连续刚构桥梁施工过程中的变形控制影响要素分析

发表时间:2020/7/30   来源:《工程管理前沿》2020年第6卷10期   作者:周航宇
[导读] 改革开放以來公路交通事业的发展,不断对桥梁的跨越能力,
        摘要:改革开放以來公路交通事业的发展,不断对桥梁的跨越能力,行车舒适性提出更高的要求。连续刚构桥梁施工过程中最大的难点是悬臂梁在各种施工条件和影响因素作用下的变形控制。通过在可控和不可控条件下对各种要素进行总结分析,得出影响连续刚构桥梁施工过程中梁的变形控制敏感要素,并根据其对结构变形的影响程度提出合理有效的处置措施,对于指导连续刚构桥梁施工具有重要意义。
        关键词:连续刚构:桥梁施工:变形控制  
        连续刚构施工变形控制的目的就是将结构在施工中的实际变形和线性状态与设计计算的理想状态之间的误差控制在容许范围,确保施工过程中结构的可靠度和安全性,保证桥梁成桥桥面线形以及受力状态符合设计要求。对于分节段悬臂浇注施工的预应力混凝土连续刚构桥来说, 施工控制的目的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和不断的修正参数,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的成果对误差进行分析、 预测和对下一施工阶段立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两端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。
        一、连续刚构桥梁施工过程中的变形影响
        1、挂篮变形。挂篮变形主要包含两部分, 一部分是挂篮的非弹性变形,主要是由挂篮固件联接紧密度决定,若固件联接紧密,则非弹性变形小甚至可忽略不计,一般要在挂篮组装完成后进行预压,用于消除挂篮组装后形成的非弹性变形;另一部分是挂篮的弹性变形,主要是由挂篮结构形式和材料性质决定,由于弹性变形理论成熟,可以通过计算确定某一荷载作用下,挂篮的整体变形量,在施工变形控制中属于可控要素。挂篮变形属于不利影响要素,理论上希望挂篮整体刚度尽量大,变形尽可能的小。初始施工阶段,由于梁体悬臂长度小、箱梁抗弯刚度大,主要变形源自挂篮自身变形,挂篮自重对结构变形可忽略不计,随着桥梁悬臂长度逐步变大,挂篮自身变形对梁体变形影响逐渐减小,其重量对梁体变形影响会变得更加显著,属于影响结构变形的敏感要素。
        2、桥墩结构。连续刚构桥梁桥墩结构形式一般为单薄壁墩和双薄壁墩,两种墩结构都属于柔性桥墩,通过桥墩的柔度来适应结构由于预应力、混凝土收缩、徐变以及温度变化等因素产生的次内力和位移,使结构受力更加合理,施工安全更容易得到保障。 计算结论和实践经验表明,墩的结构形式对悬臂梁变形影响会有所不同, 双薄壁墩对墩顶负弯矩的改善能力要优于单薄壁墩, 项目中桥墩结构的采用宜考虑桥梁墩高、主跨跨径、河道通航等因素进行设计。
        3、梁截面形状。梁的结构形状和尺寸是梁体变形的主要决定要素。连续刚构桥梁的截面形状一般采用单箱单室箱或是单箱双室结构, 主要是箱梁结构形状和尺寸大小可以决定梁的抗弯惯性矩,从而影响到梁体的抗弯刚度,最终影响梁的变形量,因此在施工过程中,对于能否按照设计箱梁截面形状和尺寸进行施工, 是确保施工变形能否接近设计计算变形量的重要环节。
        二、连续刚构桥梁施工过程中的变形控制
        1、混凝土收缩以及徐变。混凝土的收缩以及徐变都会对结构造成一定的影响,由于存在跨径大小的因素,因此其对于不同阶段都会产生不同的影响。在施工过程中,由于工程的施工时间相对较为短暂,对梁体产生的变形影响相对较小,当处于成桥阶段时,随着时间的推移,混凝土的收缩以及徐变可能会对结构内力产生一定的影响。

这就需要施工人员在施工过程中采取合理的措施对此加以防范控制,从而将混凝土收缩以及徐变对桥梁结构可能会产生的影响降到最低。通常情况下,施工人员会对成桥预拱度进行合理的设置,从而达到抵消混凝土收缩以及徐变而产生变形的目的。
        2、施工因素。在连续刚构桥梁施工过程中,施工人员必须采取科学合理的项目管理方式,对人为因素以及设备因素而引起的结构变形产生的影响进行控制。例如:施工人员要对混凝土的混合比进行严格把控,从而达到控制混凝土弹性模量以及抗弯惯性矩的目的,施工人员必须尽可能将弹性模量与设计截面接近,将结构变形可能会受到的影响降到最低,同时应当在施工过程中引进先进的张拉设备以及张拉工艺,在张拉过程中要确保预应力刚绞线的断丝率,从而确保锚垫板下张拉应力符合相关的设计标准要求。施工人员应当加强对桥面的施工荷载管理工作,不仅要对桥面荷载进行严格控制,同时也应当对挂篮的移动和刚模板的移动工序进行严格的控制,确保缓慢移动。总的来说,在对连续刚构桥梁的施工进行控制的方式有,分别是前期预测控制以及后期调整控制。一般情况下,对于连续刚构桥梁工程进行控制时,通常都会采用预测控制方法,主要采取的控制理论就是参数识别法、卡尔曼滤波法以及灰色理论法三种。在对连续刚构桥梁进行控制的过程中,其主要的控制点就是主粱的标高,也就是对线形的控制。与此同时,工作人员还需要利用应力进行检测,确保连续刚构桥梁结构的安全性得到保障,也可以将对主梁的标高的控制工作分解为对主梁中的各个阶段施工标高的确定,也就是设置预拱度。首先,参数识别法。简单来说,参数识别就是指对连续刚构桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差进行分析,并利用误差分析理论对引起偏差的设计参数误差进行确定,再由工作人员通过对设计参数的误差进行合理的调整,从而达到控制连续刚构桥梁实际状态与理想状态之间的偏差的目的,确保连续刚构桥梁的成桥状态能够与设计状态相一致。一般来说,在参数识别时通常采用的计算方法为最小二乘法。其次,卡尔曼滤波法。卡尔曼滤波法主要是从受到了噪声污染的信号中提取出真实信号,并在对滤波器进行描述时,可以通过采用线形随机系统状态空间的形式,对状态方程的递推性进行充分的利用,利用递推算法对滤波器的状态变量做出最佳的估计,对系统的真实状态进行估计,从而对系统进行控制。最后,灰色理论法。灰色理论法通常情况下可以利用少数据进行建模,属于一种实时控制,但是如果数据受到的污染较为严重时,也有可能导致灰色理论法的预测结果出现偏差。当连续刚构桥梁结构应用参数识别的方式进行误差的分析工作时,数据就必须有一定的规律性。在连续刚构桥梁结构施工前,可以通过利用卡尔曼滤波法以及灰色理论法建立相应的模型,对连续刚构桥梁结构的相关数据进行预测,有利于开展施工控制工作。在实际的连续刚构桥梁结构施工控制过程中,施工人员也应当将不同的控制方法进行有效的结合,对影响连续刚构桥梁结构的因素进行合理的控制。
        总的来说,梁体出现变形的影响因素,分别是箱梁截面形状、挂篮、墩项偏角、桥墩结构、混凝土的收缩和徐变、温度、预应力刚绞线、施工荷载以及混凝土配合比,而这些影响因素又可以分为可控制因素和不可控制因素。施工人员应当对这些影响因素进行简要的分析,并提出相应的处置措施,从而对梁体变形进行控制。
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