矮塔斜拉桥监控浅析
2018-04-02
0引言
桥梁施工监控是桥梁施工技术的重要组成部分，尤其对于使用悬浇或者悬拼施工方法施工时，其是必不可少的。桥梁施工监控以成桥后的状态为目标，在各施工阶段测出梁体的应力和高程的实际情况与理论状态相对比，找出误差，分析误差，及时反馈并在下一施工节段修正，确保工程的安全性、合理性。最终使结构达到设计和施工规范的要求。
工程概况
梁跨径组成为60+100+600米，为双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥。主桥宽22米,见图1。本桥采用塔梁固结、墩梁分离的体系，墩顶设支座，目的是使部分斜拉桥的受力更加接近梁式体系，受力明确，结构简单。中间主跨为通航孔。全桥满足通航净宽、净空要求，同时满足东西大堤通车和防洪通道要求。
采用单箱三室大悬臂截面，外腹板采用竖直腹板形式，箱梁顶板宽度为22米，箱梁底板宽度为15.5米。主墩墩顶根部梁高4米，向中、边跨方向46米范围内梁高变化采用2次抛物线，其余为等高梁段，梁高2.2米。斜拉索锚固区均设横隔板，边室横隔板厚度为40厘米，中室横隔板厚度为40厘米。
算塔高18米，采用实心矩形截面。布置在中央分隔带上，塔身上设鞍座，以便拉索通过。斜拉索横桥向呈单排布置，鞍座亦设单排。
图 1有限元模型示意图
施工过程仿真分析
本桥有限元模型建立完成后采用了倒装分析法对全桥应力和线形进行了分析计算，如图2所示。倒拆计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺的逆过程来进行结构行为分折。倒装计算法的目的就是要获得桥梁结构在各个施工阶段理想的安装位置(主要指标高)和理想的受力状态。众所周知，一座大跨度桥梁的设计图只给出了桥梁结构最终成桥状态的设计线形和设计标高。但是桥梁结构施工中间各状态的标高并没有明确给出．要想得到桥梁结构施工初始状态和施工中间各阶段的理想状态，就要从设计图中结出的最终成桥状态开始，逐步地倒拆计算来得到施工各阶段中间的理想状态和初始状态。只有按照倒装计算出的桥梁结构各阶段中间状态(主要指标高)去指导施工．才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。当然，在桥梁结构的施工控制中，除了控制结构的高程和线形之外，同样要控制结构的受力状态，它与线形控制同样重要。正因为卸装计算法有这些特点，所以它能适得用于各种桥形结构的安装计算．尤其适用于以悬臂施工为主的大跨度连续梁桥、刚构桥和斜拉娇。
图 2倒拆分析流程图
监控结果分析
线形监测
结构线形监测的目的是分析各梁段实际的高程沉降与抬升与理论趋势是否相符合，并为提供下一阶段的立模标高提供参考依据。桥梁线形监测基准点宜取在沉降较小或者沉降可忽略不计的梁体处，因此本桥梁基准点取在主梁0#梁段（主塔附近），现以最大悬臂施工阶段主梁的端部相邻的三个截面的抬高情况作出对比和分析。同时对成桥后的线形进行拟合，从直观和拟合两方面来评价监控在线形方面控制的结果。见图表所示。
图 3截面高程测点布置图（剖面）
图 4全桥高程变化曲线
图 5半跨直线段高程变化拟合曲线
表 1高程数据对比
由表中数据可知，实际截面抬升较理论抬升略小，这主要是立模偏差、温度效应、以及预应力张拉损失造成的，其中测量误差也是一方面因素。但得到实测值与理论值相差在±6mm以内且不大于悬臂长度的1/3000，满足要求。大桥桥面标高控制理想，以跨中为中心为一竖曲线，根据拟合直线函数可以求得纵坡为2.495%，较设计采用的2.5%纵坡非常接近。
应力监测
应力测试主要包括应变计的调试，埋设后频率与温度的测量，测量结构的计算与分析三大部分。本桥应变计的埋设主要设置在弯矩最大处和正负变化处。根据测量结果与理论应力之间还是有一定的误差，其主要原因是混凝土的收缩、温度的变化、仪器本身的误差，对于宽箱梁来说剪力滞效应也不能忽略。总体而言应力的传递还是符合要求的，说明已施工梁体间存在应力传递，且刚度适宜。索力的测试采用的是振动频率法，利用信号采集仪以及公式测出相应的索力。
索力与频率之间的关系为：
式中m为单位索长质量，L为索的振动长度，n为索的振动阶数，为第n阶振动频率。本桥索力测试数据证明索力精度良好。
结论
本文通过对合肥某斜拉桥的计算分析和监控，得出结论如下：主桥线形比较美观，取得了理想的效果，通过对成桥之后的线形测量以及拟合，实际坡度与设计坡度很接近，说明线形的监控有效，保证了截面的横向一致性和纵向顺滑性，施工是严格按照监控进行的。主梁的应力在在个别点比较大，有应力集中现象，说明此部位混凝土收缩大，这与混凝土浇筑时候的振动不到位有关，也需要对混凝的收缩性进行更深层次的研究。
[参考文献]
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[2] 顾安邦，桥梁施工监控与控制，机械工业出版社，2005
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