1、施工監控技術在四角田特大橋施工過程中的應用李富春 （陜西咸陽 中鐵七局三公司 712000）摘 要：本文介紹了施工監控技術在四角田特大橋施工中的應用,闡明了施工監控技術在懸臂澆注橋梁施工中的作用,在該文中,作者以四角田特大橋施工為例,通過監控體系的建立,有限元模型的仿真分析,自適應控制方法的運用,以及施工監控對橋梁施工中應力和線形的作用,充分說明了橋梁監控技術在橋梁施工過程中的重要性。關鍵詞：有限元模型；懸臂施工；仿真分析；自適應控制；施工監控；監控體系1工程概況四角田特大橋是國家重點建設項目滬瑞國道主干線貴州境鎮寧至勝境關高速公路第25合同段跨越山谷的雙線整體式懸臂澆注橋梁之一。左幅橋長30

2、5.9m，右幅橋梁長389.58m。左右幅分離。四角田特大橋主橋上部結構為(70m+120m+70m)變高度變截面預應力混凝土箱梁，箱梁橫截面采用單箱單室，中支點（主墩）處梁高700cm，跨中合攏段及邊跨直線段梁高260cm，梁底下緣線形采用圓曲線。懸臂澆注共14個節段， 施工順序為懸臂澆筑邊跨合龍中跨合龍。大橋主橋立面布置見圖1。 圖1四角田特大橋主橋面布置圖（單位：cm）2主橋施工監控2.1 施工控制方法橋梁懸臂梁的施工控制是一個施工量測識別修正預告施工的循環過程2。采用自適應控制系統來進行橋梁的施工控制，用基于最小二乘法的參數復核識別算法進行參數估計，用帶殘差修正的灰色預測模型進行參數預

3、測，再反饋到施工控制計算中，重新進行下一階段的合理狀態分析，使實際成橋線形與理想成橋線形相接近。施工控制分析流程如圖2所示： 圖2 自適應控制分析流程2.2有限元的計算橋梁施工控制的首要工作就是對橋梁的應力、變形等進行理論計算，得出橋梁結構施工過程中每個階段的受力和變形的理想狀態，以保證橋梁施工工藝的科學性。本次計算實際共劃分為26個施工階段和1個運營階段，在施工過程中不允許大范圍變動施工工序及方法。四角田特大橋主橋的施工過程仿真計算采用平面桿系有限元分析軟件進行分析，該模型共有61個節點，60個梁單元（仿真計算模型見圖3），計算過程考慮了混凝土的收縮徐變、預應力、溫度變化以及支座沉降的影響，

4、完善了對結構的仿真分析。計算方法采用正裝分析法和倒裝分析法交替使用，直到計算成橋狀態與設計成橋狀態閉合為止。各施工階段分3種工況進行施工分析，即掛籃移動、澆注混凝土、張拉，主要是對各施工階段工況下的相應截面的應力、位移進行分析，通過對各截面的應力計算值和實測值進行比較，作為監測的依據，以保證下一階段順利、安全施工。圖3 仿真計算模型2.3 標高監控測點的布置主梁零號塊澆注完之后，即在頂面上設置五個基準點。主梁其它節段開始澆注后，在每一截面底板及頂板各布置3個觀測點，每一節段（兩頭）共布置12個觀測點，布置見圖4、圖5所示。圖4 懸澆段變形及標高測點布置圖（cm）圖5 0號塊變形及標高測點布置(

5、cm)2.4 立模標高的確定 立模標高按下式計算： （4-1）式中：i節段立模標高（節段上某確定位置）；i節段設計標高；由各梁段自重在i節段產生的撓度總和； 由張拉各節段預應力在i節段產生的撓度總和； 混凝土收縮、徐變在i節段引起的撓度； 施工臨時荷載在i節段引起的撓度； 使用荷載在i節段引起的撓度； 掛籃變形值。其中掛籃變形值是根據掛籃加載試驗（掛籃加載試驗是在掛籃安裝完畢后，按照懸臂澆注最重節段的120%進行加載通過測量得來），綜合各項測試結果，最后繪出掛籃荷載撓度曲線，進行內插而得。而、五項在正裝分析法中已經加以考慮。四角田特大橋施工監控過程中，立模標高的提供的確定位置選定為施工時節段底

6、板端頭底部標高。 計算實例以下是四角田特大橋左幅2號墩7號節段立模標高計算過程：掛籃移出后6號節段上標高監測點監測成果如表1：斷面部位混凝土澆注后張拉后掛籃移出后15頂板左1456.1731456.161456.16中1456.3121456.3111456.31右1456.3651456.3611456.36底板左1452.4811452.481452.477中1452.4851452.481452.48右1452.4851452.4821452.4835頂板左1455.1291455.1291455.127中1455.2911455.2881455.286右1455.371455.3611

7、455.362底板左1451.4561451.4521452.45中1451.4641451.461451.461右1451.4581451.4581451.456表1 四角田左幅2號墩6號節段標高檢測成果張拉后6號節段15號斷面監控點確定位置（端頭底板底部）控制標高為1452.479，35號斷面控制標高為1451.451。實測張拉后，15號斷面為1452.481 +2mm；35號斷面為1451.457 +6mm；判斷：不需要采取糾偏措施；根據計算，7號節段14號斷面控制標高為1452.868m，36號斷面控制標高為1451.701m，有撓度理論計算可知，撓度=+=+4.678cm=+=-3.

8、71cm=6mm 取4mm 取2mm 14號斷面為2mm 36號斷面為1mm 則立模標高計算：14號斷面： =+=1452.868+0.04678+(-0.0371)+0.004+0.004+0.002+0.002=1452.89036號斷面： =+=1451.701+0.04678+(-0.0371)+0.004+0.004+0.002+0.001=1451.722在計算中，業已考慮了混凝土收縮、徐變、臨時荷載等的影響，要求實際立模標高與計算的名義立模標高之間的誤差控制在2mm以內。2.5主梁變形監測主梁變形監測的主要內容包括撓度監測、主梁軸線偏位測量與墩頂沉降測量。撓度監測采用精密水準儀測

9、量各水準測點的標高，每一個節段進行數次的觀測，以便觀察各水準測點的撓度及主梁合龍精度及橋面的線形。軸線偏位測量是用鋼尺找出前端梁段的中線并做標計，采用視準法直接測量其前端偏位，每塊節段施工時均進行軸線偏位測量。墩頂沉降測量采用全站儀在一側岸邊設置兩個站點，測出墩頂測點的三維坐標，以便得到墩頂標高值，每一測試工況下的變位即為測試值與初始值的差值，每塊節段施工時均進行墩頂沉降測量。鑒于日照溫差的復雜性，為了盡量減少日照溫差效應對觀測的影響，觀測的時間宜安排在早晨太陽出來之前。2.6 應力監測為了及時掌握大跨度連續梁橋在施工過程中關鍵部位應力（或應變）的變化規律，弄清理論值與實際值之間的關系，在每一

10、跨主梁關鍵部位布置應力測點，通過施工階段的實時測試獲得結構真實的應力狀態，對其進行誤差分析并判斷是否符合設計要求，如果實測值與理論值的差值超限則必須查找原因和調控，使之在允許的范圍內變動。選取每一跨箱梁的支點截面、L/4截面和跨中合龍截面作為控制截面，共9個控制截面，測點布置在截面上、下緣處，采用智能式應變計進行測試，測試方法采用差值法，監測箱梁承受的縱橋向彎矩和軸力。梁監測截面內的應力測點布置如圖6所示。應力監測采用JMZX-215A智能數碼應變計測量混凝土的應變，數據采集儀為振弦檢測儀JMZX-300X。傳感器在埋入橋梁混凝土過程中，充分考慮傳感器與混凝土變形一致，且對傳感器精確定位，并采

11、取有效措施對其進行保護。此外還采用了無應力應變計做成溫度補償試塊，用以測試控制梁段的混凝土收縮應變和徐變應變。 圖6 應力測點布置圖在實際結構中，混凝土的收縮、徐變、溫度應變和荷載應變是混合在一起的，即實際測得的應變包含了荷載應變、溫度應變、混凝土收縮應變和徐變應變。所以在按公式=E計算混凝土結構的實際應力時，必須將混凝土的收縮、徐變以及溫度影響從實測應變中剔除3。再對應地將修正的實際應力與仿真分析得出的應力進行比較，作為監測的依據，合理評價施工的質量，以保證施工過程的順利、安全施工。以下是四角田特大橋1-10號節段各施工過程應力監測點應力及變化圖形(圖7):階段施工內容測點1應力測點2應力測

12、點3應力測點4應力291#段砼0.01910.01840.00470.0126 30張拉1.0107 0.9943 0.6964 0.3207 31移掛籃0.9535 0.9388 0.6700 0.3310 322#段砼0.8253 0.8155 0.6359 0.4095 33張拉2.0607 2.0275 1.4217 0.6576 34移掛籃1.9738 1.9433 1.3862 0.6835 353#段砼1.7346 1.7133 1.3228 0.8303 36張拉3.0147 2.9682 2.1172 1.0438 37移掛籃2.8991 2.8562 2.0727 1.08

13、45 384#段砼2.5548 2.5251 1.9831 1.2995 39張拉3.8727 3.8160 2.7799 1.4731 40移掛籃3.7475 3.6948 2.7325 1.5187 415#段砼3.3171 3.2810 2.6210 1.7886 42張拉4.6634 4.5988 3.4189 1.9308 43移掛籃4.5382 4.4776 3.3715 1.9763 446#段砼4.0216 3.9809 3.2361 2.2967 45張拉5.4348 5.3629 4.0503 2.3947 46移掛籃5.2998 5.2322 3.9970 2.4391

14、477#段砼4.6497 4.6073 3.8330 2.8564 48張拉6.1290 6.0523 4.6512 2.8840 49移掛籃5.9943 5.9220 4.6020 2.9372 508#段砼5.2678 5.2238 4.4200 3.4062 51張拉6.8135 6.7322 5.2462 3.3721 52移掛籃6.6788 6.6019 5.1971 3.4252 539#段砼5.8759 5.8303 4.9970 3.9460 54張拉7.4978 7.4116 5.8372 3.8514 55移掛籃7.3535 7.2722 5.7862 3.9121 561

15、0段砼6.5033 6.4554 5.5816 4.4794 57張拉8.1818 8.0905 6.4239 4.3219 58移掛籃8.0375 7.9511 6.3730 4.3826 5911段砼7.1587 7.1070 6.1631 4.9726 60張拉8.7099 8.6170 6.9209 4.7817 61移掛籃8.5754 8.4872 6.8759 4.8436 6212段砼7.6013 7.5519 6.6485 5.5092 63張拉9.0078 8.9216 7.3472 5.3614 64移掛籃8.8637 8.7826 7.3004 5.4309 表2 四角田

16、特大橋左幅2#墩1-10號節段應力圖7 1-10號節段各施工步驟下應力變化圖形從圖中可以看出，應力監測點1、2、3、4應力變化呈現規律發展，測點1、2應力變化圖形基本重合，大于3、4號監測點的應力，應力符號表明混凝土始終處于受壓狀態，數值與仿真分析得到的數據基本吻合，施工始終處于安全狀態。2.7溫度及其影響觀測主梁溫度測量采用JMT-36B型溫度傳感器，并配合使用JMZX-300X型綜合測試儀測量。主要在主梁的標準截面內預埋溫度元件，以測量其內部的溫度場分布。選取一個“T”中的一個懸臂的L/4截面作為溫度測試對象，布置12個溫度測點，具體位置見圖8。圖8 斷面溫度測點布置圖測試時間選在主梁施工期間選擇有代表性的天氣進行24小時連續觀測，例如：每個月選擇一個晴天、多云天和陰雨天。在進行溫度測試的同時，測量結構的變形和內力，即主梁標高和相關截面應力應變，用以分析溫度變化對結構的影響。為調節內外溫差，施工時，在腹板上準確預留通風孔十分重要。3 結語3.1在橋梁監控中正確建立有限元仿真分析模型，從理論上計算出橋梁各個施工階段應力和變形狀態，與施工現場的實測數據及時進行對比分析，為懸臂橋梁安全、順利地建成提供技術保障。3.2連續剛構或連續梁橋