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1、168m钢管混凝土刚架系杆拱主桥施工监控实施方案中南大学土木建筑学院桥梁工程系二零零九年七月十三日目 录第一章 雁栖大桥施工监控目的及意义111 大桥概况112 监控目的及意义213 本项目监控项目主要内容214 施工监控组织3第二章 大桥施工过程精细计算521承台大体积混凝土水化热分析522 施工过程全桥内力分析523施工支架稳定性监控624预应力锚固区局部应力计算625吊杆张拉方案比较计算6第三章 基础大体积混凝土监控方案731 监控目的及指标732 监控测点布置733 控制温度应力、防止裂缝的技术措施934 温测数据整理10第四章 施工支架稳定性监控114.1引桥支架（六四式军用梁）的设
2、计与计算114.2主桥支架（拆装梁）的设计与计算164.3拱肋支架的设计与计算214.3.1计算过程21第五章 关键截面应变测量监控2351 主梁结构部分设计参数的测定2352 应力测试235.3 理论分析25第六章 线性测量监控2861 挠度观测及立模标高确定2862测量时机的选择306.3全桥线形观测30第七章 吊杆张拉方案及内力控制3571控制目的3572 控制方法3573 调整方法357.4 恒载作用下吊杆索力测试35第八章 预应力摩阻及伸长量现场试验3881 试验意义3882 试验方法3883 试验原理3984 试验内容40第九章 施工监控项目参加人员及报价清单4191人员组成419
3、2监控项目报价清单42第十章 资质及主要相关业绩43101资质材料44102公司简介55103主要相关业绩情况表57第一章 168m钢管混凝土刚架系杆拱大桥施工监控目的及意义主桥（图1.1）为计算跨度为168m的下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，拱肋与桥墩固结，采用预应力钢绞线作为拉杆平衡拱的推力。图1.1主桥桥型图主拱拱肋采用等截面钢管混凝土桁架结构，两片拱肋横向中心距26.6m。每片拱肋桁架上、下弦杆由四根800x14mm的钢管及平联缀板组成，截面高3.5m，宽2.0m；弦管及平联缀板内灌注C50无收缩混凝土。腹杆采用273x12mm的钢管，腹杆内不灌注混凝土。拱座为变截面钢筋混凝土实心截面。
4、钢管混凝土两主拱之间设置了7道“一”字形横撑；拱顶横撑由六根直管组成，其余横撑有四根直管组成。横撑直管采用500x12mm钢管，横撑腹杆采用273x12mm钢管。横撑钢管内部填充混凝土。主桥设20对吊杆，顺桥向吊点中心距为8.0m，每点吊杆为双吊杆，其中心距为50cm，每根吊杆钢索由55根7mm的镀锌高强度低松弛预应力钢丝组成。每片拱肋各设10根可换索式钢绞线系杆，每根系杆由19根j15.24mm钢绞线组成。桥面系采用悬吊体系，由钢横梁、钢纵梁、桥面预制板及现浇层组成钢混组合结构。主桥设横梁20片，钢横梁长28.6m 采用工字形截面。顺桥向设钢纵梁10道，全桥有工字形钢纵梁210片。钢纵梁采用
5、高强度螺栓连接在钢横梁上。桥面板由预制板和现浇板组合而成，通过栓钉与钢纵、横梁连接，形成钢混组合结构。预制板接缝混凝土采用无收缩混凝土，预制板顶面现浇10cm钢纤维混凝土。主桥桥墩采用双柱式门形刚够墩，由矩形墩柱和箱型横梁组成。墩柱截面的纵向长度为4m，横向宽度为2.6m；箱型横梁的宽度为3.6m，中心高度为3.5m。墩柱和横梁均为预应力混凝土结构，采用C50混凝土。主墩采用钻孔基础，分离式承台，每根墩柱设一个12.6 x7.8 x3.8m的承台，每个承台下设6个直径为1.8m的钢筋混凝土钻孔桩。本桥是钢管混凝土系杆拱桥，属于高次超静定结构,对成桥拱轴和钢横、纵梁线形及吊杆、系杆的张拉力有较严
6、的要求,每个节点坐标的变化都会影响结构内力的分配。桥梁线形一旦偏离设计值,势必导致内力偏离设计值。另外,钢横、纵梁、拱、吊杆和系杆之间刚度相差十分悬殊,受吊杆力、温度变化、风力和日照影响、施工临时荷载、混凝土收缩徐变、预应力张拉等复杂因素干扰等等,使力与变形的关系十分复杂。在施工计算中,虽然可以采用多种计算方法,计算出各施工阶段的索力和相应的梁体变形,但是按理论计算所给出的吊杆力、线形进行施工时,结构的实际变形却未必能达到预期的结果。这主要是由于设计时所采用的计算参数诸如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等与实际工程中所表现出来的不完全一致所引起
7、的。复杂桥梁在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有累积性,如不加以及时的有效的控制和调整,随着拱的施工长度的增加,拱的标高最终会显著偏离设计目标,影响成桥后的内力状态和线形。因此施工监测、控制是保证桥梁达到设计要求的重要手段。此外，由于施工过程中支架、模版等临时设施较多，这些临时设施大多不经过计算复核，从而容易威胁结构在施工过程中的安全，因此，为保证施工中结构的安全，也需要进行必要的监控。1.3.1 控制思路168m钢管混凝土刚架系杆拱的高程和线形控制严格按照公路工程质量检验评定标准执行，肋拱的轴线偏位控制在5mm内，断面尺寸的高度控制在5 mm内，顶、底、腹板的控制在0到10mm范围内，
8、拱宽控制在10 mm范围内。要保证控制目标的实现，最根本的就是对立模标高及索力做出尽可能准确的预测，即主要依靠预测控制。无论施工过程如何，总是以最终桥梁成型状态作为目标状态，以此来控制各施工阶段的立模标高。施工控制流程如下图所示。图1.2施工控制流程图1.3.2. 监控内容(1)大桥施工过程精细计算(2)基础大体积混凝土监控方案(3)施工支架稳定性监控(4)关键截面应变测量监控(5)线性测量监控(6)系杆张拉方案及内力控制(7)预应力摩阻及伸长量现场试验各部分具体内容见后面章节介绍。1.4.1施工控制组织施工控制是个高难度的技术问题，但又不是孤立的施工技术或计算分析问题，它涉及到监控、设计、施
9、工、监理等单位，为保证控制过程的顺利进行，建议：(1) 由业主负责成立由大桥各方参加的主桥监控领导小组，以便协调各方关系，高效开展工作。指定各方传递数据的人员名单，由固定人员进行数据及报告的交接。(2)在施工检测及施工控制正式实施以前，须提供大桥有关的技术资料；（施工设计图纸，施工组织设计文件，主拱合拢方案及次序，合拢前、后主梁的设计状态的理论值）。(3) 请施工方提供施工检测过程中的便利条件：施工各阶段高程等测量，测量数据及时通报监控单位；预设标志和预埋元件的可靠保护。1.4.2 各单位分工：(1) 业主.协调各成员单位的工作，及时招集大桥施工控制会议。(2) 监控单位.拟定施工控制方案。.
10、施工过程中进行结构变位、应力、应变、系杆内力及温度观测。.识别设计参数误差，并进行有效预测。.优化调整分析。.预告立模标高和系杆各次张拉力。.发生重大修正时，及时向领导小组回报并会同设计单位提出调整方案。.验算及跟踪施工过程中各控制截面的内应力。.合拢方案验算。.配合参建各方，对施工中出现问题进行理论分析。.主桥竣工后提交施工控制与监测成果报告。(3)设计单位.提供结构计算数据文件、图纸、结构最终受力状态、拉杆内力及线性。.提供成桥线形要求。.计算、确定重大设计修正，负责变更后各种验算。(4)监理单位.认真执行监理工作，保证施工质量。.与施工单位共同监测主梁标高和塔顶偏位。.墩部预应力张拉监督
11、 (5) 施工单位.施工组织设计与进度安排。.支架试压及挠度测量。.混凝土比重及弹性模量试验。.桥面施工荷载调查及控制。.负责测试组件的保护。.钢横、纵梁及拱的变位测量。第二章 大桥施工过程精细计算根据168m钢管混凝土刚架系杆拱桥承台混凝土配比及施工方法，采用空间有限元及混凝土水化热理论计算承台水化热反应，指导监测及施工。大跨度钢管混凝土刚架系杆拱桥的施工采用分阶段逐步完成的支架现浇施工方法时，结构的最终形成要经历一个比较复杂的施工过程。对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，是施工控制中最主要的内容之一。为了达到施工控制的目的，必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段
12、在受力和变形方面的理想状态，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。首先，根据设计提供的有关资料对桥梁施工过程进行正装计算，计算时按照施工方案确定的施工加载顺序进行结构分析，严格计入结构几何非线性、预应力、支架、预应力及混凝土收缩和徐变的影响。最后将所得到的成桥恒载内力和位移状态（包括主梁挠度，控制截面内力与应力）与设计进行核对保证相互一致后进行施工。根据上述理论计算及具体施工过程中的各项参数（梁段重量、系杆力、标高变化、内力状态）不断调整计算参数，计算完毕后，提供以下理论控制数据：1. 各施工梁段的主梁及主拱立模标高。2. 系杆力控制值。以上两项
13、内容将以施工指令通知单的形式下达到施工单位，业主及设计单位备案、大桥总监办监督执行。同时，施工过程中的较大调整，由本施工监控单位提出方案，由设计单位复核。全桥计算模型见图2.1图2.1全桥计算模型施工时临时支架一般由施工单位进行组织施工设计，为了保证施工时支架的稳定及支架上主结构的安全，本监控单位负责全面的支架强度和刚度计算及支架稳定检算，以确保施工安全。本桥在门形刚构墩上布置有大量的预应力钢筋，预应力锚下局部应力较大，在施工前，对全部局部应力进行检算，并提出改进意见，保证锚下混凝土不出现局部裂缝。系杆张拉会引起拱脚局部应力的变化，如果张拉力过大，则会出现裂缝，此外，张拉系杆内力会引起已张拉完
14、毕的系杆内力的变化，导致系杆内力与设计值不相符及主结构内力分布不合理，本计算通过优化方法合理安排系杆张拉次序及张拉力使张拉过程简化准确。第三章 基础大体积混凝土监控方案大体积混凝土结构断面尺寸比较大，混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时混凝土弹性模量很小，徐变较大，升温引起的压应力并不大；但在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。如采取措施不当很容易产生温度裂缝。此外，混凝土在硬化过程中还容易产生收缩裂缝。基于以上原因在承台灌注过程中如何防止混凝土开裂成为确保承台施工质量的重点施控目的。根据以往经验，结合工程具体情况，拟定了具体控制方案，其中包括减少内外温差，预防混凝土裂缝上采取的多项技术措施。为了及时掌握温度变化情况，在施工中对混凝土内部温度进行监测。大体积混凝土温度监控指标因受混凝土强度等级、材质、季节、气候、施工顺序等方面的影响，温控指标并无绝对的、不变的指标，在承台控制时，结合本监控小组对若干座大桥承台温度控制实施方法及指标，结合本桥承台混凝土强度等级等特点，确定本承台温度控制指标如下：内外温差：30oC内部最高温度：65 oC进出水口温差：10 oC温度控制过程中，一旦发现某一指标超出施控指标，及时与设计、监理、施工各方进行商讨，拟定有效措施，确保混凝土不发生温度及收缩裂缝。承台温度测
