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变截面连续梁桥梁健康监控方案及大纲

时间:2013-05-14 17:26来源:未知 作者:监测人 点击:
监控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,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、预测和对下一立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两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
  
      变截面连续梁桥施工中,为了确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内,且成桥后的主梁线形符合设计要求,结构恒载内力状态接近设计期望,在主桥施工过程中应进行严格的监控。监控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,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、预测和对下一立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两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。通过施工过程的数据采集和严格控制,确保结构的安全和稳定,保证结构的受力合理和线形平顺,避免施工差错,尽可能减少调整工作量,为大桥安全顺利建成提供技术保障。
一、监控组织机构
监控工作是监理工作的重要组成部分,监控单位归监理单位管理。监控涉及设计、施工、监理等单位的工作。各单位分工如下:
1、指挥部
领导本项目变截面连续梁桥的监控监测小组,协调各成员单位的工作,及时召开监控会议。
2、设计单位
1)提供结构计算数据文件、图纸、结构最终内力状态和线形,并与监控单位共同签认监控的理论线形、成桥状态下的主梁和主墩控制截面内力和应力,考虑施工过程的主梁累计挠度、主墩偏位。
2)会签控制小组发布的控制指令表。
3)讨论决定重大设计修改,负责变更设计后各种验算。
3、施工单位
1)负责施工组织设计与进度安排,如有变更原定施工单位案应及早提出。
2)进行独立的测量放样、挂篮挠度计算与试验。
3)负责混凝土弹性模量试验。
4)负责桥面施工荷载调查与控制。
5)负责测试元件的现场保护,并为监控单位提供现场测试的便利条件。
6)负责主梁、主墩及所有结构的位移测试,测试结果在每一梁段完成后及时汇交监控工作小组。
4、监理单位
1)及时汇总核查各方监测结果,组织每一节段的工作会议,签发由监控单位提出的监控指令。
2)监测主梁标高和墩顶偏位及桥墩垂直度的测量。
3)提供主梁断面尺寸测量结果。
4)每一梁段完成后将有关监测结果及时汇总给监控工作小组。
5、监控单位
1)拟定监控方案。
2)独立进行施工过程结构应力、应变和温度以及主梁标高、墩顶偏位、桥墩垂直度观测。
3)识别设计参数误差,并进行有效预测。
4)优化调整分析。
5)预告下阶段挂篮立模标高。
6)发生重大修改及时向领导小组汇报并会同设计单位提出调整方案。
7)主桥竣工后三个月内移交监控元件位置、接口,提交监控与监测文件和成果报告。
二、监控工作程序
1、由监控单位发出监控指令表,报高级驻地监理工程师确认签发至施工单位具体实施;
2、对1/8L、1/4L、3/8L左右块件、合龙段等断面监控指令表,设计单位应进行复核并签认,其他断面监控指令表由交设计单位备案,设计单位若有异议应在24小时内口头通知监控单位,并在48小时内提出书面意见;
3、一个阶段施工完成后,监理将各方相关数据汇总至监控工作小组进行简要小结,进而进入下一阶段的施工工作程序。
三、 监控原则
监控是要对成桥目标进行有效控制,修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。
1、受力要求。反映变截面连续桥受力的因素主要是主梁的截面内力(或应力)状况。通常起控制作用的是主梁的上、下缘正应力。不论是在成桥状态还是在施工状态,要确保各截面应力的最大值在允许范围之内。
2、线形要求。线形主要是主梁的标高。成桥后(通常是长期变形稳定后)主梁的标高要满足设计标高的要求。
3、调控手段。监控要采用预测控制法。对于主梁内力(或应力)的调整,通过严格控制预应力束张拉力实现。对于主梁线形的调整,通过调整立模标高实现。将参数误差以及其他因素引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。
四、 监控方法
为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性,在施工过程中对参数应进行识别和预测。对于重大的设计参数误差,提请设计单位进行理论设计值的修改,对于常规的参数误差,通过优化进行调整。
1、设计参数识别
通过在典型施工状态下对状态变量(位移和应力应变)实测值与理论值的比较,以及设计参数影响分析,识别出设计参数误差量。
2、设计参数预测
根据已施工梁段设计参数误差量,采用合适的预测方法(建议用灰色模型)预测未来梁段的设计参数可能误差量。
3、优化调整
监控主要以控制主梁标高、控制截面弯矩为主,优化调整也就以这些因素建立控制目标函数(和约束条件)。通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析。应用优化方法,调整本梁段与未来梁段的立模标高,使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态,并且保证施工过程中受力安全。
五、监控工作的主要内容
1、 施工仿真计算
采用成熟的监控软件桥梁进行监控仿真计算,复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态,即对施工过程进行实时仿真,并形成相应的施工仿真分析计算文件。
按照施工和设计所确定的施工工序,以及设计所提供的基本参数,对施工过程进行正装计算,得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。主要有:
⑴ 各施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据:主梁标高、墩顶偏位及桥墩垂直度以及控制截面应力应变。
⑵ 监控数据理论值:主梁各节段立模标高。
这些数据与设计、设计监理相互校对确认无误,并经双方签认后,作为变截面连续桥监控的理论轨迹。
2、监控有关的基础资料试验数据的收集
⑴ 混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以及按规定要求的强度实验;钢筋混凝土容重;悬臂浇筑节段混凝土方量及实际断面尺寸。
⑵ 气候资料:晴雨、气温、风向、风速。
⑶ 实际工期与未来进度安排。
⑷ 挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。
3、施工过程结构变位、应力、应变和温度观测
⑴ 施工一个梁段称为一个阶段,为了改善施工过程中的挂篮和混凝土主梁的受力,每阶段分成4个工况:
① 挂篮前移并定位立模;
② 主梁混凝土浇筑一半;
③ 浇注全部混凝土;
④ 预应力张拉。
⑵ 主要测试内容如下:
① 主梁挠度观测
A 测点布置:每一梁段悬臂端截面梁顶设立三个标高观测点,同时也作为坐标观测点。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆标明编号。当前现浇梁段悬臂端截面同时设立三个临时标高观测点,作为当前梁段控制截面梁底标高用,并给出对应的测点的高程关系。
其中上、下游观测点作为长期监控观测点,同时应注意岸上基准点的设置和保护。
B 测试方法:用精密水准仪测量测点标高。根据理论计算,确定复测频率为3个梁段一次。
② 墩顶水平变位及墩身垂直度测量
A 测点布置:主墩顶、底上、下游各设一~二个测点,测点位置选在墩顶、底便于观测的可靠位置处。墩顶、底观测点应测出相对坐标。
B 测试方法:用全站仪测量。
③ 桥墩沉降测量
A   测点布置:主墩承台上下游各设一~二个测点,测点位置选在承台便于观测的可靠位置处。
B 测试方法:用精密水准仪测量测点标高。
④ 截面钢筋应力或混凝土应变观测
A 测试方法
应变计采用优质振弦式应变计,振弦式应变计采用相应的专用仪器测试。所有的测试元件都具有可靠的标定数据。
B 测点布置
左右幅主梁根部及跨中截面附近均布置应变测点,边跨、次边跨和主跨L/4截面考虑结构对称性和左右幅施工的同步性适当布置测点;反弯点附近腹板主应力测试应与设计方协商确定;主梁每一截面测点不少于6个;
每一墩顶、底各布置1个测试断面,对于超高墩适当增加测试断面;墩柱每一断面测点不少于4个;
由于实际施工中受结构自重,挂篮刚度,施工荷载等复杂因素的影响,可能还需要根据结构的实际状况,对某些截面进行适当的调整。
⑤ 温度场观测
A 测试方法
砼中应预埋全自动温度数据采集系统采集。在主梁的标准截面内预埋温度元件,以测量其内部的温度场分布。
B 测点布置
主梁:选择两个标准断面,各布置15个测点;桥墩设置上、下2个断面,位置可适当调整;
C 测试时间
在主梁施工期间选择有代表性的天气进行24小时连续观测,例如:每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。
⑥ 温度对结构变形和受力影响的测量
测试内容:主梁标高、墩顶偏位及桥墩垂直度以及相关截面应力应变。
测试时间:与温度场观测同步进行。
4、设计参数误差分析和识别
⑴ 挂篮刚度对标高的影响;
⑵ 梁段自重误差对结构的影响;
⑶ 梁和墩的刚度误差对结构的影响;
⑷ 混凝土收缩徐变对结构的影响;
⑸ 施工荷载变动对结构的影响;
⑹ 温度的影响;
⑺ 预应力误差的影响。
5、对未来梁段设计参数误差进行预测
6、预告主梁下阶段立模标高
7、重大设计修改
如果出现较大的施工误差,可能需采取以下重大修改措施:设计参数作重大修改;合拢施工单位案作重大调整。
六、监控实施程序
1、监控操作细则
⑴ 主墩施工阶段
根据施工工序,本阶段对主墩的应力测量,主要以观测为主,掌握应力状态及其变化,同时了解主墩在施工过程中的沉降及变位情况,为后续主梁施工监控做准备。
主要工作内容是应变计埋设截面的应力观测。
⑵ 主梁0#块施工阶段
由于采用支架现浇的施工工艺,因此监控的主要内容为落架前后主梁的标高及控制截面应力应变变化。
⑶ 主梁悬臂施工阶段
主梁施工过程中主要是对主梁的结构变形和控制截面的应力(应变)进行监控,其中主梁的结构变形主要测试内容包括:混凝土立模标高测量、混凝土浇筑过程中主梁位移测量、节段施工完成后几何状态测量。主梁应力(应变)主要测试内容包括主梁边、主跨的控制截面的应力(应变)。观测时间一般定在凌晨0点至凌晨5点,由监理根据当天的天气状况确定测量时间。主梁采用悬臂浇注,每一个梁段作为一个阶段,每一个阶段又分为四个工况。
 ① 挂篮立模定位
施工单位按监控指令表中的立模标高进行挂篮定位,然后通知监理和监控单位检测其标高值。本工况测试内容:
A 主梁标高:已完成梁段(包括挂篮上的测点);
要求:
a、必须确保空挂篮处于悬臂支承状态,不能有钢筋或施工荷载在挂篮上。
b、检测时间应避开局部温差影响(在一天中结构内温度场最均匀的时间)。
c、立模标高误差要求小于±5mm。
B 浇1/2混凝土
本工况测试内容:
主梁标高:本梁段;
要求:控制好1/2混凝土的数量。
(此工况测量主要是掌握主梁在浇筑过程中有无异常情况出现,不做精度要求,根据实际施工状况,可以略除)
C 浇完混凝土
本工况测试内容:
a 主梁标高;
b 墩顶偏位及桥墩垂直度。
要求:
a、回避温度影响;
b、标高误差控制在±3cm。
D 、主梁预应力张拉完成
本工况测试内容:
a主梁标高:已完成梁段;
b墩顶偏位及桥墩垂直度;
c控制截面应力应变。
要求:
a、回避温度影响;
b、标高误差控制在±3cm。
4、合拢段施工阶段
合拢段施工是全桥的关键阶段,需对其进行严格的监控,主要内容为主梁的标高和控制截面应力应变的变化。故分为以下三个工况:
工况Ⅰ   安装合拢段平衡重
工况Ⅱ   浇注合拢段混凝土并张拉完毕合拢段预应力束
工况Ⅲ   拆除平衡重
具体操作细则如下:
(1) 安装合拢吊架及平衡重
合拢吊架及平衡重的重量、合拢时挂篮的位置对主梁标高及控制截面的应力影响很大,最终合拢施工单位案施工单位必须与监控单位共同决定。
本工况测试内容:
立模标高:复检立模标高准确性;合拢段两端梁标高。
要求:
立模标高误差要求小于±5mm;
检测时注意回避局部温差影响。
(2) 浇注合拢混凝土
本工况测试内容:
合拢段两端各3段梁标高;
要求:
a、挂篮上底模标高误差控制在±3cm以内;
b、以标高控制为主;
注意回避日照温差影响并注意温度影响的修正。
⑶ 拆除合拢吊架后
本工况测试内容:
① 合拢段两端各3段梁标高;
② 温度测量。
要求:
a、挂篮上底模标高误差控制在±3cm以内;
b、控制好1/2混凝土的数量;
c、注意回避日照温差影响并注意温度影响的修正。
5、二期恒载施工阶段
本阶段主桥施工已基本完成,主要工作是监测结构的变化与理论计算是否相符,分为以下三个工况:
① 拆除支架、挂篮;
② 桥面铺装、护栏、照明等荷载。
其中①、②工况主要测试内容为:
a、主梁四分点的标高;
b、控制截面应力;
c、墩顶偏位及桥墩垂直度测试;
d、桥墩沉降观测
③工况完成后,主桥竣工,对全桥进行全面复测,此次复测也作为监控单位的竣工验收。测试内容为:
a、主梁八分点的标高;
b、控制截面应力;
c、墩顶偏位及桥墩垂直度测试;
d、桥墩沉降观测
6、阶段监控验收
预应力张拉完毕,挂篮移动前,是变截面连续桥的一个阶段施工结束的标志。一个梁段完成后,由控制方汇集所有的观测资料,由监控工作小组下达下一梁段监控指令表,并对上一梁段的控制情况作简要评述。指令表经高级驻地监理工程师签认后进入下一梁段施工。
变截面连续桥施工5个梁段左右后进行一次监控小结,对有关设计参数作一次系统调整。
七、监控的精度、原则与总体要求
1、控制精度和原则
⑴ 控制指令执行原则与允许误差
①立模与预应力张拉必须在一天中相对稳定均匀温度场(一般为日出前)中完成;
②立模标高允许误差:(+/-)5毫米;
③预应力延伸量控制范围:(-5%,+10%)
⑵ 局部线形控制要求
相邻节段相对标高误差不超过 0.3%(附加纵坡)
⑶ 已浇梁段以及成桥后主梁系统控制误差
标高误差:(+/-)L/5000,其中L为跨径。
⑷ 主梁重量控制要求
按施工规程要求对主梁横截面尺寸的误差严格控制。
⑸ 主墩控制精度
施工允许误差:轴线偏位(+/-)10mm,断面尺寸(+/-)20mm,倾斜度H/3000,墩顶高程允许偏差(+/-)10mm。
⑹ 其他
①主梁轴线:主梁中线水平方向允许偏差(+/-)10mm,高程允许偏差(+/-)10mm;
②桥面平整度:允许偏差(+/-)8mm(两米直尺检测)。
③梁段不得出现裂缝。
2、实施中的总体要求
⑴ 严格控制施工临时荷载。测试时桥面吊车必须开至0#梁段位置,材料堆放要求定点、定量。
⑵ 测量工作由施工单位和监控单位平行进行,以便于在现场及时校对,同时由监理方进行监测。
⑶ 所有观测记录须注明工况(施工状态)、日期、时间、天气、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素。
⑷ 每一施工工况完成后,由施工单位和监控单位同时独立进行测试,并由监理方按规定频率抽查,确认测量结果无误后方可进行下一工况的施工。
⑸ 主梁挂篮立模和预应力张拉前后的测试工作必须回避日照温差的影响。
⑹ 预应力张拉结束、降挂篮后,有关方把数据汇总至监控单位,由监控单位进行数据分析后,下达下一梁段的控制指令表。
⑺ 在监控符合设计和监控共同确认的监控的理论轨迹时,设计单位在1/8L、1/4L、3/8L左右块件、合龙段,应按实际施工参数复核监控单位监控指令表提供的指令,并签认;其它梁段设计单位备案。监控参数实测值与理论值超过差值的上限,设计单位和监控单位应分别计算,并分析原因,调整有关设计参数,监控指令表设计单位和监控单位均应签认。
⑻ 控制指令表经高级驻地监理工程师签认后方可执行,才能进行下一梁段的施工。
⑼ 每一梁段完成后应对已成梁段进行全面裂缝检查,发现裂缝应停止施工,上报监控管理小组和领导小组。
⑽ 施工指令表一式7份,分别由指挥部(2份)、设计、监理(2份)、施工、监控保存。
3、施工监控预警系统
在实际施工中,由于各种因素的影响,监控参数实测值与理论值会产生差异,通过有效的监控,这种差异不会很大,但考虑到某些非确定因素的影响,确定差值的上限,对保证全桥结构安全、控制效果及监控的顺利进行时十分必要的。相关监控参数及其在各个施工阶段差值限值见下表。
 
监控参数误差限值表

 

结构部位
控制参数
单位
上限
 
 
主梁
 控制截面正应力
 Mpa
±1
 
 横隔板横向应力
 Mpa
±1
 
 梁段标高
 cm
±3
 
 同一断面左右两点高差
 cm
±2
 
 轴线偏差
 cm
±1
 
 纵向位移
 cm
±2
 
主墩
 水平变位
 cm
±3
 
 高程
 cm
±2
 
 控制截面正应力
 Mpa
±1
 
承台
沉降
 cm
0.5
 

 

在施工过程中,监控参数实测值与理论值偏差如大于表中上限值时,应立即暂停施工,召开施工监控工作小组会议,各方应积极配合监控单位,仔细分析情况,查找原因,确定最终解决方案。
八、 监控保证体系与措施
1、监控制度保证体系
⑴ 各监控单位应将质量管理目标分解细化,实施岗位责任制。
⑵ 各监控单位应建立完善的设备仪器、材料管理制度
⑶ 各监控单位应建立完善的文件和资料管理制度
⑷ 各监控单位应建立完善的监控管理制度
⑸ 各监控单位应建立完善的教育和培训制度
2、监控技术保证体系
⑴ 监控单位方案审批及技术复核制度
① 监控技术文件由技术负责人组织编写。监控计算采用功能强大、计算结果可靠准确、应用成熟的专业软件。技术文件的编写实行严格的复核制度。
② 监控技术文件必须在开工前15天上报工地负责人审核。并报项目负责人审批。
③  监控技术文件必须经监理等各级审批并按审批意见进行修改完善,并经指挥部批准后方可进行实施。
⑵ 监控技术、质量交底制度
技术、质量的交底制度是技术管理的一项基本工作,通过技术交底,使得技术工作传递信息时,做到全面、准确。交底必须采用书面签证和语言表述相结合的形式,具体可分以下几种情况:
① 实施性施工监控单位案编制完毕,并审批后,由项目负责人牵头,技术负责人组织全体人员认真学习方案,并进行技术、质量、安全书面交底,列出监控部位及监控要点。技术人员必须做到交底不明确不上岗,不签证不上岗。
② 在施工过程中,所有发生的技术方案、监控成果等在向基层进行信息传达的时候,都必须进行技术交底。
⑶ 监控技术保证措施
① 设置的变形观测基准点必须稳定可靠,并定期对其稳定性进行检查,加强对监测设施的保护。
② 所有变形观测应读取初始值。应力及内力量测应在元件埋设好后,立即测出初始值。应力检测与变形观测同步进行。
③ 监控应按计划、有步聚的进行,严格按照施工监控单位案实施,使用的仪器在监控过程中应保证其精度和可靠性。
④ 组织有经验的专业工程技术人员进行监控施工,做好监控的记录和资料保存,并报送监理审查。当发现超过预警监测值时,及时报告监理并及时采取补救措施。
⑤ 对大量的量测信息,使用计算机引进计算和绘图软件进行数据现场处理和绘图,及时利用量测信息反馈来指导工程施工。确保全过程安全施工。
⑥ 施工监控具体包括预测、监控和反馈等几个主要阶段,对监测结果采用反分析法和正分析法进行预测和评价,以预测施工参数,进行综合分析判断,预测结构物的安全状况,指导施工,反馈设计。
⑷ 监控技术管理措施
① 监控的组织
由于监测工作重要性和复杂性等特点,必须选择足够具有丰富监测经验并有受力计算、分析能力的技术人员担任监控工作,对监控数据进行分析、研究;对监控小组内部进行详细分工,使其各负其责。
② 监控的管理
为确保监测结果准确、加快反馈速度,全部监测数据均由计算机管理。根据时态曲线回归结果,建立监控量测管理等级,并将监控结果以日报表的形式及时上报,定期向监理工程师、设计单位提交监控周(月)报,并附相应测点时态曲线图,对当周(月)的施工情况进行评价并提出施工建议。
监控工作程序流程框图如下:

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