湘潭三桥施工控制总结报告1

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1、湘潭三大桥斜拉桥施工控制研究总结报告长沙交通学院湘潭工学院2001 年 4 月参加施工控制研究主要人员名单姓名职称所起的作用颜东煌教授项目总负责人袁帅华讲师现场负责人李学文讲师计算分析钟新谷教授现场协调田仲初副教授计算分析徐卓荣实验师测试舒小娟助教测试郑玉国助教测试湘潭三大桥施工控制研究依据1由湖南省公路桥梁建设总公司湘潭三大桥工作组(甲方)与长沙交通学院(乙方)签订的湘潭三大桥斜拉桥施工控制研究项目协议书。2湘潭三大桥斜拉桥施工控制研究项目实施大纲。3湘潭三大桥三阶段施工图设计文件及变更设计图纸和文件。4. 公路桥涵设计规范(JTJ021-89 )5. 公路斜拉桥设计规范(现行)(JTJ02

2、7-96)6. 公路桥梁施工技术规范(JTJ025-89)7. 公路工程质量验收评定标准(JTJ076-94)一、报告正文1二、结构计算离散图和计算工况信息15三、湘潭三大桥主桥施工控制工作提纲17四、湘潭三大桥主桥施工控制工作提纲补充说明21五、湘潭三大桥主桥施工控制指令表23六、湘潭三大桥主桥施工控制现场会议备忘录湘潭三大桥施工控制研究总结报告1项目概述 湘潭市湘江三大桥主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，采用塔 墩固结、塔梁分离的半漂浮体系，跨径组合为：133米270 米133米， 全长 536 米。由于通航要求，本桥边跨没有设置辅助墩，故边中跨比例 达，比较大，对受力较为不利。主梁采用

3、有悬臂的实心双主梁断面，梁高米，双主梁（索）中距米 标准段实心主梁单肢宽米，桥塔处加厚段米。边跨靠近梁端部约 50 米范 围内，主梁内侧加下翼缘，以增加截面下缘抗弯模量，适应边中跨比例 较大的结构特点。主梁桥面板宽 24 米，标准节段长8 米，标准横梁间距 4 米，厚米，主梁端部横梁厚米，桥塔处横梁厚米。斜拉索呈扇形布置，每个塔扇形索面 16对索，标准梁底部索锚固点 间距为8米，塔上索距为米。斜拉索为PES7型规格，。7平行镀锌钢 丝。桥塔采用双柱花瓶形塔，塔高米，箱形断面，斜拉索直接锚固于塔 壁中心处。0#1#块主梁的施工，是同时在由挂篮主体结构组成的支架体系上一 次浇筑完成的，自第二号梁段

4、开始使用前支点挂篮悬浇，每次施工长度 为 8 米。其中，斜拉索的安装索力在当前施工梁段分三次张拉到位。If墩图 1 湘潭三大桥总体布置图2 理论计算1）理论计算建模及理论仿真计算工况 全桥施工控制理论计算建模把湘潭三大桥离散为平面杆系结构，主 梁离散为 206 个梁元，全桥离散为 378 个单元，295 个节点，四套前支 点挂篮也离散为结构单元参与整体受力。全桥仿真理论计算工况为 139 个。详见附件 1。2）理论控制数据计算用长沙交通学院颜东煌教授研制开发的斜拉桥设计计算与控制分析 软件计算理论控制数据，计算了以下理论控制数据；a）各施工梁段的安装索力和主梁立模标高；（见施工控制指令表， 附

5、件 3）b）各施工梁段的状态变量值（包括分次张拉索力）；（见附件 3）c）挂篮前移后、混凝土浇筑完成后及最后一次张拉后的悬臂前端 5 对索的索力、前 5 个梁段主梁测点标高值及塔顶的偏位值；d）斜拉索最后一次张拉后主梁和塔上施工中的控制截面应力和应 变值；e）典型状态下的全桥索力、标高、塔顶偏位及控制截面应力和应 变值；（典型状态包括每隔 5 对索选一个状态；合龙前后状态； 二期恒载前后状态）以上理论数据曾与设计方作过多次核对，已确认无误。a）和b）的控 制数据在发出之前均有设计和监理的签认。（见附件 3）4）施工控制中的计算与分析a）采用湘潭三大桥的设计资料和设计参数的规范值，进行正装理 论

6、计算。对成桥状态和主要施工阶段的索力、梁和塔的变形、应力等进 行计算，并与设计方的成果进行校核对比，分不考虑和考虑收缩、徐变 两种情况。通过对比发现最初的正装计算结果与设计方的计算值之间存 在一定差异。于是，与设计方一起相互进行反复地检查，统一参数，找 出原因，校准原始数据，直至两套计算结果基本接近。b）跟踪各施工阶段详细计算。通过挂篮的试压结果，获得了挂篮 的弹性、非弹性变形值，进一步调整了挂篮纵梁的刚度；对于能观性状 态变量（如标高、塔顶偏位、应力、应变等）的理论值与实际值间存在 的差别，通过参数识别法拟合出新的设计参数，使理论值与实测值间的 差别达到最小，如主梁容重、弹性模量和塔、梁的刚

7、度，混凝土的收缩、 徐变系数等；最后计算出下一个梁段的合理索力和主梁线形的修正量。c）开放交通前的索力调索。在二期恒载完成后，对全桥的标高、 索力和应变进行了统测。本桥由于施工控制从严，建桥各方层层把关， 索力、标高及应力均达到了设计的成桥状态，各项参数均未超过相关规 范允许的要求，索力一次性张拉控制到位，最终没有调索，大大简化了 施工工序，节约了工期。3 施工监测1）索力测量斜拉索索力测试的准确性直接关系到主梁内力、线形和塔顶偏位， 它的误差有时可以掩盖其它权重相对较小的一系列可观性状态变量误差 的表现，如不加以重视，可能会关系到施工的安全。因此，在施工的监 测中，必须把保证索力测试结果正确

8、、可靠放在第一位。湘潭三大桥的索力测量主要采用了频谱分析法（也称脉动法），把高 灵敏度传感器绑在待测斜拉索的合适位置上，采集斜拉索在环境振动激 励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱自动计算分析后，在频谱图上 得到斜拉索的自振频率，最后根据自振频率和索力的关系确定索力。影响斜拉索索力测试结果准确性的因素很多，主要有：斜拉索两端 锚固点间的有效长度、综合容重、边界条件、斜拉索弯曲刚度，以及风 振引起的桥面振动等。在测试中的典型工况下进行了标定，一方面用 INV 306动力仪和IFM168动力仪互校测索的频率，再用高精度测力传感器 标定索力（分锚在前支点挂篮上和锚在主梁上张拉两种工况）。与此同时，

9、应尽量控制好混凝土的浇筑量，因为它将直接影响第二次张拉力的控制。在每个标准梁段施工过程中，测试挂篮前移、砼浇筑完成以及最后 一次斜拉索张拉后的悬臂前端 5 对索的索力；测试斜拉索前几次张拉前 后的悬臂前端 2 对索的索力。每隔 5 对索，在某一典型状态（如斜拉索 最后一次张拉后、合龙前后、二期恒载前后）下对全桥索力作一次统测 此外，还进行了 24 小时温度变化时的索力测试和有、无风振时的索力对 比工作。2）位移测试a） 测点位置：每一梁段悬臂端截面梁顶设立三个标高观测点，分别布置在两个主 肋中心处和断面中心处。断面中心测点也可作为主梁偏位测量的测点。 在混凝土达到强度前，该测点临时布置在挂篮模

10、板相应位置处。该临时 测点也是立模的测点。b） 测试方法：用精密水准仪测量测点标高。临时水准点可设在梁塔临时固结处。3）主梁和塔中控制截面应力、应变测试斜拉桥施工中的主梁应力测试是一项长期的、艰苦的现场监测工作。 我们经过长期使用大量的不同类型的应变测试元件进行测试分析，认为 针对混凝土结构选用振弦式应变计测试结果较好，且长期的稳定性也较 好。对于不同截面可选用不同压应变量程的应变计，受拉区采用振弦式 钢筋应变计。湘潭三大桥采用了国产和少量进口的应变计，在受外力之 前测试初值，与相同部位的无应力应变计同步测试。湘潭三大桥在近 12个梁段和三道横梁时共埋设了近50 个振弦式应 变计，对于有代表性

11、的梁段，在挂篮立模和张拉预应力以及斜拉索第三 次张拉的前后进行了测试，对于桥面板“剪力滞”现象又有了进一步的 认识。如桥面板的“负剪力滞”现象等，把应变的结果与理论值（含收 缩、徐变）对比来间接控制主梁中的应力。另一方面，还可作为修正收 缩、徐变系数的直接依据之一，所测的应变结果，对湘潭三大桥主梁的 施工安全起到了较大的作用。主梁应力、应变测试断面选择在各塔两侧中跨所在梁段的合适位置 施工过程中应力控制截面以及成桥后活载作用的控制截面。截面上的测 点布置重点测试上、下缘处的值。主梁应力测点布置示意图如图2 所示。4）塔顶水平偏位测量a）测点布置：各塔顶上下游各设一至二个测点，测点位置选在塔顶便

12、于 观测的可靠位置处。b) 测试方法：主要用全站仪、经纬仪测量。梁段应力测点布置312316下 游上3LC4知墩江侧游a309J3L5上311a曲墩岸侧313下 游游307308J上JU：g30&下 游游*墩江侧3a i3OEaJ上JU4303a下 游游皆片墩岸侧图2-(b)3号梁段应力测点布置图图2-(d)中跨合龙梁段应力测点布置图 Flfl JITLiJH149墩岸侧MI6*H05H03OcXI fl己墩江侧MOEMIEW09M07HOIa-侃环墩岸侧MIDX07XOj叫3X*5) 温度及其影响观测a) 温度场观测 测试方法混凝土中的温度测试和索的温度测试选用NTC型直径为4米的热敏 电阻

13、，使用读数精度达4位半的DT数字型阻值表测出。主梁的两个标准 截面以及测温索段内预埋温度元件，以测量其内部的温度场分布。本桥 在挂篮立模和索的最后一次张拉时均测试了索梁温度场，为在施工控制 中修正温度影响、确保主梁局部线形平顺起到了至关重要的作用。 温度测试施工期内，重点实测了不同季节，不同天气下的索、梁温差和温度 场，主梁选了一个有代表性的截面，在主肋和顶板沿高度共布设了50个 高性能的热敏电阻，在 3 米长的同实索等直径的试验索中心和钢丝外圈 与 PE 层内部共布 6 个高性能的热敏电阻，桥面板与梁肋的温度差大于规 范 5 度，索与梁肋的平均温差也大于 10 度，所测结果对主梁状态标高控

14、制和加快施工进度起到了较大的作用。 测试时间在主梁施工期间选择有代表性的天气进行了 24 小时连续观测。例 如：每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。特别是在主梁施工的养 护期间，实测到了梁板中的水化热变化规律，对于施工方法如何养护起 到了依据作用。b） 温度对结构变形和受力影响的测量 测试内容：主梁标高、索力、塔顶偏位及相关截面应力应变。 测试时间：与温度场观测同步进行。4 施工控制工作小组的监测和监控思路 在湘潭三大桥施工控制中，把成桥状态（成桥三年后的状态轨迹为 设计线形）做为控制的最终目标，而把施工的中间状态（过程运动状态 轨迹）作为中间控制目标和纠偏的依据，把立模标高和当前安装索的张 拉索力作为能控性的状态变量，把已建主梁标高、斜拉索的索力和关键 截面的应力、应变以及典型工况下的塔顶偏位作为可观性和待调性状态 变量，采用了斜拉桥施工的最优控制思想，我们在已有的控制工作基础 上，重点对控制目标中的索力、标高、塔顶偏位和结构应力的实测值和 计算值间的误差进行权重识别计算与分析，反算出施工控制仿真计算中 所选用的设计参数。其次，通过采用高精度索力传感器对斜拉索频率计（如IFM