钢箱梁顶推施工监控方案

钢箱梁顶推施工监控方案

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钢箱梁顶推施工监控方案

（一）施工监控的必要性、目的与方法 1.施工监控的必要性

两桥施工最主要的特点是曲线梁桥的顶推施工，箱梁的顶推过程是结构体系不断转换的过程，加之其又为曲线桥梁，梁体受力很复杂；顶推过程中梁体不仅上下挠动，在平面内也将扭转，线形控制尤为困难；在钢箱梁的应力集中部位（如各工况下钢箱梁弯矩最大处；拉锚器附近；牵引的钢绞线）进行实时应力测试，可确保不出现应力超标情况；由于箱梁及导梁在顶推过程中线形不断变化，由此带来临时钢管支墩的受力也在不断变化中，其受力值得重点关注；曲线桥梁落梁时支反力的控制也十分重要。此外，该桥也是目前我省平曲线半径最小的顶推法施工桥梁，施工经验相对缺乏，为确保顶推过程中钢箱梁及下部结构（含临时支墩）的安全稳定，并最终实现设计线形和受力要求，对其施工进行全过程监控显得十分重要。

2.施工监控目的 两桥施工监控要达到如下目的：

(1)确保顶推过程中梁体的稳定，不致出现倾覆； (2)确保顶推就位后的梁体线形满足设计要求；

(3)确保顶推过程中主梁及墩柱（含临时支墩）受力不超出预警范围； (4)确保落梁后各永久支座受力均匀，符合设计要求。

3.施工监控的方法 根据本桥施工特点，施工监控采用开环控制的方法。

桥梁施工阶段的控制是一个系统工程，主要包括两部分。一部分是数据采集系统，即监测；另一部分是数据分析处理系统，即监控。 本桥施工监测的主要内容如下：

(1)顶推过程中控制导梁挠度的监测；

(2)顶推过程中箱梁、导梁的横向位移监测；

(3)顶推过程中箱梁、墩柱关心截面以及应力集中点的应力监测； (4)顶推过程中各临时墩竖向、纵向位移的监测； (5)顶推过程中顶推力大小的监测。 (6)落梁时永久支座反力的监测；

本桥的施工监控则是利用高效计算机程序，对施工过程进行仿真模拟分析计算，并对实测数据进行分析处理，确定和指导下一工况的施工参数；并预报施工中可能出现的不利状况及避免措施，达到施工预警的目的。

通过施工监测与监控的有机结合，调整控制本桥施工过程中各个构件的安全。

4.施工控制原则

桥梁的施工控制是一个预告→量测→识别→修正→预告的循环过程。施工控制最重要的目的是确保施工中结构的安全，具体表现为：结构的内力合理，变形控制在允许范围内，并保证有足够的稳定性。

施工控制的原则是稳定性、变形、应力控制综合考虑，其中，稳定是关键和前提。在施工中采取如下的控制策略：

(1)通过精确模拟计算实现曲梁在各个施工阶段的稳定性控制； (2)通过精确模拟计算实现各阶段曲梁顶推力大小的控制；

(3)通过精确模拟计算来确定曲梁和墩柱的应力关心位置，从而相应布设应变传感器实现应力的控制；

(4)通过提供准确的加工线形来实现箱梁线形的控制；

(5)通过横向限位器的精确定位来实现顶推时曲梁的横向偏位控制；

(6)通过顶推过程中各墩顶滑道标高的调整来确保曲梁（导梁）的竖向就位和受力均匀；

(7)通过在导梁端头、永久墩和临时墩顶安装棱镜或位移计来实现变形的测量控制；

(8)通过在永久支座处设置应力计来实现落梁时支反力的测量控制；

（二）施工监控的目标和影响因素分析

1.施工监控的目标

(1)顶推过程中梁体不出现倾覆； (2)顶推过程中临时墩受力安全；

(3)顶推过程中每次导梁都安全准确移上永久墩和临时墩；

(4)成桥后桥面中心线线形和理论中心线线形偏差在允许误差之内； (5)成桥后桥面标高和理论标高偏差在允许误差之内； (6)成桥后结构内力与设计一致。

2.施工监控的影响因素

桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态（线形与受力）相吻合。要实现上述目标，就必须全面了解可能导致施工状态偏离理论设计状态的所有因素，以便对施工进行有的放矢地控制。本桥施工控制中主要有如下的影响因素：

(1)结构参数 无论何种桥梁的施工控制，结构参数都是必须考虑的重要因素，结构参数是施工控制中对结构进行模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。事实上，实际桥梁结构参数一般是很难与设计所采用的结构参数完全吻合的，总是存在一定的误差，施工控制中如何恰当的计入这些误差，使计算模型参数尽量接近桥梁的真实结构参数，是首先要解决的问题。结构参数主要包括：

①构件的截面特性。任何施工都可能存在截面尺寸误差，而这种误差将直接导致截面特性误差，从而直接影响结构内力、变形等的分析结果。所以，控制过程中要对结构尺寸进行动态取值和误差分析。

②材料容重。材料容重是结构在施工中的内力与变形的主要因素，控制中必须要计入实际容重与设计取值间可能存在的误差，施工控制中必须对其进行准确识别。

③材料热膨胀系数。热膨胀系数的准确与否也将对控制产生影响。对于钢桥而言，该项数据尤为重要。

④施工荷载。施工荷载对结构的受力与变形的影响在控制分析中是不能忽略的，一定要根据实际进行取值。

(2)施工工艺 施工控制是为施工服务的，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现。除了要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。

(3)施工监测 监测是桥梁施工控制的最基本手段之一。监测包括应力监测、变形监测等。因测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等存在误差，所以，结构监测总是存在误差。该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象，也可能造成本来较好的状态调整得更差的情况。所以，保证测量的可靠性对控制极为重要。在控制过程中，除要测量设备、方法上尽量设法减小测量误差外，在进行控制分析时必须将其计入。 ①结构计算分析模型

无论采用什么分析方法和手段，总是要对实际桥梁结构进行简化和建立计算模型，这种简化使计算模型与实际情况之间存在误差，包括各种假定、边界条件处理、模型化的本身精度等。控制中需要在这方面做大量的工作，必要时还要进行专门的试验研究，以使计算模型误差所产生的影响减到最低限度。 ②温度变化

温度变化对钢桥结构的受力与变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变，在不同时刻对结构状态（应力、变形）进行量测，其结果是不一样的，如果施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实状态数据，从而也难以保证控制的有效性，所以，必须考虑温度变化的影响。温度变化相当复杂，包括季节温差、日照温差、骤变温差、残余温度等，而在原定控制状态中又无法预先知道温度的实际变化情况，所以在控制中是难以考虑的（要考虑也将是非常复杂的）。通常都是将控制理想状态定位在某一特定温度下，从而将温度变化对结构的影响相对排除（过滤）。 ③施工管理

桥梁施工控制的对象就是桥梁施工本身，施工管理的好坏直接影响桥梁施工质量、进度等。特别是施工进度一旦不按计划进行，必然给施工控制带来一定难度。

（三）施工监控的实施 1.施工仿真计算

复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，即对施工过程进行实时仿真计算。按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，利用桥梁结构线性和非线性分析软件对施工过程进行正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。主要有各施工状态下以及成桥状态下的理论数据：导梁挠度、导梁及箱梁横向位移、梁体应力。这些数据与设计和设计监理相互校对确认无误后作为曲线钢箱梁顶推的施工控制理论轨迹。 此外，施工中的桥梁的稳定性分析也是施工控制的一个重点。故应按照施工单位拟定的施工方案，利用SAP2000和MIDAS软件按线弹性理论分别验算以下最不利工况下的稳定性，以确保桥梁安全施工：

2.基础资料和试验数据的收集 (1)施工图设计文件（含变更设计）；

(2)施工组织设计（含施工方案、临时墩结构图、实际工期安排）； (3)气象资料：晴雨、气温、风向、风速； (4)施工荷载在桥上布置及大小；

(5)钢材容重、线膨胀系数及强度等试验资料； 以上数据由相关单位提供。

3.结构变位、应力应变和温度观测

曲线钢梁顶推施工控制的难度很大，各个顶推施工阶段中结构的变位、应力均需进行控制。在各个工况中，主要测试内容如下：

（1）导梁挠度监测 导梁挠度分别在如下阶段测量：

①顶推前，导梁端断面横向三个测点标高； ②顶推中，导梁端断面横向三个测点标高变化； ③抵达墩顶前，导梁端断面横向三个测点标高； ④抵达墩顶后，导梁端断面横向三个测点标高；

（2）箱梁、导梁水平位移监测

水平位移分别在如下阶段测量：

①顶推前，导梁端断面、各箱梁控制断面中心线与理论中心线的偏差； ②顶推中，导梁端断面、各箱梁控制断面中心线与理论中心线的偏差； ③顶推就位后，导梁端断面、各箱梁控制断面中心线与理论中心线的偏差。

（3）箱梁、导梁和墩柱（含临时墩）应力的监测 箱梁、导梁和墩柱应力分别在如下阶段测量： ①顶推前，各应力测点初始读数； ②顶推中，各应力测点应力；

③抵达墩顶前，各应力测点应力； ④抵达墩顶后，各应力测点应力； ⑤顶推就位后，各应力测点应力。

（4）永久墩和临时墩竖向、纵向位移的监测 永久墩和临时墩竖向、纵向位移分别在如下阶段测量： ①顶推前，各墩顶控制点标高、坐标； ②顶推中，各墩顶控制点标高、坐标；

③抵达每个墩顶前，该墩顶控制点标高、坐标； ④抵达每个墩顶后，该墩顶控制点标高、坐标； ⑤顶推就位后，各墩顶控制点标高、坐标。

（5）顶推力的监测

从钢箱梁开始顶推起就要对千斤顶的顶推力进行实时监测，并与实测的挠度、位移数据相结合确定下阶段顶推力大小。

（6）温度监测 温度测试主要为环境温度测量，用于剔除该温度对变形和应力测试的影响。

（7）支反力监测 箱梁顶推就位后落梁时对各永久支座的支反力进行监测，根据测量结果研究确定调整方案。

4.误差分析和识别 通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的。本桥拟采用最小二乘法对参数进行识别：

(1)结构计算模型假定与实际误差对结构的影响； (2)钢结构加工误差对结构的影响； (3)施工荷载变动对结构的影响； (4)温度的影响；

5.施工监控预警系统 施工过程中若监测发现应力、位移变化超标或与计算值相差过大等情况，将及时预警，并由施工控制领导小组组织设计、监理和施工各方，必要时聘请专家，召开专题会议，共同商议解决。