蓮沱特大橋施工監(jiān)測與監(jiān)控

1、蓮沱特大橋施工監(jiān)測與監(jiān)控蓮沱特大橋施工監(jiān)測與監(jiān)控作者：版主提要提要蓮沱特大橋是三峽對外交通公路上的一座重要橋梁，主橋?yàn)?48.311448.3)m鋼管混凝土拱橋。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，科技含量高，施工難度大。該橋在空鋼管拼裝合攏后，上部結(jié)構(gòu)的施工加載過程采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行全面監(jiān)控，確保施工質(zhì)量和施工安全。一概述概述由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，高強(qiáng)度建筑材料和預(yù)應(yīng)力工藝的廣泛應(yīng)用，大跨度橋梁的設(shè)計(jì)建造日新月異，方興未艾。近年來涌現(xiàn)出許多大跨度斜拉橋、

2、懸索橋、鋼管混凝土拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋，氣勢恢宏、造型完美。然而，這些橋梁的施工過程是極其復(fù)雜的，都必須受到監(jiān)測與監(jiān)控。技術(shù)人員必須詳盡計(jì)算和反復(fù)量測結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵斷面及主要控制點(diǎn)在每道工序產(chǎn)生的應(yīng)力和位移，使之控制在我們設(shè)置的范圍之內(nèi)，以保證施工的安全與質(zhì)量。蓮沱特大橋是三峽對外交通專用公路上的一座重要橋梁，也是一座具有國內(nèi)先進(jìn)水平的橋梁。橋全長340.87m，橋面總寬20m，主橋采用(48.311448.3)m中承式鋼管混凝土連續(xù)拱。結(jié)構(gòu)新

3、穎，橋型優(yōu)美。本橋設(shè)計(jì)荷載為汽36級，驗(yàn)算荷載為2000KN平板車組。施工過程中，主橋拱上結(jié)構(gòu)需多次變換受力體系，拱肋受力變化復(fù)雜，施工難度比較大，我們要求在空鋼管合攏后，對上部結(jié)構(gòu)的施工加載過程進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控，避免出現(xiàn)不可預(yù)見的因素導(dǎo)致主拱肋局部應(yīng)力超限或失穩(wěn)，以及產(chǎn)生過大的變形而發(fā)生事故。盡管計(jì)算機(jī)目前已經(jīng)十分普及，但應(yīng)用于復(fù)雜橋梁工程施工監(jiān)控的報(bào)道并不多，無論就監(jiān)控理論方面的系統(tǒng)研究，還是計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)處理模式的具體應(yīng)用都缺少可借鑒

4、的經(jīng)驗(yàn)與資料。本文就我們開發(fā)監(jiān)控軟件、對蓮沱特大橋施工過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控的具體應(yīng)用過程作一總結(jié)。二監(jiān)控軟件系統(tǒng)監(jiān)控軟件系統(tǒng)鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院蘭州分院為蓮沱特大橋施工監(jiān)控立項(xiàng)開發(fā)了微機(jī)專用軟件〈鋼管混凝土拱橋施工過程的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)〉。１監(jiān)控軟件開發(fā)的必要性在過去的同類橋梁施工中，往往只靠人工計(jì)算來完成施工中的計(jì)算分析，盡管計(jì)算機(jī)已相當(dāng)普及，但是國內(nèi)外并沒有與此相適應(yīng)配套的專用監(jiān)控軟件，因此施工技術(shù)人員也只是用計(jì)算機(jī)做一些局部的計(jì)算工作，

5、而對數(shù)據(jù)的分析及對整個施工過程的控制大都由人工判斷分析來完成。因此對現(xiàn)場技術(shù)人員的素質(zhì)水平要求較高，不僅因?yàn)槠溆?jì)算繁雜、工作量大，而且有些施工過程是連續(xù)進(jìn)行不間斷的，計(jì)算、分析、判斷都要求同步進(jìn)行，刻不容緩，故單靠現(xiàn)有的技術(shù)人員來完成整座大橋的施工監(jiān)控過程，其難度是相當(dāng)大的。而且在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種監(jiān)控方式已顯得跟不上時代的步伐。如何應(yīng)用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)來做好施工監(jiān)控工作，是我們急需解決的一個課題。為此我們組織力量開發(fā)了這個軟件

6、。２監(jiān)控軟件原理和功能對于鋼管混凝土拱橋，其監(jiān)控的對象是鋼管混凝土主拱肋，由于荷載作用、氣溫變化直接影響到主拱肋的受力，而這種影響將直接通過鋼管和混凝土本身的變形反映出來，通過儀器測量拱肋各關(guān)鍵部位的應(yīng)變及位移變化，就可以獲得拱肋該部位的實(shí)測應(yīng)力及位移。計(jì)算機(jī)監(jiān)控的主要工作就是通過對監(jiān)測到的主拱肋的應(yīng)變數(shù)據(jù)以及施工過程計(jì)算的理論數(shù)據(jù)分析判斷，采取相應(yīng)有效的處理措施，來控制主拱肋的應(yīng)力及變形限制在一定的范圍之內(nèi)，使其不發(fā)生超限，進(jìn)而控制施

7、工進(jìn)程，以保證施工安全與質(zhì)量。┏━━━━━┓┃監(jiān)測數(shù)據(jù)┣━┓┏━━━━━┓┏━━━━━┓┏━━━━┓┗━━━━━┛┗━┫數(shù)據(jù)處理┣━┫綜合分析┣━┫輸出監(jiān)控┃┏━━━━━┓┏━┫┃┃預(yù)測┃┃實(shí)施措施┃┃理論數(shù)據(jù)┣━┛┗━━━━━┛┗━━━━━┛┗━━━━┛┗━━━━━┛監(jiān)控系統(tǒng)流程圖從監(jiān)控系統(tǒng)流程圖來看，監(jiān)控軟件應(yīng)具備以下功能：(1)系統(tǒng)預(yù)處理對于一個結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)通過預(yù)處理，對各個施工過程(施工階段)的受力，變形情況做出理論分析，它將成

8、為監(jiān)控分析的基礎(chǔ)資料和基本依據(jù)。(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理在施工過程中，通過監(jiān)測采集到的數(shù)據(jù)，即使是與理論分析相當(dāng)吻合，也必將存在一定的離散性，這與采集時間的同步性、采集的精度等因素有關(guān)，且很難避免不出現(xiàn)失效點(diǎn)數(shù)據(jù)。因此，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是必要的，應(yīng)通過處理將明顯不合理的測點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除，方能保證程序在接下來的分析中不致出現(xiàn)錯誤的結(jié)論。(3)預(yù)測分析３根據(jù)實(shí)際情況，在中拱拱肋鋼管灌注混凝土的施工過程中，采用臨時加載的方案作為監(jiān)控處理措施，在進(jìn)行上

9、部結(jié)構(gòu)的安裝施工過程中，采用調(diào)整上部構(gòu)件施工順序的方案作為監(jiān)控處理措施。４根據(jù)邊拱的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及施工方案，采用對胎架預(yù)頂?shù)姆椒▉砀纳七吂暗氖芰顩r，對支座反力采用調(diào)整張拉噸位及調(diào)整支座高度的方法進(jìn)行調(diào)整。５在施工各階段，特別是臨時預(yù)應(yīng)力束和通長預(yù)應(yīng)力束張拉及轉(zhuǎn)換階段，對橋墩的水平位移、鋼絲束應(yīng)力、鋼管及砼應(yīng)力、拱軸線座標(biāo)進(jìn)行隨時監(jiān)測，監(jiān)控人員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來決定是否對張拉噸位進(jìn)行調(diào)整。６主要監(jiān)控設(shè)備及人員AST486電子計(jì)算機(jī)1臺便攜式

10、微機(jī)COMPAQ4861臺打印機(jī)1臺專業(yè)監(jiān)控人員3名四監(jiān)控實(shí)施過程監(jiān)控實(shí)施過程１中拱下鋼管灌注混凝土階段過程中的施工監(jiān)控拱肋合攏后，作為空鋼管截面時的拱肋剛度較小，而混凝土自重又較大，此時鋼管內(nèi)混凝土不能一次性進(jìn)行灌注，只宜進(jìn)行單管灌注。按照施工組織計(jì)劃，先進(jìn)行下鋼管混凝土的灌注工作。下鋼管灌注混凝土施工階段是中拱合攏后的關(guān)鍵性的施工階段，它能否順利進(jìn)行直接關(guān)系到以后的施工的進(jìn)展，因此，我們對此項(xiàng)施工的監(jiān)控工作十分重視。在下鋼管灌注混凝

11、土階段，我們把灌注過程按順序共劃分了十個子階段進(jìn)行監(jiān)控分析，經(jīng)監(jiān)控軟件理論分析表明，在整個灌注過程中，拱腳鋼管應(yīng)力在400～800Kgcm攩2攪之間變化，在進(jìn)行到4、5子階段時，拱腳鋼管應(yīng)力最大將達(dá)到800Kgcm攩2攪，拱頂將向上發(fā)生25mm的位移，考慮到拱肋在空鋼管階段時的整體剛度比較小，不宜使其承受較大范圍的變化應(yīng)力和上下位移，為了將應(yīng)力變化幅度控制在較小的范圍之內(nèi)，并降低最大鋼管應(yīng)力值和拱肋冒頂位移，我們將最大鋼管應(yīng)力和冒頂位移

12、的限制值輸入到監(jiān)控軟件的目標(biāo)數(shù)據(jù)中，經(jīng)軟件分析，理論上應(yīng)在灌注到3、4、5階段時分別在拱頂壓重至10、20、30T，在最后7、8、9階段分步拆除。根據(jù)監(jiān)控軟件提出的建議，我們通知施工單位對壓重做好了準(zhǔn)備。在實(shí)際的混凝土灌注施工過程中，我們應(yīng)用監(jiān)控軟件對施工全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時地進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，從監(jiān)測數(shù)據(jù)整體情況來看，基本上與理論分析比較吻合。故根據(jù)監(jiān)控軟件的結(jié)果，決定按原監(jiān)控實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行壓重。在整個灌注過程中有效地控制了拱頂?shù)南蛏厦绊?/p>

13、的位移沒有超過10mm，拱腳的最大應(yīng)力控制在350～700Kgcm攩2攪以內(nèi)。２上鋼管及腹腔灌注混凝土階段過程中的施工監(jiān)控下鋼管灌注混凝土之后，混凝土經(jīng)過一段時間后達(dá)到一定強(qiáng)度，同時拱肋也較空鋼管階段加大了剛度，此時可將上鋼管和腹腔混凝土一起進(jìn)行灌注。在上鋼管及腹腔灌注混凝土階段，我們把灌注過程按順序共劃分了十個子階段進(jìn)行監(jiān)控分析，經(jīng)監(jiān)控軟件理論分析表明，在灌注過程中，拱腳鋼管應(yīng)力在600～550Kgcm攩2攪之間變化，在進(jìn)行到4、5子

14、階段時，拱腳鋼管應(yīng)力最大將達(dá)到600Kgcm攩2攪，拱頂將向上發(fā)生20mm的位移，考慮到拱肋在此時的整體剛度比較小，不宜使其承受較大范圍的變化應(yīng)力和上下位移，為了將應(yīng)力變化幅度控制在較小的范圍之內(nèi)，并降低最大鋼管應(yīng)力值和拱肋冒頂位移，我們制定了相應(yīng)的應(yīng)力及位移限制目標(biāo)值，根據(jù)監(jiān)控軟件的分析結(jié)果，理論上應(yīng)在灌注到3、4階段時分別在拱頂壓重至20、50T，在最后8、9階段分步拆除。在實(shí)際的混凝土灌注施工過程中，我們應(yīng)用監(jiān)控軟件對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)

15、實(shí)時地進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，從監(jiān)測數(shù)據(jù)整體情況來看，基本上與理論分析比較吻合。故決定按原監(jiān)控實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行壓重。在整個灌注過程中有效地控制了拱頂?shù)南蛏厦绊數(shù)奈灰茮]有超過15mm，拱腳的最大應(yīng)力控制在560～500Kgcm攩2攪以內(nèi)。３上部構(gòu)件安裝階段過程中的施工監(jiān)控在上，下鋼管及腹腔灌注完混凝土之后，拱肋的整體剛度已形成，此時要進(jìn)行上部構(gòu)件的安裝工作。包括下列工序:1.橫斜撐、立柱砼的灌注；2.Ｂ型橫梁吊裝、Ａ型橫梁現(xiàn)澆；3.橋面板的架設(shè)；4

16、.橋面鋪裝層施工；我們把上部構(gòu)件的安裝過程按施工計(jì)劃順序共劃分了13個子階段進(jìn)行監(jiān)控分析，監(jiān)控軟件的初步的理論分析表明，在安裝過程中，只要安排好各施工加載的順序，使拱肋的加載平均分散在各個部位，則拱肋鋼管及混凝土的應(yīng)力變化平穩(wěn)，拱肋各部位的位移也變化緩慢。因此各階段的施工順序可以有較大的調(diào)整范圍。具體施工時，受施工組織安排和施工進(jìn)度的變化影響，各有關(guān)工序可同時進(jìn)行。因此在現(xiàn)場的實(shí)際實(shí)施過程中，根據(jù)實(shí)際的施工進(jìn)展情況，并結(jié)合施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，