桥梁施工监控研究

摘要：施工过程中，随着悬浇梁段的增加，结构体系不断变化，每一梁段的增加都对现有结构的线形及内力产生一定的影响，种种影响因素将导致施工过程中桥梁线形、内力与理想目标存在一定的偏差，这种偏差积累到一定程度如不及时加以识别和调整，最后使得桥梁线形扭曲、结构失稳，合拢困难，甚至对桥梁结构安全埋下隐患。因此本文对桥梁施工监控进行了研究。

关键词：桥梁 施工 监控

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：

1.桥梁施工监控的必要性

由设计提供的主梁各节段的施工预拱度是基于规范要求来确定的设计参数，但施工实际情况与规范要求存在一定的误差，(例如混凝土材料比重、混凝土弹性模量、预应力钢束弹模、预应力损失，施工环境温度与设计的不同，施工时的荷载与设计考虑的差异等)，这一误差往往导致设计计算与施工实际有一定的差异。同时，连续刚构桥梁通常采用悬臂分节段施工，是一个复杂的施工过程，受力状况复杂，成桥状态同施工过程密切相关，在施工过程中，结构的几何特性、材料特性、所受荷载及支承条件等均不断变化，结构体系经常转换，施工过程直接影响成桥后的内力和线形。施工过程包括墩身、主梁支架段、主梁悬浇段和合拢段等施工阶段。主梁的标准悬浇节段施工一般又分为若干个工序，有挂篮行走、立模、钢筋绑扎、混凝土浇注、预应力束张拉与灌浆等工序，每一梁段的增加都对现有结构的线形和内力产生一定的影响。在连续刚构桥梁的施工过程中，各个施工阶段是相互连续的，是一个完整的体系，当前的施工状态直接影响后期阶段的结果，并且由于连续刚构桥梁自身的特点，若发生偏离时而没有及时纠正，造成偏差过大甚至超出控制范围时，很难在后续节段的施工中予以弥补，并很有可能发生安全事故，

2.桥梁施工监控的内容及目标

由于悬臂施工是一个动态系统，这就决定了施工控制是一个不断测量、分析对比、识别修正的循环过程。施工监控、监测在实施时第一步的工作是要形成控制的目标文件。桥梁的施工监控是一个施工量测判断修正预告施工的循环过程，施工监控、监测的预测计算将采用设计计算参数对施工过程进行分析，计算出控制目标的理论真值。理论计算结果包括理论轴线偏移（主梁）、理论标高及挠度、理论应力（包括主墩与主梁）等，在计算过程中，计算结果需要与设计计算结果相比较，互相核对，以保证监控计算与设计的一致性。在桥梁进行设计计算式，对于计算所采用的一些参数（如施工时间、材料的容重、弹性模量等）通常采用规范值或经验值进行计算，而在监控计算中，由于监控是施工过程监控，必须与施工保持一致，采用的参数则是最大限度接近真实状态的取值用于计算。

施工监控的内容包括：

（1）箱梁平面线形监控；

（2）箱梁高程线形监控；

（3）箱梁和桥墩内力监控；

（4）箱梁温度监控。

各项目在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。在这一基础上，将产生误差的原因予以尽量消除，给出下一个工况的施工控制指令，在现场施工形成良性循环。施工监控须达到如下目标：

（1）检验设计计算的可靠性、有效性及合理性；

（2）保证桥梁结构处于安全的状态；

（3）探索结构体系在复杂的非确定性因素（如风力、温度等）作用下的受力状态，为今后该类桥型的监控工作提供借鉴经验；

（4）监测整个施工过程中结构的变形及受力状态，为监控计算反馈分析提供有效资料和数据。

3.桥梁施工监控流程

具体施工监控工作流程如图1所示。

图1 施工监控流程图

4. 桥梁施工控制方法

4.1正装分析法

正装分析法是指通过结构实际的施工方案和各个节段的结构状态逐步的向前进行计算，最后计算出在成桥后的变形和结构受力状态。正装分析法是当前阶段的结构状态作为下一阶段分析计算的基础，由于桥梁的施工不断向前推进，结构的边界约束条件、荷载的大小及形式也在不断的变化，也就是说，正装分析法是按照施工工序来进行计算的。经过大量实例证明，该方法在桥梁施工的模拟中能够取得较好的模拟效果，计算结果中能得到结构在每一施工阶段的应力及位移值，同时，使用该方法进行计算时，能够更好的模拟桥梁结构形成的历程，能更好的考虑混凝土的徐变、收缩及其他非线性影响因素，可以更好的指导结构的施工，为施工提供有效的数据，因此，正装分析法在桥梁监控计算中占有重要的地位。正装分析法有以下特点：

①在各施工阶段中，混凝土收缩、徐变等时差效应须随着施工过程逐步计入计算模型。

②在每一阶段结束时，该阶段的受力及变形状态通过之前的各阶段的受力及变形情况和该阶段的施工状态、荷载作用求得。

③使用正装分析法进行计算，桥梁施工必须严格按照制定的施工方案逐步执行，同时分析计算也须严格按照方案中制定的工序进行计算，这样才能获得施工过程中及最终的受力状态和变形情况。

④当前阶段的分析计算是在前一阶段的计算结果上进行的。

4.2倒装分析法

倒装分析法是指假设当前线形及内力结果均满足设计要求，在这个状态下，对结构进行倒拆，也就是按照正装分析的逆过程，然后分析每倒拆一个施工节段对剩下的结构的影响，倒拆后计算分析得出的内力及变形状态即为该节段的理想施工状态。获得桥梁施工中各节段的理想施工状态（位移及内力）即为倒装分析法的目的。一般在设计中，桥梁施工过程中各个节段在该节段施工时的状态并没有给出，只是给出了桥梁成桥状态的设计标高，而倒装分析法就是根据设计中给出的最终的成桥状态，对每一施工节段进行倒拆，分析计算出每一节段的理想施工状态。利用这种方法计算各个节段的施工状态，能更好的使桥梁最终能够达到设计要求的成桥状态。倒装分析法的计算方式及特点，使其能够适用于各类桥型，如连续梁桥、斜拉桥、连续刚构桥，特别是适用于采用悬臂浇注法的桥梁。采用倒装分析法进行计算时须注意以下几点：

①在倒拆单元去除等效荷载时，用被拆单元接缝外的内力反方向作用在剩余结构接缝处来进行模拟。

②在拆除某一单元时，拆除的部分的应力应为零，剩下的结构的心的接缝面应力为该阶段对该接缝面施加的预应力。

③倒装分析法的初始状态应由正装分析法来确定。另外，倒装分析发也有其不足的地方，主要包括以下两方面：

①对于悬索桥及其他集合非线性影响较大的大跨度桥梁，如果按倒装分析法来计算和指导施工，那桥梁最终的成桥状态将偏离设计值。

②由于倒装分析法是按照施工工序的逆过程来进行分析的，因此对于混凝土收缩、徐变等与结构形成过程有关系的因素，采用倒装分析法时考虑这些因素是存在一定难度的。

4.3无应力状态法

无应力状态法主要适用于悬索桥及拱桥的监控计算，它是以桥梁中的各个节段的曲率和无应力长度不变为基础的，然后使桥梁施工各个阶段的状态和成桥状态联系起来。

5.结构状态误差

桥梁结构分段施工的最终目标，是使成桥状态的结构实际状态（包括内力和线形）最大限度的逼近理想设计状态。要实现这一最终目标，必须全面了解施工过程中可能引起实际状态偏离设计状态的所有误差因素，以便对整个施工过程进行有效的控制，对误差进行合理分析和及时处理，是现场监控工作的重要环节。

参考文献：

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