168m钢管混凝土刚架系杆拱施工监控方案Word文档格式.docx
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第七章吊杆张拉方案及内力控制35
7．1控制目的35
7．2控制方法35
7．3调整方法35
7.4恒载作用下吊杆索力测试35
第八章预应力摩阻及伸长量现场试验38
8．1试验意义38
8．2试验方法38
8．3试验原理39
8．4试验内容40
第九章施工监控项目参加人员及报价清单41
9．1人员组成41
9．2监控项目报价清单42
第十章资质及主要相关业绩43
10．1资质材料44
10．2公司简介55
10．3主要相关业绩情况表57
第一章168m钢管混凝土刚架系杆拱大桥施工监控目的及意义
1．1大桥概况
主桥（图1.1）为计算跨度为168m的下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，拱肋与桥墩固结，采用预应力钢绞线作为拉杆平衡拱的推力。
图1.1主桥桥型图
主拱拱肋采用等截面钢管混凝土桁架结构，两片拱肋横向中心距26.6m。
每片拱肋桁架上、下弦杆由四根Φ800x14mm的钢管及平联缀板组成，截面高3.5m，宽2.0m；
弦管及平联缀板内灌注C50无收缩混凝土。
腹杆采用Φ273x12mm的钢管，腹杆内不灌注混凝土。
拱座为变截面钢筋混凝土实心截面。
钢管混凝土两主拱之间设置了7道“一”字形横撑；
拱顶横撑由六根直管组成，其余横撑有四根直管组成。
横撑直管采用Φ500x12mm钢管，横撑腹杆采用Φ273x12mm钢管。
横撑钢管内部填充混凝土。
主桥设20对吊杆，顺桥向吊点中心距为8.0m，每点吊杆为双吊杆，其中心距为50cm，每根吊杆钢索由55根Φ7mm的镀锌高强度低松弛预应力钢丝组成。
每片拱肋各设10根可换索式钢绞线系杆，每根系杆由19根Φj15.24mm钢绞线组成。
桥面系采用悬吊体系，由钢横梁、钢纵梁、桥面预制板及现浇层组成钢—混组合结构。
主桥设横梁20片，钢横梁长28.6m采用工字形截面。
顺桥向设钢纵梁10道，全桥有工字形钢纵梁210片。
钢纵梁采用高强度螺栓连接在钢横梁上。
桥面板由预制板和现浇板组合而成，通过栓钉与钢纵、横梁连接，形成钢—混组合结构。
预制板接缝混凝土采用无收缩混凝土，预制板顶面现浇10cm钢纤维混凝土。
主桥桥墩采用双柱式门形刚够墩，由矩形墩柱和箱型横梁组成。
墩柱截面的纵向长度为4m，横向宽度为2.6m；
箱型横梁的宽度为3.6m，中心高度为3.5m。
墩柱和横梁均为预应力混凝土结构，采用C50混凝土。
主墩采用钻孔基础，分离式承台，每根墩柱设一个12.6x7.8x3.8m的承台，每个承台下设6个直径为1.8m的钢筋混凝土钻孔桩。
1．2监控目的及意义
本桥是钢管混凝土系杆拱桥，属于高次超静定结构,对成桥拱轴和钢横、纵梁线形及吊杆、系杆的张拉力有较严的要求,每个节点坐标的变化都会影响结构内力的分配。
桥梁线形一旦偏离设计值,势必导致内力偏离设计值。
另外,钢横、纵梁、拱、吊杆和系杆之间刚度相差十分悬殊,受吊杆力、温度变化、风力和日照影响、施工临时荷载、混凝土收缩徐变、预应力张拉等复杂因素干扰等等,使力与变形的关系十分复杂。
在施工计算中,虽然可以采用多种计算方法,计算出各施工阶段的索力和相应的梁体变形,但是按理论计算所给出的吊杆力、线形进行施工时,结构的实际变形却未必能达到预期的结果。
这主要是由于设计时所采用的计算参数诸如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等与实际工程中所表现出来的不完全一致所引起的。
复杂桥梁在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有累积性,如不加以及时的有效的控制和调整,随着拱的施工长度的增加,拱的标高最终会显著偏离设计目标,影响成桥后的内力状态和线形。
因此施工监测、控制是保证桥梁达到设计要求的重要手段。
此外，由于施工过程中支架、模版等临时设施较多，这些临时设施大多不经过计算复核，从而容易威胁结构在施工过程中的安全，因此，为保证施工中结构的安全，也需要进行必要的监控。
1．3本项目监控项目主要内容
1.3.1控制思路
168m钢管混凝土刚架系杆拱的高程和线形控制严格按照《公路工程质量检验评定标准》执行，肋拱的轴线偏位控制在5mm内，断面尺寸的高度控制在±
5mm内，顶、底、腹板的控制在0到10mm范围内，拱宽控制在±
10mm范围内。
要保证控制目标的实现，最根本的就是对立模标高及索力做出尽可能准确的预测，即主要依靠预测控制。
无论施工过程如何，总是以最终桥梁成型状态作为目标状态，以此来控制各施工阶段的立模标高。
施工控制流程如下图所示。
图1.2施工控制流程图
1.3.2.监控内容
（1）大桥施工过程精细计算
（2）基础大体积混凝土监控方案
（3）施工支架稳定性监控
（4）关键截面应变测量监控
（5）线性测量监控
（6）系杆张拉方案及内力控制
（7）预应力摩阻及伸长量现场试验
各部分具体内容见后面章节介绍。
1．4施工监控组织
1.4.1施工控制组织
施工控制是个高难度的技术问题，但又不是孤立的施工技术或计算分析问题，它涉及到监控、设计、施工、监理等单位，为保证控制过程的顺利进行，建议：
（1）由业主负责成立由大桥各方参加的主桥监控领导小组，以便协调各方关系，高效开展工作。
指定各方传递数据的人员名单，由固定人员进行数据及报告的交接。
（2）在施工检测及施工控制正式实施以前，须提供大桥有关的技术资料；
（施工设计图纸，施工组织设计文件，主拱合拢方案及次序，合拢前、后主梁的设计状态的理论值）。
（3）请施工方提供施工检测过程中的便利条件：
施工各阶段高程等测量，测量数据及时通报监控单位；
预设标志和预埋元件的可靠保护。
1.4.2各单位分工：
（1）业主
.协调各成员单位的工作，及时招集大桥施工控制会议。
（2）监控单位
.拟定施工控制方案。
.施工过程中进行结构变位、应力、应变、系杆内力及温度观测。
.识别设计参数误差，并进行有效预测。
.优化调整分析。
.预告立模标高和系杆各次张拉力。
.发生重大修正时，及时向领导小组回报并会同设计单位提出调整方案。
.验算及跟踪施工过程中各控制截面的内应力。
.合拢方案验算。
.配合参建各方，对施工中出现问题进行理论分析。
.主桥竣工后提交施工控制与监测成果报告。
（3）设计单位
.提供结构计算数据文件、图纸、结构最终受力状态、拉杆内力及线性。
.提供成桥线形要求。
.计算、确定重大设计修正，负责变更后各种验算。
（4）监理单位
.认真执行监理工作，保证施工质量。
.与施工单位共同监测主梁标高和塔顶偏位。
.墩部预应力张拉监督
（5）施工单位
.施工组织设计与进度安排。
.支架试压及挠度测量。
.混凝土比重及弹性模量试验。
.桥面施工荷载调查及控制。
.负责测试组件的保护。
.钢横、纵梁及拱的变位测量。
第二章大桥施工过程精细计算
2．1承台大体积混凝土水化热分析
根据168m钢管混凝土刚架系杆拱桥承台混凝土配比及施工方法，采用空间有限元及混凝土水化热理论计算承台水化热反应，指导监测及施工。
2．2施工过程全桥内力分析
大跨度钢管混凝土刚架系杆拱桥的施工采用分阶段逐步完成的支架现浇施工方法时，结构的最终形成要经历一个比较复杂的施工过程。
对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，是施工控制中最主要的内容之一。
为了达到施工控制的目的，必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。
首先，根据设计提供的有关资料对桥梁施工过程进行正装计算，计算时按照施工方案确定的施工加载顺序进行结构分析，严格计入结构几何非线性、预应力、支架、预应力及混凝土收缩和徐变的影响。
最后将所得到的成桥恒载内力和位移状态（包括主梁挠度，控制截面内力与应力）与设计进行核对保证相互一致后进行施工。
根据上述理论计算及具体施工过程中的各项参数（梁段重量、系杆力、标高变化、内力状态）不断调整计算参数，计算完毕后，提供以下理论控制数据：
1.各施工梁段的主梁及主拱立模标高。
2.系杆力控制值。
以上两项内容将以施工指令通知单的形式下达到施工单位，业主及设计单位备案、大桥总监办监督执行。
同时，施工过程中的较大调整，由本施工监控单位提出方案，由设计单位复核。
全桥计算模型见图2.1
图2.1全桥计算模型
2．3施工支架稳定性监控
施工时临时支架一般由施工单位进行组织施工设计，为了保证施工时支架的稳定及支架上主结构的安全，本监控单位负责全面的支架强度和刚度计算及支架稳定检算，以确保施工安全。
2．4预应力锚固区局部应力计算
本桥在门形刚构墩上布置有大量的预应力钢筋，预应力锚下局部应力较大，在施工前，对全部局部应力进行检算，并提出改进意见，保证锚下混凝土不出现局部裂缝。
2．5系杆张拉方案比较计算
系杆张拉会引起拱脚局部应力的变化，如果张拉力过大，则会出现裂缝，此外，张拉系杆内力会引起已张拉完毕的系杆内力的变化，导致系杆内力与设计值不相符及主结构内力分布不合理，本计算通过优化方法合理安排系杆张拉次序及张拉力使张拉过程简化准确。
第三章基础大体积混凝土监控方案
3．1监控目的及指标
大体积混凝土结构断面尺寸比较大，混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时混凝土弹性模量很小，徐变较大，升温引起的压应力并不大；
但在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。
如采取措施不当很容易产生温度裂缝。
此外，混凝土在硬化过程中还容易产生收缩裂缝。
基于以上原因在承台灌注过程中如何防止混凝土开裂成为确保承台施工质量的重点施控目的。
根据以往经验，结合工程具体情况，拟定了具体控制方案，其中包括减少内外温差，预防混凝土裂缝上采取的多项技术措施。
为了及时掌握温度变化情况，在施工中对混凝土内部温度进行监测。
大体积混凝土温度监控指标因受混凝土强度等级、材质、季节、气候、施工顺序等方面的影响，温控指标并无绝对的、不变的指标，在承台控制时，结合本监控小组对若干座大桥承台温度控制实施方法及指标，结合本桥承台混凝土强度等级等特点，确定本承台温度控制指标如下：
内外温差：
<
30oC
内部最高温度：
65oC
进出水口温差：
10oC
温度控制过程中，一旦发现某一指标超出施控指标，及时与设计、监理、施工各方进行商讨，拟定有效措施，确保混凝土不发生温度及收缩裂缝。
3．2监控测点布置
承台温度测点在每个承台中共布置58个，第一层浇注混凝土中布置29个，第二层混凝土中布置29个，两个承台共布置了116个温度应变片。
3．3控制温度应力、防止裂缝的技术措施
1.选择合理的结构形式和分缝分块。
该承台厚为4m，分两层浇筑，每层为2m,这样能有效的控制大体积混凝土的内部温度，避免因水化热产生的较大升温而使混凝土开裂。
2.选择混凝土原材料、优化混凝土配合比。
目的就是使混凝土具有较大的抗裂能力，具体说就是要求混凝土的绝热升温较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大。
（1）选择水泥。
内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥或硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。
外部混凝土除了抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗腐蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用高标号的中热硅酸盐水泥。
（2）掺用混合材料。
掺用混合材料的目的在于降低混凝土的绝热升温、提高混凝土抗裂能力。
目前粉煤灰采用较多。
（3）掺用外加剂。
减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土塌落度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥，降低绝热升温。
（4）优化混凝土配合比。
在保证混凝土强度和流动度条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热升温。
3．严格控制混凝土温度、内外温差及表面温度骤降。
（1）降低混凝土浇筑温度，通过冷却拌和水、加冰拌和、预冷骨料等办法降低混凝土出机口温度。
（2）水管冷却。
在混凝土内埋设水管，通低温水以降低混凝土温度。
（3）表面保湿。
视施工季节在混凝土表面覆盖保温材料，以减少内外温差、降低混凝土表面温度梯度。
第四章施工支架稳定性监控
4.1支架（六四式军用梁）的设计
六四式铁路军用梁是我国自行研制的适用于中等跨度的一种铁路桥梁抢修制式器材，是一种全焊构架、销接组装、单层或多层的多片式、明桥面体系的拆装式上承钢桁梁。
该组合式梁有一定的跨越和承载能力、杆件种类少，便于拆装互换、结构轻便，构造简单，可用人工或小型机具拼组、架设迅速、运输方便。
六四式铁路军用梁的基本构件主要包括标准三角构架、端构架、标准弦杆、端弦杆、斜弦杆、撑杆等6种。
部分构件如下图所示：
标准三角构架标准弦杆
端构架斜弦杆
图4.1六四式军用梁构件图
本桥拟采用六四式双层军用梁做支架，现计算在施工过程中所需军用梁的片数。
为了更加准确地计算支架在施工过程中所承受的荷载，将荷载分两阶段加至支架上。
第一阶段为主梁现浇时，主梁及模板等重量全部由支架承受，计算出此时支架的内力；
第二阶段为浇注拱肋的过程中，考虑到主梁已经达到设计强度，并且有很大的刚度，对支架有分担拱肋浇注过程中的荷载的作用，故此时由主梁和支架一起承受荷载，计算出此阶段支架的内力，再加上第一阶段支架的内力，便得出支架在整个施工过程中的最大内力。
计算时采用土木工程大型通用软件Midas/civil进行计算，计算模型如下图所示：
图4.2计算模型
图4.3支架布置图
4.2临时支架的安全（铁路上）监控：
图4.4防电棚布置图
第五章关键截面应变测量监控
5．1主梁结构部分设计参数的测定
5.1.1混凝土弹性模量的测定
采用现场取样通过万能实验机试压的方法，分别测定混凝土在2d、7d、14d、48d、60d龄期的值，以得到完整的E-t曲线，为主梁预拱度的修正提供数据。
5.1.2混凝土容重的测定
采用现场取样，在实验室用常规方法进行测定。
5．2应力测试
5.2.1测试方法
采用埋入式振弦应变计进行测试
5.2.2测点布置
根据桥跨结构试验检测的目的并考虑测试控制、数据采集、布点、布线工作的方便，检测桥孔截面位置如下：
拱肋，钢横梁，吊杆。
5.2.3控制截面应力测试
应变测试主要采用表面式振弦式应变计，配合读数仪，测量精度控制在±
0.2MP以内。
应变值通过记录的N或L值得到：
=
式中，
=4.062，
、
——当前值，
——初始值。
为消除温度变化的影响，在梁体非受力位置布置一个应变温度补偿测点。
5.2.4梁体竖向静挠度测试
在布置挠度测点，上下游两侧对称布置。
挠度测试主要采用高精密水准仪及安装在梁底支架上的百分表进行，测试时，找取不受荷载影响的稳定视点。
此项内容主要为评判桥梁的竖向刚度提供依据。
5.3理论分析
为了准确分析主桥结构特性和确定最不利轮位布载，理论分析主要采用桥梁博士以及MIDAS大型有限元分析程序分别计算内力影响线、控制截面的应力和变形等参数。
第六章线性测量监控
6．1挠度观测及立模标高确定
6.1.1测试方法
用精密水准仪测量主梁各节段的标高。
6.1.2测点布置
168m钢管混凝土刚架系杆拱拱桥部分采用缆索吊分段吊装施工，在其钢梁和拱肋沿纵桥方向上均匀的布置了9个高程测点，主梁的横桥方向上布置了三个高程测点，分别布置在两边腹板中心处的上缘和断面中点上缘，断面中点上缘处的测点用来控制顶板的桥轴线，拱肋上缘处的测点用来控制拱肋上缘轴线。
6．2测量时机的选择
设计时所提供的每个施工节段的相应桥面标高和其他变形值是基于标准气温下（20度）的设计值,而拱桥往往跨季节、跨昼夜施工,温度变化特别是日照温差的变化对于拱桥结构变形的影响是复杂的,将温差变化所引起的结构变形从实测变形值中分离出来相当困难,因此,应尽量选择温度变化小的时机进行测量,力求温度、日照对施工控制的影响降低到最小限度。
对一些拱桥温度影响的测试表明,在气候条件最不利的夏季,凌晨日出之前的气温较稳定,且最接近季节平均气温,是测量的较好时机。
6.3全桥线形观测
第七章系杆张拉方案及内力控制
7．1控制目的
系杆是传递水平推力的最主要构件。
全桥吊杆共28根。
系杆截面由由19根Φj15.24mm钢绞线组成。
按照设计图，吊杆张拉需要分两次张拉，单根吊杆张拉控制力在2100kN。
张拉吊杆时会引起吊杆与梁交叉点处主梁的局部负弯矩，如果一次张拉到位，则负弯矩过大，造成梁上缘开裂，所以要分级张拉，每次张拉力需要根据具体情况确定。
此外，受施工张拉设备及施工人员数量的限制，吊杆的张拉不可能同时进行，需要分批张拉。
由于大桥是高次超静定结构，分批张拉时，后张拉的吊杆会引起已张拉吊杆内力的变化，使得最终吊杆内力偏离设计值较大，影响主梁及主拱的成桥应力状态及主梁线性，甚至造成主梁开裂。
7．2控制方法
系杆控制方法分理论计算及内力监控。
理论计算的目的是依据具体情况通过计算确定合理的初始张拉力，确保成桥吊杆力满足设计要求。
张拉拉杆测控索力时采用索力仪测定索力，并与油压千斤顶顶力相互校核。
对已经张拉完毕的拉杆，测控时采用索力仪量测。
7．3调整方法
通过理论计算及实测吊杆力进行理论计算，提出调整拉杆内力的方案。
7.4恒载作用下吊杆索力测试
成桥后在恒载下的索力值与设计值的偏差大部分在5%以内，一对索误差在10%以内，均满足规范设计要求。
第八章预应力摩阻及伸长量现场试验
8．1试验意义
预应力结构中的预应力束张拉是关键的工艺，张拉力的准确与否关系到结构的内力状态及结构的使用性能，而预应力损失及伸长量的理论计算与实际状态有较大的偏差，如果张拉力过大会引起锚下局部开裂，如果张拉力偏小则会引起桥梁运营中的开裂。
所以，在特大桥梁或复杂结构中均进行预应力孔道摩阻试验来确定实际伸长量以保证预应力的施加满足设计的要求。
8．2试验方法
孔道摩阻试验采用单端张拉方式进行，试验张拉端和锚固端均采用YCD300千斤顶和500t压力传感器。
试验时，同时记录读数仪和电动油泵的读数，数据整理以读数仪结果为准，并用电动油泵数据校核，以确保试验结果的可靠性。
张拉端与锚固端的差值即为摩阻损失值。
试验装置如图8.1所示。
图8.1孔道摩阻试验装置图
为了确保试验中千斤顶和压力传感器的严格对中，在两者之间设置了限位板。
为了分别测得孔道摩阻系数和偏差系数、锚口及喇叭口摩阻损失率，每束力筋的测试工作按两种工况进行：
（1）工况1：
纯孔道摩阻试验，用来测定孔道摩阻系数和偏差系数。
此时，张拉端及锚固端的喇叭口内均放有约束环，以保证钢绞线与喇叭口无摩擦，且两端均不装工作锚。
（2）工况2：
孔道＋锚口及喇叭口摩阻试验，用来测定锚口及喇叭口摩阻损失率。
此时，张拉端不设约束环，安装工作锚（但不上夹片）；
锚固端仍放约束环，不装工作锚。
8．3试验原理
8.3.1孔道摩阻系数μ和偏差系数k的测定
根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005），张拉时，由于预应力钢筋与孔道间的摩擦引起的预应力损失按下式计算：
（1）
式中：
—由于摩擦引起的预应力损失（MPa）；
—力筋控制应力（MPa）；
—从张拉端至计算截面的长度上，力筋的弯曲角之和（rad）；
—从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；
—力筋与孔道壁之间的摩阻系数；
—考虑每m孔道对其设计位置的偏差系数。
可以证明，空间曲线束的孔道摩阻损失计算表达式和平面曲线相同，唯其曲线转角
改用空间包角：
（2）
为力筋束竖向平面内的弯起角；
为该力筋束水平面内弯起角，若该力筋束仅在竖向平面内弯起，则
=0。
由式
（1）可知，在预施应力过程中，离张拉端
处因孔道摩阻而损失的力筋束内力值为：
（3）
为张拉力，
为摩阻损失率，
。
当采用一端张拉一端固定的方法来测定参数
和
时，式（3）则可写为
（4）
分别为张拉端至固定端力筋束长和空间包角（为书写简便起见，仍用
代替
）。
若该力筋束为直线布置，即
，则可由式（4）直接得到
；
若该力筋束为曲线布置，则须借助于两根以上力筋束的测试结果利用最小二乘法计算得到孔道摩阻系数
和偏差系数
试验存在误差是不可避免的。
假定式（4）的误差为
，则有
（5）
如果有n束力筋束，则式（5）变为
（6）
分别为第
根力筋束的
，
，从而得到全部力筋束测试误差的平方和为
（7）
欲使得试验误差最小，应有
（8）
由式（7）和式（8）可得
（9）
因此，可根据多孔道摩阻测试结果，由式（9）建立
的联立方程，求得
8.3.2锚口及喇叭口摩阻损失率的测定
将同一束力筋按（孔道＋锚口及喇叭口摩阻试验）测得的摩阻损失率减去按工况1（纯孔道摩阻试验）测得的摩阻损失率，即得由该力筋束测得的锚口及喇叭口的摩阻损失率。
由于整孔梁采用的锚具相同，因此取所测力筋束的锚口及喇叭口摩阻损失率的平均值，作为锚口及喇叭口摩阻损失率的最终测试值。
8．4试验内容
在充分考虑预应力张拉空间及实际可操作性的情况下，选取尽量多的不同类型的预应力束进行试验。
根据设计图纸，拟测定8束主梁预应力束及两束V墩预应力摩阻。
10．2公司简介
中南大学为直属教育部的全国重点大学，由卫生部所属湖南医科大学、铁道部所属长沙铁道学院与教育部直属高校中南工业大学合并组建而成，是一所学科门类齐全、师资力量雄厚、具有鲜明特色、居于国内先进水平的综合性大学。
现任校党委书记为李健教授，校长为黄伯云院士。
中南大学的学科涵盖工学、理学、医学、文学、法学、经济学、管理学、哲学、教育学、历史学等十大门类，是以本科生、研究生教育为主的高层次综合性大学，下设29个二级学院，有本科专业75个；
成立了研究生院，有硕士学位授权学科282个，博士学位授权学科142个，博士、硕士学位授权一级学科17个，博士后科研流动站18个。
拥有国家级重点学科17个，国家重点实验室和国家
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