预应力连续刚构桥梁悬臂施工控制

2016-12-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

1.工程概况
梅山大桥的主桥为预应力砼连续刚构桥,其跨径为130+75+130,主梁为单箱单室型断面, 主桥箱梁顶板宽13.55m,底板宽5.5m,根部梁高7.5m,高跨比1/17.3;跨中梁高3.3m,高跨比为1/39.4,梁底变化曲线为1.7次抛物线;箱内顶板厚度标准段为28cm,根部加厚到50cm;腹板厚度从根部到跨中按85cm、70cm、55cm直线线性变化;底板厚度根部是 110cm,跨中32cm,变化规律同梁底变化曲线。主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力混凝土结构。双薄臂桥墩,采用挂篮进行分节段悬臂施工,墩梁分别采用40#、55#高强砼。设计荷载为公路-Ⅰ。连续刚构在两个墩上按照“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑,合拢段吊架现浇,边跨现浇段采用落地架现浇方式。全桥按对称悬臂浇筑→ 边跨合拢→ 中跨合拢顺序进行施工。
2.施工控制的目的
对于分阶段施工悬臂浇筑施工的混凝土连续刚构桥来说,施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定出每个悬浇节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。
3. 施工控制的方法
3.1 建立控制计算模型
该桥采用桥梁专用有限元软件Midas/Civil建立连续刚构桥的整体计算模型,包括桥梁上部结构和下部结构(双薄壁墩)。应用Midas /Civil软件模拟施工过程中各梁段混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮移动等因素,进行施工阶段应力、变形的计算和验算。梅山大桥连续刚构主桥共划分为86 个单元,其余单元为双薄壁单元为16个,所有的单元均采用梁单元/变截面梁单元模拟。整个结构在墩底固结,两端约束为沿桥轴向的滚动支座,墩梁刚性连接。梅山大桥采用悬臂浇筑施工,施工过程包括0#块支架施工,挂篮悬臂施工,边墩现浇段施工,合龙段施工。每一个施工节段包括混凝土浇筑,张拉预应力钢束,前移挂篮三种工况,其中挂篮以集中力和力矩形式加载在每个施工节段节点其间考虑混凝土湿重对下一施工阶段的影响,二期恒载以均布荷载施加整桥,严格与实际施工阶段相对应。计算模型如图3—1 所示。

图3—1 主桥计算模型
3.2 自适应控制理论
对于预应力混凝土连续刚构桥梁,施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题,主要是混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永存预应力等与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整措施,必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值,以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后,自动适应结构的物理力学规律,当计算模型与实际结构相吻合后,再用计算模型来指导以后的施工,这就是自适应控制的基本原理。在闭环反馈控制基础上,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。图3-2 为控制原理图。
当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时,通过将误差输入到参数辩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一致,得到了修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态。这样,经过几个工况的反复辩识后,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。

图3-2自适应施工控制基本原理
桥梁的施工控制是一个预告-施工-量测-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全,其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目的,施工过程中必须对桥梁结构内力(如主梁应力)和主梁标高进行双控。采用悬臂浇筑的连续刚构桥在施工过程中是静定结构,只要严格按桥梁施工规范进行操作,内力状态一般能够得到保证,主要问题是施工中及长期徐变挠度的控制。由于连续刚构桥在施工过程中及合拢时不具备斜拉桥的索力调整能力,一旦发生线形误差,将永远存在于结构中,因此,及时发现误差原因,尽量减小误差发生的可能性是连续刚构施工控制的关键。所以,对于连续刚构施工控制系统除了要求具备常规的结构分析计算手段外,具有在施工现场消除设计与实际不一致的自适应能力就成为关键,只有这样才能及时提供控制标高和控制内力的修正值。
3.3 桥梁立模标高的确定
在主梁的悬浇过程中,梁段立模标高的确定关系到主梁的线形是否平顺、如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际,而且加以正确控制,则最终桥面线形较为良好,反之控制不力,会出现较大偏差。众所周知,立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高,为使成桥线形与设计线形相符合,总要设一定的预拱度,以抵消施工中产生的各种变形。立模标高公式如下:

式中: —i节段立模标高(节段上某确定位置)
—i节段设计标高
—由各梁段自重在i节段产生的挠度总和
—由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和
—混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度
—施工临时荷载i节段引起的挠度
—使用荷载在i节段引起的挠度
—挂蓝变形值

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