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雙拱塔斜拉橋施工控制
2018-05-07 

   1. 工程概況

   (1)荔波縣官塘大橋位處荔波縣城區東面,樟江大橋下游800m官塘大道上,是連接荔波縣城時來壩片區與老城區的重要橋梁。橋長180m,橋梁起點樁號K0+030.5,終點樁號K0+210.5。跨徑布置為85+85m雙拱式獨塔雙索面PC雙主梁式斜拉橋(無引橋)。橋梁設計等級為公路-Ⅰ級,橋面總寬32m,雙向四車道。

   (2)主梁采用C55混凝土,為實體雙主梁截面。全橋采用等高度截面,截面高度均為2.24m(主梁中心線處)。標準截面縱向每隔8m設一道橫隔板。橋面劃分為8個施工梁段,標準節段長8m,合龍段長2m,采用后支點掛籃懸澆施工。主塔為Q345D級鋼結構,截面輪廓尺寸為3200×2500mm(橫橋向×順橋向),鋼箱壁厚J0-J2段為40mm,其余段均為30mm。鋼塔施工采用節段懸臂拼裝。全橋共設置2×9根水平索和4×9根斜拉索。橋梁的總體布置見圖1。

   圖1橋梁立面布置圖2. 斜拉橋施工控制的一般方法

   2.1事后調整控制法。事后調整控制法是指在施工過程中,當發現已成結構狀態與設計要求不符時,可以通過一定補救措施對其進行調整,使之達到設計要求的方法。但是這種方法僅適用于那些結構內力與線性能夠調整的特殊情況,斜拉橋可算是其中的一種。

   2.2預測控制法。預測控制法是指在全面考慮影響橋梁結構狀態的各種因素和施工所要達到的目標后,對結構的每一個施工節段形成前后的狀態進行預測,使施工沿著預定的軌道進行,直至施工階段順利完成的方法。這種方法適用于所有類型的橋梁,那些對已成結構的狀態具有不可調整性的橋梁,其施工控制必須采用此種方法。如預應力混凝土連續剛構橋采用懸臂施工時,其已成節段的狀態是無法進行調整的,只能對待施工的節段狀態進行調整。由此可見,預測控制法是橋梁施工控制的主要方法。

   2.3根據官塘大橋結構和施工方法的特點,本橋采用事后調整法和預測控制法相結合,遵循“預測——施工——實測——對比——調整——預測”的方法系統的對其進行施工控制。

   3. 施工控制的工作內容

   3.1官塘大橋施工控制的工作內容主要有一下四點。

   (1)施工過程的仿真計算,目的是得到施工過程中全橋的理論數據。

   (2)施工過程的現場監測,目的是得到施工過程中全橋的實測數據。

   (3)施工過程的參數識別,在(1)和(2)所獲取的數據的基礎上即可對大橋的有關參數進行識別得到每一施工階段的標高和索力。

   (4)施工過程的索力調整。

   圖2全橋模型圖3.2施工過程的仿真計算。

   (1)官塘大橋的仿真計算采用的是Midas-Civil結構計算軟件建立的有限元模型,主要是依據設計院所提供的圖紙,并在適當的地方進行了必要的簡化。在建模過程中,考慮到劃分網格的便利和以后觀察結果的需要對模型的塊體進行了合理的劃

   (2)將結構劃分為183個平面梁單元, 217個節點。其中主梁96個單元,塔座6個單元,主塔48 個單元,斜拉索27個單元用拉索單元模擬,橋墩6個單元。塔座與橋墩固結。掛籃利用軟件中的掛籃系統模擬,每套掛籃劃分為2個單元。在原已有結構分析計算的基礎上,采用三維實體單元對結構的細節進行了真實的模擬按照施工和設計所確定的施工工序以及設計所提供的基本參數,對施工過程進行了實時仿真計算,由此得到相對詳精確、詳盡和可靠的分析結果和控制數據。

   3.3施工過程的現場監測。為了隨時掌握在施工過程中的主梁和索塔的實際應力、位移、斜拉索的索力,檢驗和指導結構計算,就必須在施工的過程中埋置應力傳感器、拉索中的拉力傳感器,設置位移觀測點。但在考慮這些元件的布設位置時,同時注意到今后全橋測試也能夠應用。索力、應力、溫度和位移觀測一般應同時進行,即是說每次都要將所有的可測點進行觀測,并且是定時(在溫度相對穩定的時刻,即如日出之前的早晨7點~9點,進行測試)測量,形成一套完整的觀測資料。

   3.4施工過程的參數識別。由于設計時所采用的許多設計參數,如材料的彈性模量、結構自重、混凝土收縮徐變參數等與實際工程中所表現出來的參數不完全一致,以及施工中存在的各種誤差都會導致施工過程中主梁標高、斜拉索索力偏離設計目標,而且會隨著斜拉索懸臂的不斷延伸而逐漸累積,如果不加以及時有效的控制和調整,最終會造成合攏困難,影響成橋后的內力和線形。為消除因設計參數取值的不確切所引起的施工中設計與實際的不一致性,在施工過程中應采用最小二乘法和自適應卡爾曼濾波法對這些參數進行識別和調整。

   4.1卡爾曼濾波法。本工程采用卡爾曼濾波法進行偏差的處理和索力調整。卡爾曼濾波法類似一次張拉法,但當前階段的張拉力不是原來的計算索力,而是根據變位的實測數值經過濾波和反饋控制計算后給出的索力修正值。它把梁的擾度X看作隨機狀態矢量,索力U作為外加控制矢量,通過適當的選擇索力以控制最后梁端或塔頂位置達到某一指定值δ。因此,它對位置的控制是絕對的,對于索力的控制則是在滿足設計位置的基礎上,以結構內能為最小條件下的最優。

   4.2索力測試。測試方法。 本橋采用微振法對索力進行實測,該法測試速度快、設備簡單,綜合誤差可控制在5%以下。

   微振法是通過測定拉索的自振頻率,由下式計算索力:

   T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

   式中: T——索力(N)

   W——單位索長的重量(Kg/m)

   fn——索的第n階自振頻率(Hz)

   l——索的計算長度(m)

   n——索自振頻率階數

   g——重力加速度(9.81m/s2)

   F——索自振基頻

   由于待測斜拉索數量多、索力大、并有多種規格, 因此擬采用微振法(也稱弦振法)進行測試, 以滿足對現場索力測定快速、準確的要求。

   4.3索力對比分析。

   (1)本橋的仿真計算采用的是Midas-Civil結構計算軟件建立的有限元模型,以設計成橋索力為合理成橋索力的目標值,用倒拆——正裝迭代法反復調試確定初始張拉索力,最終計算成橋索力與設計索力如表1、表2。

   (2)經過一次調索后實測索力與設計索力見表3、表4。

   (3)索力最大差值發生在水平索上游側Z4,大于設計索力225KN,偏大4.64%,小于設計要求5%的容許偏差值。

   5. 結論

   (1)針對官塘大橋的施工工藝,以有限元理論為基礎,應用土木工程專用的結構分析與優化設計軟件MIDAS-Civil建立全橋模擬分析模型。并對斜拉橋施工控制的分析方法進行了一定闡述。

   (2)運用事后調整法和預測控制法相結合,遵循“預測——施工——實測——對比——調整——預測” 的方法,把仿真計算、施工、測量、參數識別、誤差修正有機的結合起來,有效的控制索力和標高及主梁應力,并能及時的修正各階段的誤差,避免誤差積累最終獲得了較好的結構內力狀態和主梁線形。

   參考文獻

   [1]向中富.橋梁施工控制技術(第1版)[M].北京:人民交通出版社,2001.

   [2]陳湛榮.混凝土斜拉橋仿真計算與施工控制[碩士學位論文].重慶交通大學,2008.

   [3]徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制[M].人民交通.

   [4]邵旭東.橋梁工程(第1版)[M]. 北京:人民交通出版社,2001.

   [5]王成發.斜拉橋成橋索力的探討及施工過程分析[碩士學位論文].長安大學,2008.
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