1、52某斜拉桥主桥施工应力监测方案浅析熊伟峰 1 文 勇 2 王 鹏 3（1.江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008）（2.江西方兴科技有限公司 南昌 330025）(3.景婺黄（常）高速公路建设项目办公室 景德镇 333000)摘 要： 飞云江三桥是一座钢筋混凝土主梁独塔双索面斜拉桥，针对其施工特点，建立完善的施工控制体系和应力监测方案， 实现控制主梁线形平顺、索塔结构受力状态与设计预期相符合。本文介绍了应力监测的一些基本做法。关键词：桥梁工程；斜拉桥；施工；主桥；应力；监测0 前 言飞云江三桥主桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，结构体系新颖复杂，结构受力及施工过程处于严格不对称状态，由
2、于斜拉桥设计与施工高度耦合，所采用的施工方法与成桥后的主梁线形及结构内力状态密切相关，对其实施有效的施工控制是保证其圆满成功修建的必要条件。1 工程概况飞云江三桥位于温州市瑞安飞云江出海口，该主桥方案采用塔梁墩固结体系，为了满足景观设计的要求，主塔选用了双曲变截面花瓶式空间结构，塔高166m，主孔梁体为 24017060m 的三跨一联边箱梁结构，全宽 36.8m（双向六车道） ，梁中心高 3.2m，顶板厚 0.28m，底板厚 0.4m，全桥共有 236 对拉索，主梁索距均为 6m。2 监控机构及运作斜拉桥施工监控是一项包含测试和测量、计算与分析、预测与控制等多项复杂、技术含量较高的智能行为。为
3、了确保设计、施工、监理、监控各方密切配合，使飞云江大桥施工控制顺利实施，从组织上保证施工控制各步骤都有专人负责，确定了由业主、监理、施工单位、设计单位和监控单位人员组成的施工控制领导小组和施工控制工作小组，并制定了施工监控流程，使整个控制工作中的信息反馈、数据传递路径畅通无阻。3 监控思路及内容斜拉桥是一种桥面体系受压、支撑体系受拉的高次超静定结构体系，而索塔是斜拉桥的主要承重构件，也是一个受力中心。在斜拉桥索塔、主梁的实际施工过程中，由于各种结构参数不可避免会与设计值存在差异，加之施工荷载等因素的不确定性，导致施工产生结构内力及变位结果必然与索塔设计预期存在偏差。这类结构参数偏差如不在施工过
4、程中进行控制和调整，则不仅会影响到索塔整体线形，甚至影响到成桥后桥梁的运营效果，并且会危及施工中的结构安全。在飞云江三桥施工控制中，把成桥状态（成桥三年后的状态轨迹为设计线形）作为控制的最终目标，把施工的中间状态（过程运动状态轨迹）作为中间控制目标和纠偏的依据，把立模标高和当前安装索的张拉索力作为能控性的状态变量，把已建主梁的标高、斜拉索的索力和关键截面的应力以及典型工况下的塔顶偏位作为可观性和待调性状态变量。监控的内容是：对当前施工梁段各工况下的斜拉索索力、轴线偏差和高程都进行监测；主要包括0、1 号节段施工控制、标准节段施工控制以及合拢施工控制（鉴于文章篇幅有限，本文仅介绍应力监测方案）
5、。4 应力监测方案4.1 应力监测项目4.1.1 索塔的应力测试 在主梁悬臂施工的各阶段，对索塔应力进行实时监测，以便了解索塔应力在施工过程中的变化。当施工过程中的施工荷载发生较大变化、突发施工事故或承受较大风荷载时，需对这些状态的应力进行及时监测，根据监测情况提出相应的对策，以确保施工中结构的安全。4.1.2 主梁应力测试 通过应力测量获得各施工状态下监测截面的应力值以及成桥状态下各监测截面的恒载应力水平，对梁体重量及其他荷载变化情况进行判断，确保结构施工安全。在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计，用来补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由温度应变。主梁应力控制目标为：在施工状态斜拉桥主
6、梁截面拉应力及压应力满足施工规范要求，成桥状态结构内力处于设计的最优状态。534.1.3 斜拉索索力测试 索力控制目标为：最终索力与设计值的误差控制在5之内；浇注混凝土时用千斤顶张拉索力与预报值误差控制在2以内。42 应力监测截面与测点4.2.1 主塔应力测点 在主塔上布置了三个应力测试截面，这些截面分别位于：下塔柱实心段顶面附近；中塔柱与上塔柱交界处；36 索附近。在各截面处分别将钢弦式混凝土应变计埋设在四个角上，见图1 所示。 ABC截 面截 面截 面图 1 塔柱测点截面布置图/cm其中、截面应变计竖向放置，测量主塔压力，截面应变计在上塔柱环向预应力区水平放置，测量预应力效应。4.2.2
7、主梁应力测点 主梁应力测点布设在截面顶板和底板上剪力较大的部位，每个截面布置 8 个测点，方向沿截面的法线方向。另外，在主横梁中部设横向应力测点，方向沿主横梁方向，见图 2 所示。（1）主梁应力测点选择六个截面，分别位于：主梁与主塔固结处；主梁主跨的第5 、20 、25 节段中部；170m 跨的跨中部；40 墩墩顶处。（2）横梁应力测点选择三个位置，分别为：38 墩顶端横梁；主跨 20 节段横梁；40 墩墩顶横梁。在各横梁跨中的上下缘各放置一个应变计。（3）测量仪器测量采用 ZX-200 型智能型埋置式钢弦应变计，用 JMZX-300 振弦检测仪进行应变测试，测量精度控制在1 以内。（4）测试
8、要求240176358D主 梁 测 点 截 面 纵 向 布 置主 梁 截 面 测 点 横 向 布 置GFEHI主 横 梁 测 点 布 置9K横 梁 测 点 截 面 纵 向 布 置JL8#图 2 主梁及横梁上应力及温度测点布置图/cm每一施工循环的浇筑混凝土前后、斜拉索张拉前后、预应力张拉前后均进行应力测量。4.2.3 斜拉索索力测试方法 索力测量采用振动法频率法，用专用的夹具将加速度计固定在斜拉索上，测定拉索的横向振动。根据实测的前 n 阶频率，考虑拉索抗弯刚度和实际边界条件，用有限元程序计算得到索力。在正式测量前，对斜拉索按直径分类，每一类选择长、中、短三根索，根据缆索工作的索力范围，以不同
9、的吨位进行标定，得出频率与索力的关系，以此对用理论公式计算的索力进行修正。索力换算不仅要符合基频，并且要用前 34 阶频率作验证。通过测量取得施工阶段实际索力及索力随温度变化的曲线。索力测量阶段的划分与主梁应力测试相同。在浇注主梁梁段混凝土过程中，斜拉索前三次张拉按绝对标高控制，索力采用千斤顶测量。斜拉索第四次张拉后，监控单位采用振动频率法通测所有已施工的索力。 4.2.4 温度监测测点（1）塔、梁温度测试主梁和塔柱的温度测试断面与应力测量断面相同。测试仪器：利用自带温度测量功能的 ZX-200 型智能型钢弦式应变计。测试要求：在进行应力测试时，同时进行温度场的测试。（2）索温测试对 PESM
10、7-139 和 PESM7-211 两种直径的索各作 1根测温试验段，测温的长度为 23m。测点布置：温度传感器分别埋置在测温段的内部和表面，见图 3 所示。54图 3 测温试验段测点布置示意图施工过程中利用试验段标定结果换算工作索的内部温度及平均温度。43 测试仪器的安装4.3.1ZX-200 埋入式应变计的安装 应变计必须按预定的测试方向用细匝丝绑扎固定在结构钢筋的下面，细匝丝捆绑位置应在应变计受力柄内 5mm 处，要保证在浇筑混凝土施工中不松动；测试导线最好用护套保护，在桥面板各壁板内沿结构钢筋引出至桥面板顶面，每隔一段距离（或方向改变处）用细匝丝绑扎牢固。4.3.2 仪器安装注意事项
11、、要登记好每个测试点安装的应变计和传感器编号，并保存好记录资料；对导线上的编号进行防水等保护；、在安装应变计之前，要对其逐一检测，并做好检测记录；、施工单位在施工到监测点设置节段时，应事先通知施工控制小组人员，以便其进场埋设应变计；、制做小钢箱保护应力和温度现场测试引出线，须确保整个施工过程中均可观测；、在浇筑混凝土施工过程中，对混凝土中传感器附近，特别是传感器与导线连接处附近，不要过分振捣，应变计与测试导线应避开混凝土振捣方向，以免振捣时传感器方向改变或将测试导管损坏；、在施工现场的人员应特别注意不要踩踏测试导线；、现场若发现有应变计、传感器和导线损坏情况，应尽快通知施工控制小组人员，以便采
12、取补救措施。44 应力监测及工作内容4.4.1 斜拉索索力控制 在悬臂施工期间的斜拉索张拉力（第一、二、三次张拉）原则上按绝对标高控制，根据实际情况，可以采用相对标高控制。斜拉索转移锚固后即体系转换后的斜拉索张拉（第四次张拉）原则上按索力控制。根据自适应原理对施工索力进行调整和控制。4.4.2 应力监测 测量人员应在各混凝土浇注过程中、斜拉索张拉前后对已布设的测点进行应力测量；同时根据千斤顶读数，记录斜拉索前三次张拉力，在斜拉索第四次张拉完成后，在早晨 6 点之前完成索力测量。4.4.3 0、1 号主梁节段施工监测 在 0、1 号主梁节段施工前，由监控单位提出该节段的施工控制数据预报值，包括主
13、梁立模标高、施工索力；施工单位按照预报值进行当前节段的施工，并记录各阶段主梁标高、斜拉索张拉力。下面给出 0、1 号主梁节段 1 号索第一次张拉后对斜拉索索力、主梁标高监测数据，见表 1 所示。表 1 索力、标高监测数据第一次张拉后后测索力(KN) 主梁梁顶标高(m)索号 主梁部分落架 主梁完全落架梁段号 上游 轴线 下游R1X 934 1056 R1 39.500 39.736 39.784 39.715 39.508R1S 1536 1397 R0 39.507 39.706 39.794 39.706 39.506P1S 1321 1321 P0 39.514 39.720 39.789
14、 39.722 39.524P1X 1447 1397 P1 39.512 39.788 39.788 39.720 39.518天气 晴转阴 温度 20经索力测量自谱分析图分析并计算，索力与设计值的误差控制在5之内，标高基本上都控制在30mm 以内。4.4.4 关于监测中几个应注意的问题 施工应力监测涉及到的数据和资料很多。除设计资料外，施工方面也很多，如施工工艺、施工方案及挂篮、模板有关数据，桥上主要施工机具设备的重量及其它施工荷载等。事前应认真收集、仔细调查。对能反映结构工作特性和应力比较集中的测试部位，应适当多设元件，以防安装或测试过程中造成损坏而测不到关键数据，还可以采用不同的手段或
15、其他类型元件，同时进行测试。由于混凝土性质有变易性，在施工应力测试中，应根据工地实际情况，做一些有关混凝土性质的试验和观测，如混凝土弹性模量、干缩量，利用这些数据对测试资料进行分析，可减少一部分误差。应变计安装要经历混凝土浇注、振捣及混凝土硬化等过程。尤其是混凝土硬化是一个很复杂的变化过程，有水化热温升和自身体积的收缩。由于温度场及干缩变化不均，往往造成残余应力会影响应变计，造成读数波动大，也不稳定。为了确定测点初始值，混凝土浇注后应当跟踪观测，以稳定后的测值作为初始值。有些测点需较长时间才能稳定，又要配合施工进行量测，对这部分测点，当发现数据有明显不合理时，可以进行适当调整。5 结 语由于斜拉桥施工控制的复杂性以及较强的实践性，因此还不能断言现有的控制方法已完全解决斜拉桥的施工控制这一复杂问题。施工应力的监测工作难度比较大，需要组织有一定经验人员长驻现场，除认真细致进行测试工作外，还要不断分析研究，努力探讨提高测试精度，对斜拉桥的施工过程实施有效的施工监控，才能保证成桥后的主梁线形及结构的受力状态符合设计的期望。55参考文献：1JTJ0412000，公路桥涵施工技术规范S.2JTJ027-96，公路斜拉桥设计规范（试行）S.3张靖，何祖发.大跨度预应力混凝土桥梁施工应力监测中的几个问题A.中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集C.
