預應力連續剛構橋梁懸臂施工控制

2016-12-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1.工程概況
梅山大橋的主橋為預應力砼連續剛構橋,其跨徑為130+75+130,主梁為單箱單室型斷面, 主橋箱梁頂板寬13.55m,底板寬5.5m,根部梁高7.5m,高跨比1/17.3;跨中梁高3.3m,高跨比為1/39.4,梁底變化曲線為1.7次拋物線;箱內頂板厚度標準段為28cm,根部加厚到50cm;腹板厚度從根部到跨中按85cm、70cm、55cm直線線性變化;底板厚度根部是 110cm,跨中32cm,變化規律同梁底變化曲線。主橋箱梁采用縱、橫、豎三向預應力混凝土結構。雙薄臂橋墩,采用掛籃進行分節段懸臂施工,墩梁分別采用40#、55#高強砼。設計荷載為公路-Ⅰ。連續剛構在兩個墩上按照“T構”用掛籃分段對稱懸臂澆筑,合攏段吊架現澆,邊跨現澆段采用落地架現澆方式。全橋按對稱懸臂澆筑→ 邊跨合攏→ 中跨合攏順序進行施工。
2.施工控制的目的
對于分階段施工懸臂澆筑施工的混凝土連續剛構橋來說,施工控制就是根據施工監測所得的結構參數真實值進行施工階段計算,確定出每個懸澆節段的立模標高,并在施工過程中根據施工監測成果對誤差進行分析、預測和對下一立模標高進行調整,以此來保證成橋后橋面線形、合攏段兩懸臂端標高的相對偏差不大于規定值以及結構內力狀態符合設計要求。
3. 施工控制的方法
3.1 建立控制計算模型
該橋采用橋梁專用有限元軟件Midas/Civil建立連續剛構橋的整體計算模型,包括橋梁上部結構和下部結構(雙薄壁墩)。應用Midas /Civil軟件模擬施工過程中各梁段混凝土澆筑、預應力張拉、掛籃移動等因素,進行施工階段應力、變形的計算和驗算。梅山大橋連續剛構主橋共劃分為86 個單元,其余單元為雙薄壁單元為16個,所有的單元均采用梁單元/變截面梁單元模擬。整個結構在墩底固結,兩端約束為沿橋軸向的滾動支座,墩梁剛性連接。梅山大橋采用懸臂澆筑施工,施工過程包括0#塊支架施工,掛籃懸臂施工,邊墩現澆段施工,合龍段施工。每一個施工節段包括混凝土澆筑,張拉預應力鋼束,前移掛籃三種工況,其中掛籃以集中力和力矩形式加載在每個施工節段節點其間考慮混凝土濕重對下一施工階段的影響,二期恒載以均布荷載施加整橋,嚴格與實際施工階段相對應。計算模型如圖3—1 所示。

圖3—1 主橋計算模型
3.2 自適應控制理論
對于預應力混凝土連續剛構橋梁,施工中每個工況的受力狀態達不到設計所確定的理想目標的重要原因是計算模型中計算參數的取值問題,主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數和永存預應力等與施工中實際情況有一定的差距以及環境溫度、臨時荷載的影響。要得到比較準確的控制調整措施,必須先根據施工中實測到的結構反應來修正計算模型中的這些參數值,以使計算模型在與實際結構磨合一段時間后,自動適應結構的物理力學規律,當計算模型與實際結構相吻合后,再用計算模型來指導以后的施工,這就是自適應控制的基本原理。在閉環反饋控制基礎上,再加上一個系統辯識過程,整個控制系統就成為自適應控制系統。圖3-2 為控制原理圖。
當結構測量到的受力狀態與模型計算結果不相符時,通過將誤差輸入到參數辯識算法中去調節計算模型的參數,使模型的輸出結果與實際測量到的結果一致,得到了修正的計算模型參數后,重新計算各施工階段的理想狀態。這樣,經過幾個工況的反復辯識后,計算模型就基本上與實際結構相一致了,在此基礎上可以對施工狀態進行更好的控制。

圖3-2自適應施工控制基本原理
橋梁的施工控制是一個預告-施工-量測-識別-修正-預告的循環過程。施工控制的要求首先是確保施工中結構的安全,其次是保證結構的內力合理和外型美觀。為了達到上述目的,施工過程中必須對橋梁結構內力(如主梁應力)和主梁標高進行雙控。采用懸臂澆筑的連續剛構橋在施工過程中是靜定結構,只要嚴格按橋梁施工規范進行操作,內力狀態一般能夠得到保證,主要問題是施工中及長期徐變撓度的控制。由于連續剛構橋在施工過程中及合攏時不具備斜拉橋的索力調整能力,一旦發生線形誤差,將永遠存在于結構中,因此,及時發現誤差原因,盡量減小誤差發生的可能性是連續剛構施工控制的關鍵。所以,對于連續剛構施工控制系統除了要求具備常規的結構分析計算手段外,具有在施工現場消除設計與實際不一致的自適應能力就成為關鍵,只有這樣才能及時提供控制標高和控制內力的修正值。
3.3 橋梁立模標高的確定
在主梁的懸澆過程中,梁段立模標高的確定關系到主梁的線形是否平順、如果在確定立模標高時考慮的因素比較符合實際,而且加以正確控制,則最終橋面線形較為良好,反之控制不力,會出現較大偏差。眾所周知,立模標高并不等于設計橋梁建成后的標高,為使成橋線形與設計線形相符合,總要設一定的預拱度,以抵消施工中產生的各種變形。立模標高公式如下:

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i節段引起的撓度
—使用荷載在i節段引起的撓度
—掛藍變形值

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