浅议大跨度桥梁施工?浅议大跨度桥梁施工是非常重要的,建筑工程规模越大,施工难度越高,每个细节的处理越要引起重视,都是非常关键的。中达咨询就浅议大...
浅议大跨度桥梁施工?
浅议大跨度桥梁施工是非常重要的,建筑工程规模越大,施工难度越高,每个细节的处理越要引起重视,都是非常关键的。中达咨询就浅议大跨度桥梁施工和大家说明一下。
一、钢箱梁制造
1.钢箱梁组装方法
①反装法
反装法顾名思义为桥面板朝下、底板朝上的组装方法。首先组装钢桥的面板,然后依次组装横隔板、纵隔板、外腹板,最后组装底板。该组装方法与桥面板连接的角 焊缝处于平位置施焊,然后旋转180°在平位置施焊与底板连接的角焊缝。避免了仰焊,提高了焊接质量,减轻了焊工的劳动强度等作业环境,但是,在大型钢箱 梁则需要大吨位的起吊设备和转胎具
②正装法
与反装法相反,正装法是先组装底板、斜底板然后依次组装横隔板、纵隔板、外腹板、风嘴,最后组装面板,该方法的优点是不需要组装的钢箱梁翻转180°,同时使 98%以上焊缝处于平位置施焊,正装法是最常采用的方法。组装时以胎架为外胎,横隔板、工艺隔板为内胎匹配组装。焊接时,利用它约束、自约束、强约束和柔性约束的原理,有效地控制了焊接变形,使所有钢箱梁的各项几何尺寸偏差在很小范围内,而且相对节段箱梁端口尺寸达到精确匹配的要求。
2、钢箱梁制造工艺流程
①二阶段制造法
二阶段制造法是指在钢箱梁制造中分为:板单元构件制造阶段和钢箱梁阶段组装焊接阶段。带纵、横肋的板单元构件尺寸宽度和长度依据结构设计图,并考虑钢板的 轧制尺寸(宽*长)、起吊能力和运输净空等条件划分,板单元构件一般在工厂制造,板单元构件的制造精度和板的平整度是保证钢箱梁制造精度的基础。第二阶段 是在胎架上匹配组装焊接成箱梁节段。二阶段制造是采用的一种方法,较适用于双箱、三箱结构,比三阶段制造法工效高、制造工期短。
②三阶段制造法
三阶段制造法是将每节钢箱梁分为板单元构件、单体组装与焊接,以及单元(或块体)组装焊接成整箱沿纵向分成两个或三个单体,整箱组装焊接往往结合阶段箱梁匹配组装,以便确保桥吊装的精度要求。
二、大跨度钢箱梁板单元构件制造
1.带锚箱的腹板的制造
钢箱梁上的荷载均通过腹板外侧的锚箱传递给斜拉索和桥塔,因而锚箱腹板是钢箱梁最重要的受力构件。全桥共有80对柱状锚箱,其角度和纵锚板长度因箱段的位 置而变化。锚箱腹板由腹板、承压板、纵锚板、腹板板条肋等组成。
2.腹板组拼
首先组焊锚箱合件。组焊时使用定位胎架进行组装,采用平角位置对称施焊,确保焊缝质量和焊接不产生大的不对称变形。腹板组焊板条肋后,依据纵、横基准线精确定出锚箱的组装位置及组装角度,并据此在平台上组装锚箱。
3.锚箱腹板焊接
①腹板与板条肋的焊接
腹板与板条肋焊接使用埋弧自动焊,焊丝使用H08Mn2E,焊剂使用SJ10lq,焊接时采用船位焊。
②熔透焊缝的焊接
承压板与纵锚板、锚箱与腹板间均为熔透焊缝,采用开双面U型坡口焊接,坡口及焊道布置
4.焊接变形的控制
①增加腹板刚度,控制竖向及弯曲变形
腹板与锚箱焊缝为大坡口熔透焊缝,焊接后在腹板锚箱位置产生局部凹凸和翘曲变形,经实测在锚箱腹板背侧竖向弯曲变形最大达16mm。采取在腹板背侧的板条肋上增加临时连接件,使腹板上板条肋连为整体,以增大腹板的抗弯刚度,控制焊接竖向弯曲变形在6mm以内。
②利用刚性约束,控制焊接角变形
由于屡次的焊接热过程使得焊接角变形异常严重。采用在腹板锚箱背面加装约束马板的措施,施焊前先将马板点固于锚箱背侧,增加腹板上锚箱部位的刚性约束,制 约腹板角变形的产生。
5.带单侧加劲肋的横隔板的制造
横隔板作为钢箱梁组拼的内胎,且纵向与U肋要精确配合,加工精度要求特别高。但横隔板构造上仅竖板的一侧有板式加劲助,料件超长超大。除锚箱处的横隔板外,其余横隔板仅厚10mm,属于薄板结构,易产生焊接蕈状变形。为保证质量,将横隔板整体分为一个中间板块、两个边侧板块制造。
三、牵索挂篮的施工程序及工艺要点
1.挂篮安装
在主梁的适当位置预设4个吊孔,用倒链或千斤顶将组拼成整体的主桁承重系统和底模板整体提升到安装位置,安装牛腿顶端部分,若主桁未到安装位置,则安装走行系统,使其走行到位。同时安装梁上的锚固部件,并拆除走行轮,将主桁锚固。之后安装外侧模、开箱内模,绑扎钢筋,并安装牵索系统,经精确调 整后即可灌注混凝土。
2.挂篮前移
梁段混凝土等强张拉预应力束后,解除锚固系统的斜拉杆及有关模板的连接,铺好梁顶走行滑槽,用锚固系统的垂直吊杆将挂篮主街等缓缓下落,直至梁侧牛腿落在 滑槽内。之后解除垂直吊杆,卸去梁底楔块,换装走行轮,在主梁上用千斤顶和牵拉杆带动牛腿将挂篮缓缓平行前移,并在后方设倒链作保险制动。
3.挂篮就位及调整
挂篮到位后,先将两侧中错的垂直吊杆临时锚固,再将有关的锚固件和模板前移安装,再用中间的中锚吊杆将主桁提升并进行相应锚固,然后精确调整后即可施工了一梁段。
4.短平台复合型牵索挂篮的施工程序及工艺要点
①挂篮安装
塔下用作组拼挂篮的主梁施工后,将挂篮三角架及其后锚等构件吊上桥面安装就位,然后用倒链或卷扬机将整体组拼的挂篮平台提升,并安装相关的伺服系统,检查无误后灌注混凝土。
②挂篮前移
梁段混凝土等强张拉预应力束后,解除挂篮牵索并与主梁锚连,将挂篮平台下放一定高度,然后将挂篮三角架向前移动一个梁段长度,到位后再将挂篮平台沿梁顶滑 道和三角架下弦梁下翼级前移就位,上述为两次走行,适应梁宽且重的情况。
③挂篮施工要点
灌注混凝土时,由于挂盘前端荷载由牵索和前吊杆共同承受,为保证前吊杆不超载,利用千斤顶和特设的数字式压力传感器测其杆力,超出其设计受力的部分通过分次调整临时牵索来平衡。
四、关于测试中几个应注意的问题
1.施工应力监测涉及到的资料和数据很多。除设计资料外,施工方面也很多,如施工工艺、施工方案、施工组织设计及挂篮、模板有关数据。桥上主要施工机具设备的重量及其他施工荷载等。
2.应变计安装要经历混凝土浇注、振捣及混凝土硬化等过程。尤其是混凝土硬化是一个很复杂的变化过程,有水化热温升和自身体积的收缩。由于温度场及于缩变化不均,往往造成残余应力会影响应变计,造成读数波动大也不稳定。
3.大跨度桥梁施工过程中,不可避免会出现一些问题,有时会打乱正常施工顺序,施工荷载也会变化,测试时应注意变化,并作好记录。不少变化将直接影响测试结果。
4.对能反映结构工作特性应力比较集中的测试部位,应适当多设元件,以防安装或测试过程中造成损坏而测不到关键数据,还可以采用不同的手段或其他类型元件,同时进行测试。
5.由于混凝土性质有变易性,在施工应力测试中,应根据工地实际情况,做一些有关混凝土性质的试验和观测,如混凝土弹性模量、于缩量,如有条件还可进行其他方面观测,利用这些数据对测试资料进行分析,可能减少一部分误差。
结论
大跨度预应力桥梁施工至今仍有不少问题没有很好的解决方法。因此在施工中要不断的积累经验,积极推动测试工作不断开展,坚持不断地实践,不断地分析总结,不断地试验探索,从而保证施工有效和顺利的进行。
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桥梁壮观之美读后感
桥梁壮观之美读后感桥梁作为一个为全社会服务的公益性建筑,与人类社会的发展繁荣以及生产生活息息相关。从远古先人简单构筑以达通途的木桥、石桥,发展到现在纵横海面的跨海大桥,在每一个篇章里都有着人们持续的努力与创新。而在我读了《桥梁建筑美学》后,更是让我对于各式各样的桥梁充满了深深的欣赏。
先姑且让我们看看诗人笔下那些美丽的桥吧。“余既还山寻故巢,君亦归家渡渭桥”是游子的思想桥;“惟有别时今不忘,暮烟秋雨过枫桥”是朋友离别时的悲桥。各式各样的笔下,我深切感到了桥的历史以及其所独有的美感。
茅以升老人曾说“桥梁是一种自古有之最普遍而又最特殊的建筑”,而这本书便是以这句话为贯穿全文的主线:桥梁是建筑,是最普通的建筑,是最特殊的建筑。这让我不由得想起了“水从碧玉环中去人在苍龙背上行”的赵州桥,距今已有约1400年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。它是那么的普通,那么朴实,却风风雨雨的走过1400年之后已然雄劲,成为了世界建筑史三大杰作之一,名垂千史。
这本书从美学开始说起,接着将桥的文化,造型,结构体系,方案构思等不紧不慢一件接着一件的娓娓道来,毫不拖沓,让人读来十分宽慰,也赋予了我们一双发现美的眼睛,让我们从不同的角度,不同的思维,去理解,去体会桥。就例如书中所提到的英国伦敦千禧桥,该桥以最轻盈的体态、最简洁的方式跨越如此大的空间,令人惊叹,桥栏的挡风玻璃让人们可以尽情欣赏着美景。也如我国的著名的卢沟桥,其桥梁两侧柱上刻有表情各异、生动逼真的485尊石狮,桥的两端更有石龟驮石碑、华表、御碑亭等建筑,是一座蕴含着中华民族丰富文化内涵和建筑艺术的桥梁,就如英国科学家李约瑟所说“没有一座中国桥是欠美的,并且有很多特殊的美”。
先姑且让我们看看诗人笔下那些美丽的桥吧。“余既还山寻故巢,君亦归家渡渭桥”是游子的思想桥;“惟有别时今不忘,暮烟秋雨过枫桥”是朋友离别时的悲桥。各式各样的笔下,我深切感到了桥的历史以及其所独有的美感。
茅以升老人曾说“桥梁是一种自古有之最普遍而又最特殊的建筑”,而这本书便是以这句话为贯穿全文的主线:桥梁是建筑,是最普通的建筑,是最特殊的建筑。这让我不由得想起了“水从碧玉环中去人在苍龙背上行”的赵州桥,距今已有约1400年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。它是那么的普通,那么朴实,却风风雨雨的走过1400年之后已然雄劲,成为了世界建筑史三大杰作之一,名垂千史。
这本书从美学开始说起,接着将桥的文化,造型,结构体系,方案构思等不紧不慢一件接着一件的娓娓道来,毫不拖沓,让人读来十分宽慰,也赋予了我们一双发现美的眼睛,让我们从不同的角度,不同的思维,去理解,去体会桥。就例如书中所提到的英国伦敦千禧桥,该桥以最轻盈的体态、最简洁的方式跨越如此大的空间,令人惊叹,桥栏的挡风玻璃让人们可以尽情欣赏着美景。也如我国的著名的卢沟桥,其桥梁两侧柱上刻有表情各异、生动逼真的485尊石狮,桥的两端更有石龟驮石碑、华表、御碑亭等建筑,是一座蕴含着中华民族丰富文化内涵和建筑艺术的桥梁,就如英国科学家李约瑟所说“没有一座中国桥是欠美的,并且有很多特殊的美”。
桥梁施工控制对策分类分析?
下面是中达咨询给大家带来关于桥梁施工控制对策分类分析的相关内容,以供参考。
随着大跨度桥梁建造数量的不断增加,桥梁架设过程中的线形及应力状态控制工作越来越显重要,在大跨度桥梁架设过程中,一般均需对线形及应力状态进行专门的分析研究。但是,施工过程的控制工作仍然是大跨度桥梁建设中的一个薄弱环节,目前在已完成的桥梁中,不少就出现的线形不好、内力状态不合理的问题。大跨度桥梁施工是一系列复杂的体系转换过程,不同桥型有不同的特点,针对它们的特点采用不同的对策是控制成功的关键。
一、桥梁施工控制的目标
桥梁施工控制的目标可以分为两个部分:成桥状态总目标和施工过程中的分目标,各个目标必须包括应力状态和线形状态。
成桥时合理应力状态确定的方法在斜拉桥和拱桥设计中已经有了大量的研究;由于桥梁跨度的增大,混凝土收缩、徐变对桥梁线形的影响不可忽视,线形控制目标必须是桥梁长期线形达到设计竖曲线,在桥梁竣工时应保证足够的徐变预拱度。
从成桥合理状态确定施工阶段控制目标的理论方法主要有:倒拆法、无应力法等。随着桥梁跨径的增大,主梁相对刚度逐渐减小,再加上前支点长挂篮的使用,节段重量较大,如果完全追求按成桥状态来反推施工的控制目标,可能导致施工阶段梁体应力过大,施工中应力控制在允许范围内的要求与成桥状态的理想内力状态发生矛盾,这时就必须将施工阶段的控制目标与成桥状态目标分开考虑,在全桥合龙后进行一次调索,实现两个目标之间的转换。理论上这些方法可以用于确定施工阶段的内力及标高状态,由于徐变、几何非线性、构造问题(实际结构不可能安装带有初应力的构件)等因素,它们只能用于初步确定施工阶段的内力状态,不能用于确定施工阶段的标高。施工标高控制过程是一个复杂的预拱度控制过程,施工阶段的标高状态必须根据施工模拟计算所得的挠度反向确定。
二、施工控制方法分类桥梁施工控制方法经历了从简单到复杂的过程,从控制思路上可以分为三种形式:开环控制,反馈控制和自适应控制。
1、开环控制对于较简单桥型施工,一般按设计中估计的预拱度施工,施工完成后的结构就基本上能达到设计所要求的线型和内力。这就是一个开环的施工控制过程,因为施工过程中控制是单向的,并不需要根据结构的反应来改变施工中的预拱度。在各部件的制造和安装精度很高,或者结构安装误差影响不大时,这种方法是可行的、方便的,大部分中小桥采用的都是这种方法。
2、反馈控制实际上施工状态和计算状态之间存在误差,随着桥梁跨度的增大,积累误差将不可忽略,以致到施工结束时结构的线型和内力远远地偏离了理想的成桥状态。在出现误差之后就必须即时地纠正,而纠正的措施和控制量的大小是由误差经反馈计算所决定的,这就形成了一个闭环反馈控制过程。
3、自适应控制反馈控制方法将注意力集中在实际结构上。但是,每个工况达不到设计时所确定的施工阶段目标的重要原因是有限元计算模型中计算参数的取值,与实际情况有一定的差距。即使在某一工况,以前的累计误差已经被调整掉,由于计算模型中参数差距的存在,以后的施工中仍然会出现新的误差,因此又需要新一轮的状态调整,这样将大大增加施工的工序。要控制误差的产生,必须分析误差产生的原因——结构计算参数取值与实际结构的差距,正确估计参数的实际值。
参数估计是根据施工中实测到的结构反应修与计算预报值的比较来实现的。经过几个阶段的施工,与实际结构磨合一段时间的,计算模型就适应了实际结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上,再加上一个系统辩识过程,整个控制系统就成为自适应控制系统。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时,把误差输入到参数辨识算法中去调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态,按上节所述的反馈控制方法对结构进行控制。这样,经过几个工况的反复辨识后,计算模型就基本上与实际结构相一致了,在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
上述自适应控制思路特别适用于采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工桥梁。主梁在塔根部的相对线刚度较大,变形较小,因此,在控制初期,参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小,经过几个节段的施工后,计算参数已得到修正,为跨中变形较大的节段的控制创造了良好的条件。
三、不同桥型控制对策比较虽然桥梁施工控制的方法大致可分为上述三种类型,但是,具体桥型的控制有不同的特点,应采取不同的对策。
1、悬臂浇筑混凝土斜拉桥悬臂浇筑混凝土斜拉桥是我国最常见的斜拉桥形式。成桥后的理想受力状态通常由刚性支承连续梁法、优化方法和内力平衡法确定。施工中的控制目标常用倒拆法、考虑非线性因素的倒拆法、倒拆正装交替迭代法以及无应力状态法等得到。
悬浇混凝土斜拉桥施工的主要特点是:
①结构参数的准确性较差,而且要等到节段施工完成后才能确定;
②主梁的刚度较大,节段的局部变形很小;
③素力调整对局部线形的调整作用很小,调整范围受到混凝土应力的限制;
④挂篮刚度对局部变形有较大影响;
⑤未施工节段的立模标高可以任意确定,与已浇筑梁段无关。
上述自适应控制方法是悬浇混凝土斜拉桥控制的理想方法。根据上述特点应采取下列对策:
(1)对于已建成梁段的线形误差在一定程度上可以通过斜拉索索力的调整来纠正,但是,由于主梁刚度较大,不可能通过索力调整纠正所有误差。残斜的误差可以通过下一节段的立模标高来调整。
(2)及时识别误差产生的原因,估计计算程序参数的实际值,主要是混凝土的弹性模量,材料的比重、徐变系数等,重新计算施工阶段索力及相应的标高目标值,避免出现新的误差。
(3)由于立模标高可以随时满整,索力值应该作为控制的依据,某节段标高只要控制在允许范围之内即可认为满足要求。如果索力到达设计值时标高同时达到预计值,说明计算模型与实际结构是吻合的,否则,说明两者之间存在差异,必须对参数进行重新估计。
(4)挂篮刚度只影响正在浇筑的梁段标高,但由此引起的误差将永远存在于主梁线形中,因此必须充分估计准确。
2、悬臂拼装混凝土斜拉桥悬臂拼装混凝土斜拉桥与悬臂浇筑混凝土斜拉桥控制目标的确定基本相同,现场控制阶段的不同之处是:
①主梁每个节段的定位标高受到预制线形的限制,只能通过接缝间的契块调节,余地很小;
②全部节段的重量在拼装前可以预先获得;
③没有挂篮变形的影响。
上述自适应控制方法仍然是比较理想的方法,其控制的对策为:
(1)由于定位标高可调余地较小,拼装阶段的线形应该作为控制的主要依据,如果标高到达设计值时索力同时达到预计值,说明计算模型与实际结构是吻合的,否则,说明两者之间存在差异,必须对参数进行重新估计。
(2)参数估计的对象对主要是主梁的刚度及徐变系数,在估计后重新确定每阶段的张拉索力。
(3)由于没有挂篮刚度及节段重量误差,每节段吊装完成时,标高误差较小,可以通过索力调整来纠正。
3、结合梁或钢斜拉桥结合梁斜拉桥施工阶段的特点是:
①主梁的线形在钢梁预拼装阶段已经完全确定,现场拼装时节段之间相对位置几乎没有调整的余地;
②全部节段的重量在拼装前可以预先获得;
③拼装阶段钢梁刚度很小,索力及荷载对标高的影响非常明显;
④钢梁的抗拉、抗压能力均较强。其控制的对策为:
(1)在确定施工控制目标时,应充分利用钢梁的抗弯能力使混凝土桥面极承担较大压应力。
(2)由于梁段间相对位置不能调整,某一梁段的误差除影响本节段外,误差的趋势还将影响以后的梁段,因此,拼装阶段的线形是控制的主要目标,必须在下一节段拼装前通过斜拉索索力的调整来纠正已建成梁段的线形误差,而将索力控制在一定误差范围内。
(3)参数估计的对象对主要是主梁的刚度,特别是已安装好桥面板但尚未形成结合梁的梁段,此时的刚度实际上是处于裸钢梁与结合梁之间,需要通过参数估计算法来估计。
(4)在参数估计后应重新确定每阶段的张拉索力,如果不进行修正,则在以后每个阶段施工完成时索力与标高均不能同时达到控制目标,从而每次均需要标高调整,这将大大增加施工调索工作量。
(5)由于线形主要靠索力调整来保证,但是索力调整必须在梁体强度允许的范围之内,因此,必须分析索力误差对主梁在各施工阶段应力的影响,确保施工应力控制在允许范围之内。
4、悬臂施工混凝土连续梁桥大跨径连续梁线形控制与斜拉桥施工控制有相同之处,也有不同之处。
首先,两者的控制目标不完全相同。混凝土连续梁桥由于在悬臂施工阶段是静定结构,合龙过程中如不施加额外的压重,成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多,因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。
其次,两者实施控制的手段不相同。对于混凝土连续梁桥,已施工梁段上出现误差时,只能通过张拉预备预应力束调整,而这一调整量是非常有限的,因此,一旦出现线形误差,误差将永远存在,只能通过立模标高消除已施工梁段的残余误差,有时调整需经过几个梁段才能完成。
因此,悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是,已完成梁段的误差无法调整,而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关,与已完成梁段的误差基本无关。根据这一特点连续梁控制对策为:
(1)在进行施工模拟计算时必须充分考虑各种施工因素,特别要正确计算主梁的轴线坐标,同时计算中要计入竖曲线的影响。
(2)由于没有高效的调整措施,必须合理制定施工步骤,使每个步骤的变形量减小,这样即使某个施工步骤产生误差,该误差在总体变形中所占比例就较小。
(3)在图1自适应施工控制原理图中的下半环,即控制量反馈计算,在连续梁施工控制中一般不起作用。上半环,即参数估计就显得尤为重要,只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的,施工结果的误差才能减小。
5、组合拱桥的控制相当多的组合拱桥采用预架设钢劲性骨架的方法进行施工,首先劲性骨架吊装组拼,灌筑各钢管混凝土、分层现浇混凝土,张拉预应力、安装桥面系等。在施工过程中循环性的工序相当少,且对已施工结构进行调整的措施不多,这就意味着反馈控制和自适应控制方法无法应用,只能采用开环控制,即在设计阶段必须制定完整的施工步骤,现场严格按施工步骤执行。
因此,施工前对施工过程的充分预计是施工控制成功的关键。为了最大可能地使成桥状态接近设计的理想状态,在设计阶段应该对各种施工误差对成桥结果的影响进行分析,制定合适的施工精度要求。
四、结语
自适应控制是目前桥梁施工控制较理想的方法,但是对于不同的桥型,在具体实施中应采取不同的对策,对计算模型的参数进行正确估计是实现成功控制的基础,施工误差对控制结果的影响分析是制定允许施工误差的关键。
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一、桥梁施工控制的目标
桥梁施工控制的目标可以分为两个部分:成桥状态总目标和施工过程中的分目标,各个目标必须包括应力状态和线形状态。
成桥时合理应力状态确定的方法在斜拉桥和拱桥设计中已经有了大量的研究;由于桥梁跨度的增大,混凝土收缩、徐变对桥梁线形的影响不可忽视,线形控制目标必须是桥梁长期线形达到设计竖曲线,在桥梁竣工时应保证足够的徐变预拱度。
从成桥合理状态确定施工阶段控制目标的理论方法主要有:倒拆法、无应力法等。随着桥梁跨径的增大,主梁相对刚度逐渐减小,再加上前支点长挂篮的使用,节段重量较大,如果完全追求按成桥状态来反推施工的控制目标,可能导致施工阶段梁体应力过大,施工中应力控制在允许范围内的要求与成桥状态的理想内力状态发生矛盾,这时就必须将施工阶段的控制目标与成桥状态目标分开考虑,在全桥合龙后进行一次调索,实现两个目标之间的转换。理论上这些方法可以用于确定施工阶段的内力及标高状态,由于徐变、几何非线性、构造问题(实际结构不可能安装带有初应力的构件)等因素,它们只能用于初步确定施工阶段的内力状态,不能用于确定施工阶段的标高。施工标高控制过程是一个复杂的预拱度控制过程,施工阶段的标高状态必须根据施工模拟计算所得的挠度反向确定。
二、施工控制方法分类桥梁施工控制方法经历了从简单到复杂的过程,从控制思路上可以分为三种形式:开环控制,反馈控制和自适应控制。
1、开环控制对于较简单桥型施工,一般按设计中估计的预拱度施工,施工完成后的结构就基本上能达到设计所要求的线型和内力。这就是一个开环的施工控制过程,因为施工过程中控制是单向的,并不需要根据结构的反应来改变施工中的预拱度。在各部件的制造和安装精度很高,或者结构安装误差影响不大时,这种方法是可行的、方便的,大部分中小桥采用的都是这种方法。
2、反馈控制实际上施工状态和计算状态之间存在误差,随着桥梁跨度的增大,积累误差将不可忽略,以致到施工结束时结构的线型和内力远远地偏离了理想的成桥状态。在出现误差之后就必须即时地纠正,而纠正的措施和控制量的大小是由误差经反馈计算所决定的,这就形成了一个闭环反馈控制过程。
3、自适应控制反馈控制方法将注意力集中在实际结构上。但是,每个工况达不到设计时所确定的施工阶段目标的重要原因是有限元计算模型中计算参数的取值,与实际情况有一定的差距。即使在某一工况,以前的累计误差已经被调整掉,由于计算模型中参数差距的存在,以后的施工中仍然会出现新的误差,因此又需要新一轮的状态调整,这样将大大增加施工的工序。要控制误差的产生,必须分析误差产生的原因——结构计算参数取值与实际结构的差距,正确估计参数的实际值。
参数估计是根据施工中实测到的结构反应修与计算预报值的比较来实现的。经过几个阶段的施工,与实际结构磨合一段时间的,计算模型就适应了实际结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上,再加上一个系统辩识过程,整个控制系统就成为自适应控制系统。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时,把误差输入到参数辨识算法中去调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态,按上节所述的反馈控制方法对结构进行控制。这样,经过几个工况的反复辨识后,计算模型就基本上与实际结构相一致了,在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
上述自适应控制思路特别适用于采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工桥梁。主梁在塔根部的相对线刚度较大,变形较小,因此,在控制初期,参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小,经过几个节段的施工后,计算参数已得到修正,为跨中变形较大的节段的控制创造了良好的条件。
三、不同桥型控制对策比较虽然桥梁施工控制的方法大致可分为上述三种类型,但是,具体桥型的控制有不同的特点,应采取不同的对策。
1、悬臂浇筑混凝土斜拉桥悬臂浇筑混凝土斜拉桥是我国最常见的斜拉桥形式。成桥后的理想受力状态通常由刚性支承连续梁法、优化方法和内力平衡法确定。施工中的控制目标常用倒拆法、考虑非线性因素的倒拆法、倒拆正装交替迭代法以及无应力状态法等得到。
悬浇混凝土斜拉桥施工的主要特点是:
①结构参数的准确性较差,而且要等到节段施工完成后才能确定;
②主梁的刚度较大,节段的局部变形很小;
③素力调整对局部线形的调整作用很小,调整范围受到混凝土应力的限制;
④挂篮刚度对局部变形有较大影响;
⑤未施工节段的立模标高可以任意确定,与已浇筑梁段无关。
上述自适应控制方法是悬浇混凝土斜拉桥控制的理想方法。根据上述特点应采取下列对策:
(1)对于已建成梁段的线形误差在一定程度上可以通过斜拉索索力的调整来纠正,但是,由于主梁刚度较大,不可能通过索力调整纠正所有误差。残斜的误差可以通过下一节段的立模标高来调整。
(2)及时识别误差产生的原因,估计计算程序参数的实际值,主要是混凝土的弹性模量,材料的比重、徐变系数等,重新计算施工阶段索力及相应的标高目标值,避免出现新的误差。
(3)由于立模标高可以随时满整,索力值应该作为控制的依据,某节段标高只要控制在允许范围之内即可认为满足要求。如果索力到达设计值时标高同时达到预计值,说明计算模型与实际结构是吻合的,否则,说明两者之间存在差异,必须对参数进行重新估计。
(4)挂篮刚度只影响正在浇筑的梁段标高,但由此引起的误差将永远存在于主梁线形中,因此必须充分估计准确。
2、悬臂拼装混凝土斜拉桥悬臂拼装混凝土斜拉桥与悬臂浇筑混凝土斜拉桥控制目标的确定基本相同,现场控制阶段的不同之处是:
①主梁每个节段的定位标高受到预制线形的限制,只能通过接缝间的契块调节,余地很小;
②全部节段的重量在拼装前可以预先获得;
③没有挂篮变形的影响。
上述自适应控制方法仍然是比较理想的方法,其控制的对策为:
(1)由于定位标高可调余地较小,拼装阶段的线形应该作为控制的主要依据,如果标高到达设计值时索力同时达到预计值,说明计算模型与实际结构是吻合的,否则,说明两者之间存在差异,必须对参数进行重新估计。
(2)参数估计的对象对主要是主梁的刚度及徐变系数,在估计后重新确定每阶段的张拉索力。
(3)由于没有挂篮刚度及节段重量误差,每节段吊装完成时,标高误差较小,可以通过索力调整来纠正。
3、结合梁或钢斜拉桥结合梁斜拉桥施工阶段的特点是:
①主梁的线形在钢梁预拼装阶段已经完全确定,现场拼装时节段之间相对位置几乎没有调整的余地;
②全部节段的重量在拼装前可以预先获得;
③拼装阶段钢梁刚度很小,索力及荷载对标高的影响非常明显;
④钢梁的抗拉、抗压能力均较强。其控制的对策为:
(1)在确定施工控制目标时,应充分利用钢梁的抗弯能力使混凝土桥面极承担较大压应力。
(2)由于梁段间相对位置不能调整,某一梁段的误差除影响本节段外,误差的趋势还将影响以后的梁段,因此,拼装阶段的线形是控制的主要目标,必须在下一节段拼装前通过斜拉索索力的调整来纠正已建成梁段的线形误差,而将索力控制在一定误差范围内。
(3)参数估计的对象对主要是主梁的刚度,特别是已安装好桥面板但尚未形成结合梁的梁段,此时的刚度实际上是处于裸钢梁与结合梁之间,需要通过参数估计算法来估计。
(4)在参数估计后应重新确定每阶段的张拉索力,如果不进行修正,则在以后每个阶段施工完成时索力与标高均不能同时达到控制目标,从而每次均需要标高调整,这将大大增加施工调索工作量。
(5)由于线形主要靠索力调整来保证,但是索力调整必须在梁体强度允许的范围之内,因此,必须分析索力误差对主梁在各施工阶段应力的影响,确保施工应力控制在允许范围之内。
4、悬臂施工混凝土连续梁桥大跨径连续梁线形控制与斜拉桥施工控制有相同之处,也有不同之处。
首先,两者的控制目标不完全相同。混凝土连续梁桥由于在悬臂施工阶段是静定结构,合龙过程中如不施加额外的压重,成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多,因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。
其次,两者实施控制的手段不相同。对于混凝土连续梁桥,已施工梁段上出现误差时,只能通过张拉预备预应力束调整,而这一调整量是非常有限的,因此,一旦出现线形误差,误差将永远存在,只能通过立模标高消除已施工梁段的残余误差,有时调整需经过几个梁段才能完成。
因此,悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是,已完成梁段的误差无法调整,而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关,与已完成梁段的误差基本无关。根据这一特点连续梁控制对策为:
(1)在进行施工模拟计算时必须充分考虑各种施工因素,特别要正确计算主梁的轴线坐标,同时计算中要计入竖曲线的影响。
(2)由于没有高效的调整措施,必须合理制定施工步骤,使每个步骤的变形量减小,这样即使某个施工步骤产生误差,该误差在总体变形中所占比例就较小。
(3)在图1自适应施工控制原理图中的下半环,即控制量反馈计算,在连续梁施工控制中一般不起作用。上半环,即参数估计就显得尤为重要,只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的,施工结果的误差才能减小。
5、组合拱桥的控制相当多的组合拱桥采用预架设钢劲性骨架的方法进行施工,首先劲性骨架吊装组拼,灌筑各钢管混凝土、分层现浇混凝土,张拉预应力、安装桥面系等。在施工过程中循环性的工序相当少,且对已施工结构进行调整的措施不多,这就意味着反馈控制和自适应控制方法无法应用,只能采用开环控制,即在设计阶段必须制定完整的施工步骤,现场严格按施工步骤执行。
因此,施工前对施工过程的充分预计是施工控制成功的关键。为了最大可能地使成桥状态接近设计的理想状态,在设计阶段应该对各种施工误差对成桥结果的影响进行分析,制定合适的施工精度要求。
四、结语
自适应控制是目前桥梁施工控制较理想的方法,但是对于不同的桥型,在具体实施中应采取不同的对策,对计算模型的参数进行正确估计是实现成功控制的基础,施工误差对控制结果的影响分析是制定允许施工误差的关键。
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本文标题: 大跨度桥梁施工读后感(浅议大跨度桥梁施工)
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