安装工作，之后向两侧对称顺序进行各节段的悬臂浇注施工和预应力张拉、孔道压浆施工。③合拢段施工时，应拆除悬臂施工挂篮，安装合拢吊架，并在两悬臂端采取压重措施，其重量应等于合拢段的重量。在合拢段混凝土浇注过程中逐步卸除压重物，每次卸除压重物的重量应等于所浇注混凝土的重量，以保证合拢段施工前后桥面线型的稳定。合拢段混凝土浇筑完毕后，进行预应力钢绞线的张拉和孔道压浆施工，完成体系转换。

根据预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工工艺流程，结合施工监控中需要监测和控制的内容，可以确定预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工监控流程如图1-1所示。

图1-1桥梁施工监控流程图

6、连续刚构挂篮施工的监控系统和主要监测内容

通常情况下连续刚构挂篮施工监控体系可参照下述步骤：①构建实时监测体系，并据此得到实时监测值；②构建现场测试体系，得到现场测试参数；③对比上述两类参数，进行参数的识别和修正；④在步骤③的基础上得到施工控制所需要的计算参数；⑤依据施工控制的计算体系，进行预测计算和实时计算，其中预测计算用于得到施工控制计算值，通过和实时监测体系所得到的实测值、施工控制计算体系实时计算值之前的比较来后进行结果的修正；⑥完成一个阶段的上述计算和校正后，确定下一阶段的施工资料，并施工控制指令；⑦在完成了上述6个步骤后，在下一个阶段进行类似的循环。

施工监控的主要目的是让施工和设计尽可能的接近。但在桥梁的设计阶段的计算中，会对材料弹性模量、施工时间等进行必要的假定。但在施工控制阶段，则会采用更为真实的参数来进行计算。这两类参数不可避免的会出现偏差，从而导致设计值和施工阶段的实际值之间的差异，对比这一差异称之为施工控制校核计算。桥梁结构复杂，不可能对各个方面的参数都进行校核，只能针对一些关键性的控制指标进行校核，主要的施工控制项目包括以下几个方面：①对主梁混凝土材料参数进行动态监测，如混凝土容重、强度、弹性模量等；②对主梁的立模标高、主梁线型的监测控制；③对主梁施工过程中控制截面应力的验算和跟踪；④对挂篮施工温度的监测，一般是通过连续监测建立主梁温度——挠度曲线，将温度的影响排除；⑤对主梁预应力筋摩阻损失的试验和控制；⑥对主墩主要监测主墩的垂直度、主墩基础沉降。

7、结语

在预应力混凝土刚构桥挂篮施工的监控中，影响因素较多，关键是选取控制性的指标来进行有针对性的施工监控，保障桥梁主体施工的可靠性和精确性和安全性。在施工阶段的计算中，除了要保证监测数据的准确外，还应尽量采用先进的计算手段，如借助于有限元分析方法等来提高模拟计算的精度和计算效率，通过多方面的组合来共同提高预应力混凝土刚构桥施工监控的水平。

参考文献

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