石武客专许漯特大桥跨规划新兴路40+64+40M连续梁监控报告.docx

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石武客专许漯特大桥跨规划新兴路40+64+40M连续梁监控报告.docx

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石武客专许漯特大桥跨规划新兴路40+64+40M连续梁监控报告

石家庄至武汉客运专线郑州至武汉段

许漯特大桥跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁桥

施工监控报告

中南大学土木工程检测中心

二○一○年六月

石家庄至武汉客运专线郑州至武汉段

许漯特大桥跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁桥

施工监控报告

编制：

审核：

审批：

中南大学土木工程检测中心

二○一○年六月

石家庄至武汉客运专线郑州至武汉段

许漯特大桥跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁桥

施工监控报告

1、桥梁概况

石家庄至武汉客运专线河南段许漯特大桥跨规划新兴路连续梁采用铁道部经济规划研究院设计的通用图，即《时速350公里客运专线铁路无砟轨道（40+64+40m）现浇预应力混凝土连续梁》，图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ，（中心里程：

DK797+668.770），其总体布置如图1所示。

梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁。

箱梁顶板宽12.0m箱梁底板宽6.7m。

顶板厚度除梁端附近外均为40cm底板厚度由40至80cm按直线线性变化，腹板厚度由48至80cm、按折线变化，全梁在端支点，中跨中及中支点处共设5个横隔板。

桥面宽度，防护墙内测净空宽8.8m,桥上人行道钢栏杆内侧净空宽11.9m、桥梁宽12.0m、桥梁建筑总宽12.28m。

梁体全长145.5m，中支点处梁高6.05m，跨中10m直线段及边跨13.75m直线段梁高为3.05m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心至梁端0.75m。

箱梁截面如图2所示：

图1总体布置图（单位：

mm）

图2中支点及跨中截面（单位：

cm）

箱梁梁体按全预应力设计，设纵向、横向、竖向预应力。

纵向和横向预应力筋采用标准强度

、弹性模量

、公称直径15.20mm高强度低松驰钢绞线；竖向预应力筋采用标准强度

、

25规格的精轧螺纹钢筋。

箱梁梁体混凝土采用C50混凝土。

连续箱梁采用挂篮悬臂浇注法施工，主梁沿纵向共分为35个梁段，0#梁段长9.0m，其余1#～7#梁段分段长为1×3.0m+1×3.25m+1×3.5m+3×4.25m+1×4.0m，中、边跨合拢段均为2.0m，边跨现浇段长7.75m。

除0#梁段采用墩侧预埋托架浇筑完成外，其余梁段采用挂篮悬浇，4#梁段为悬浇最重段，重为1437.75KN。

90#、93#墩边跨现浇段采用搭设钢管支架浇筑。

全桥合拢顺序为：

92#、93#墩边跨合拢→90#、91#墩边跨合拢→91#、92#墩中跨合拢。

全桥共三个合拢段。

连续梁桥为超静定结构，具有结构连续、结构刚度大的特点。

本桥采用变高度变截面连续箱梁，在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，其绝对值大于跨中截面弯矩，采用变截面符合梁的内力分布规律，同时，本桥采用挂篮悬臂灌注法施工，变截面梁与施工的内力状态相吻合。

受中建股份石武客专SWZQ-五标项目部的委托，中南大学土木工程检测中心对石武客专-郑州段-许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁桥进行施工监控，其施工单位为中建股份SWZQ—五标项目部一分部（中建八局），设计单位为中铁工程设计咨询集团有限公司，监理单位为武汉大桥建筑工程监理有限公司。

2010年1月进场开展工作，2010年5月中旬全桥合拢，前后历时近5个月。

2施工监控的主要依据

1）新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定（铁建设[2007]47号）

2）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）

3）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）

4）铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范（TB10002.4-2005）

5）铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）

6）铁路混凝土与砌体工程施工规范（TB10210-2001）

7）客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（TZ213-2005）

8）铁路桥梁涵工程施工质量验收标准（TB10415-2003）

9）铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准（TB10424-2003）

10）客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准（铁建设[2005]160号）

11）铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设[2005]160号）

12）时速350公里客运专线铁路无碴轨道40+64+40m现浇预应力混凝土连续梁（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）设计图纸。

13）石家庄至武汉客运专线—郑州段—许漯特大桥—跨规划新兴路（40＋64＋40）m连续梁施工组织设计及挂篮相关资料

3施工监控的目的和原则

3.1施工监控的目的

连续梁桥作为超静定桥跨结构，其成桥的梁部线形和内力与施工方法有着密切的关系，也就是说不同的施工方法和工序会导致不同的结构线形和内力。

石武客专-许漯特大桥-跨规划新兴路（40＋64＋40）m连续梁桥采用悬臂挂篮施工，一方面，在施工过程中存在结构体系转换，即T构双悬臂梁连续箱梁，受力状态复杂。

另一方面，由于各种因素（如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度影响等）的影响，以及测量等方面产生的误差，结构的理论设计值难以做到与实际测量值完全一致，两者之间会存在偏差，尤其值得注意的是，某些偏差（如主梁的标高误差、轴线误差等）具有累积的特性。

若对这些偏差不加以及时有效的调整，随着施工的进行，梁悬臂长度的增加，主梁标高会显著偏离设计值，其几何位置会显著偏离设计值，最终可能导致合拢困难、成桥线形与内力状态偏离设计要求，给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件及经济性等方面带来不同程度的影响。

此时，对施工全过程进行实时监控就显得非常必要。

根据以往我们在同类桥梁施工控制上的经验，估计在悬臂浇筑连续箱梁施工过程中影响桥梁结构内力和线形的因素主要有以下几方面：

●桥梁施工的临时荷载，包括挂篮、机具、人员重力等；

●挂篮几何变形和弹性变形的影响；

●日照影响；

●混凝土浇注方量的控制；

●混凝土容重；

●混凝土弹性模量；

●混凝土收缩及徐变的影响；

●混凝土浇筑阶段温度的影响；

●箱梁温度场分布的影响；

●箱梁合拢段温度的影响；

●混凝土参与受力龄期的影响；

●预应力损失产生的影响；

●其他若干因素。

当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积。

所以施工监测和控制是大跨度桥梁施工过程中不可缺少的工序。

许漯特大桥-跨规划新兴路（40＋64＋40）m连续梁桥（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）施工监控的目的是，通过对已完成的工程状态和施工过程的监测，收集控制参数，分析施工中产生的误差，通过理论计算和实测结果的比较分析、误差调整，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的技术措施，调整必要的施工工艺和技术方案，使成桥后结构的内力和线形处于有效的控制之中，并最大限度地符合设计的理想状态，确保结构的施工质量，保证施工过程与运行状态的安全性。

许漯特大桥-跨规划新兴路（40＋64＋40）m连续梁桥（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）施工监控的目标是：

把大跨度桥梁施工控制的理论和方法应用于本桥的实际施工过程，对大桥施工期间的线形、应力等内容进行有效的控制和合理的调整。

根据施工全过程中实际发生的各项影响桥梁应力、变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段应力与变形数据，及时分析各施工阶段中实测值与设计预测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进行施工，并确保在全桥建成以后桥梁的内力状态、线形与设计尽量相符。

3.2施工监控的基本原则

根据预应力混凝土连续箱梁桥主要承受弯、剪的特点，本桥施工控制的主要原则是变形和应力的综合考虑，其中以变形控制为主，严格控制各个控制截面的挠度和轴线横桥向偏移，同时监控应力（变）发展情况。

上述策略的制定主要考虑到虽然挠度和内力都能反映结构的当前状态，但应力反映的是箱梁截面上某一点的受力情况，而挠度是某一截面上所有点受力情况的综合反映，是结构的整体表现，挠度控制属于宏观控制，应力控制相对来说属于微观控制。

此外，挠度测量除了受外界温度的影响（该影响是可以进行修正的）外，受外界的其他因素干扰小，能够达到控制精度；而应力测量则受外界因素影响较大。

为此，在施工控制过程中根据现场实际施工状况建立准确模拟施工过程的结构分析计算模型，加强结构参数识别；考虑外界环境因素（温度、湿度等）、施工附加荷载、收缩徐变等对实测应力、变形的影响；选择温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，适合于长期观测的应力和变形测量系统。

4、施工监控的难点、关键点及其基本方法

4.1施工监控的难点、关键点

悬臂挂篮浇筑法作为大跨度预应力混凝土连续梁桥广泛采用的施工方法，在施工过程中，由于受混凝土浇筑、挂篮移动、施工荷载、预应力张拉、混凝土收缩及徐变、温度、湿度等诸多因素的影响，往往会出现悬浇梁段的合拢误差较大和成桥线形与设计目标不相吻合等施工中必须认真解决的关键技术问题。

其主要的施工监控难点和关键点包括：

a.结构跨度大

本桥作为一座客运专线桥梁，主跨64m，属于大跨度连续梁结构，施工中各种参数（如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载）的偏差，以及测量等方面产生的误差，尤其是某些具有累积的特性的偏差（如主梁的标高误差、轴线误差等），都对施工监控的准确分析、预测有很大的影响。

b.温度荷载的影响

温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变，结构的温度次内力或温度次应力易导致结构裂缝。

本桥为铁路桥梁，桥宽较窄，箱梁仅带短小悬臂翼板，两侧腹板分别在上、下午受日照，必须考虑横向温度梯度。

因此必须加强对温度场的监测控制。

c.挂篮荷载的影响

本桥采用的是挂篮悬臂浇筑施工，挂篮的刚度和变形（弹性、非弹性）对主梁的线形会有较大的影响。

悬臂浇筑施工过程中，必须保证挂篮的安全和稳定，明确挂篮对主梁结构的作用，消除预测中因对施工工艺模拟不客观引起的误差，以确保主梁的线形和内力在控制之中，保障桥梁施工的顺利安全进行。

d.预应力的影响

预加应力是预应力混凝土结构内力和变形控制考虑的重要结构参数，但预应力值的大小受很多因素的影响，包括张拉设备、管道摩阻、预应力钢筋截面尺寸、弹性模量等，施工控制中要对其取值误差做出合理估计。

e.混凝土的收缩徐变

对混凝土桥梁结构而言，材料收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响，这主要是由于施工中混凝土普遍存在加载龄期短、各阶段龄期相差较大等引起的，施工监控中要予以认真研究，以期采用合理的符合实际的徐变参数和计算模型。

4.2施工监控的基本方法

针对上述难点和关键点，在本桥的施工监控中，我们采用自适应控制方法，这种方法是在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数识别过程，即为施工—量测—参数识别—分析—修正—预测—施工的循环过程，图4.2.1为自适应施工控制基本原理。

在施工过程中，结构实际状态的测量值随时与模型计算结果相比较，依据两者的误差进行参数调整（识别），使模型的输出结果与实际测量的结果相一致。

利用修正的计算模型参数，重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。

在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。

在这一基础上，将产生误差的原因尽量予以消除，给出下一个工况的施工控制指令，现场施工形成良性循环。

在具体应用中，根据许漯特大特-跨规划新兴路（40＋64＋40）m连续梁桥的结构特点，施工前即确定了合理的施工步骤，现场严格按预定的施工步骤进行施工，及时发现和纠正已经存在的误差，进行施工控制。

图4.2.1自适应施工控制基本原理

根据以上特点，本桥的施工控制采取在结构稳定性满足要求的前提下，对结构变形（高程）、应力进行双控，其中以变形控制为主，同时关注箱梁应力的发展状态及趋势。

具体方法如下：

（1）结构施工前期分析

在对施工图充分理解的基础上，与施工单位广泛接触，尽可能详细地了解施工过程，调查施工荷载的大小与位置。

根据设计及施工单位选定的施工方法进行每一工况的有限元理论分析，预先精确模拟计算施工全过程，获得结构各施工阶段的期望状态，给出各施工过程中截面的内力、应力和变形的期望值，对选定的施工控制主要参数及主要成果应形成施工控制预备文件，在此基础上进行施工误差灵敏度分析，确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的内力及位移调整方案，作为施工依据。

（2）应力及变形跟踪测量

根据前期分析结果和主桥实际的施工情况，对结构在施工期间处于受力不利状态的关键截面进行应力测量，对每一个节段的变形控制点进行变形测量。

（3）现场测试与现场计算分析调整

根据施工过程中关键截面应力和挠度控制点的现场跟踪测量，随时对测量结果与模型计算结果进行对比分析，对出现的超过规范规定的误差，通过对结构的线形、材料弹性模量、温度场等的现场测量结果，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施，调整后续的施工要求。

图4.2.2为施工控制流程图。

图4.2.2施工控制流程图

5、施工过程模拟与分析

大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工采用分阶段逐步完成的施工方法，结构的最终形成，必须经历一个较长而又复杂的施工过程以及结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。

桥梁结构施工控制的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形及受力状态基本符合设计要求。

为了达到施工控制的目的，必须对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。

因此，必须通过合理的计算方法和理论分析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，以便控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终的成桥线形和受力状态满足设计要求。

从这个意义上讲，施工控制中的结构计算方法不仅能对整个施工过程进行描述，反映整个施工过程中结构的受力行为，而且还能确定结构各个阶段的理想状态，为施工提供中间目标状态。

5.1监控计算

5.1.1计算软件

分析采用桥梁专用有限元程序桥梁博士V3.0对桥梁平面建模及用MIDAS/CIVIL对桥梁空间建模进行计算。

桥梁博士系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。

该系统自1995年被应用于桥梁结构施工架设分析以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁、刚构、拱桥、桁架梁、斜拉桥等多种桥梁，系统编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范。

MIDAS/civil是韩国开发的针对桥梁结构的通用计算分析软件，在韩国、日本和美国有较广泛的应用。

可以进行空间线性、非线性静动力分析。

可以使用的单元形式有梁、桁架、索、间隙、板、非线性边界、块体等。

广泛的适用于斜拉桥、拱桥、悬索桥、预应力混凝土连续梁等各种复杂结构桥型。

作为一个成功的土木专业商业软件，MIDAS/civil拥有强大的高精度计算内核和相当完美的前后处理界面。

可以进行大量通用的土木结构分析如：

非线性边界分析、施工阶段分析、移动荷载分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析等。

另外，软件还具备有桥梁结构专用分析所需要的功能如：

混凝土徐变收缩分析、预应力损失计算、移动荷载分析等功能。

5.1.2分析方法

为了保证施工安全，使成桥状态满足设计要求，首先，我们根据目标成桥状态和选定的桥梁施工方案，运用桥梁专用程序“桥梁博士V3.0”，将主桥简化为平面结构进行结构受力计算，并运用MIDAS/civil对桥梁空间建模进行二次计算复核，计算出该桥在各种荷载作用下桥梁各构件的内力、变形，与设计院进行相互校核，确定各施工阶段理论施工目标状态。

然后，在实际施工过程中结合实际监测数据和其它施工测试参数进行参数识别与调整，调整计算模型进行进一步计算分析，经多次迭代予以修正后，获得每个安装阶段的控制高程和内力，此即为各阶段监控计算所确定的目标。

计算考虑各施工阶段和最终运营阶段的最不利荷载组合，计入了预应力二次矩、体系转换、收缩徐变产生的内力重分布等影响。

5.2计算模型的建立

5.2.1桥博模型

参照时速350公里客运专线铁路无碴轨道（40＋64＋40）m现浇预应力混凝土连续梁（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）设计图纸将该桥各个阶段离散为梁单元，单元划分需考虑施工节段、变截面、支座等因数，本桥总共节点数为61，单元数为56。

两个主墩墩顶合拢前视为临时固定支座，合拢后92#墩顶视为固定铰支座，91#墩顶视为活动铰支座，边跨端部视为活动铰支座。

图5.2.1为许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁结构有限元计算模型图。

图5.2.1许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁结构有限元模型

许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁桥分析考虑了混凝土自重、挂篮自重、预应力、二期恒载以及混凝土的收缩徐变效应。

预应力计入预应力损失，混凝土收缩徐变考虑环境温度、理论厚度。

虽然温度荷载影响结构的线形，但是通过固定线形观测时间，基本上可以消除温度对线形的影响。

各种材料的计算参数取值如下：

混凝土：

C50

混凝土容重：

26.0kN/

混凝土弹性模量：

=3.55×104MPa

混凝土泊松比：

0.2

预应力钢绞线采用strand1860

钢绞线弹性模量：

=1.95×105MPa

二期恒载：

曲线无声屏障138.4kN/m

施工荷载（挂篮、机具、人群等）：

800kN

混凝土收缩速度系数：

0.00625

混凝土收缩终极值：

0.00015

混凝土徐变增长速率：

0.00556

混凝土徐变终极值：

2.0

预应力损失参数：

波纹管摩阻系数=0.23，孔道偏差系数K=0.0025，钢绞线松弛系数按照《TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规》6.3.3条取值，锚具变形与钢束回缩值为6mm（一端）。

钢绞线锚下控制应力：

采用时速350公里客运专线铁路无碴轨道（40＋64＋40）现浇预应力混凝土连续梁（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）设计图纸—纵向预应力钢束布置图-设计图纸给定的张拉控制应力。

5.2.2MIDAS模型

参照时速350公里客运专线铁路无碴轨道（40＋64＋40）现浇预应力混凝土连续梁（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）设计图纸，鉴于该桥主跨长64m，桥面宽12m，为单箱单室的箱梁截面，故该桥采用梁单元来模拟。

单元划分考虑到施工节段、变截面、支座等因数，本桥总共节点数为84，单元数为57。

两个主墩墩顶合拢前视为临时固定支座，合拢后92#墩顶视为固定铰支座，91#墩顶视为活动铰支座，边跨端部视为活动铰支座。

本模型的边界条件采用一般支承+弹性连接模拟；梁段湿重和挂篮自重均采用集中力+集中力偶模拟。

图5.2.2.1为许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁边跨合拢前结构有限元计算模型图。

图5.2.2.2为许漯特大桥-跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁成桥后结构有限元计算模型图。

各种材料的计算参数取值如下：

混凝土：

C50

混凝土容重：

26.0kN/

混凝土弹性模量：

=3.55×104MPa

混凝土泊松比：

0.2

预应力钢绞线采用strand1860

钢绞线弹性模量：

=1.95×105MPa

二期恒载：

曲线无声屏障138.4kN/m

施工荷载（挂篮、机具、人群等）：

800kN

混凝土收缩速度系数：

0.00625

混凝土收缩终极值：

0.00015

混凝土徐变增长速率：

0.00556

混凝土徐变终极值：

2.0

预应力损失参数：

钢绞线锚下控制应力：

采用时速350公里客运专线铁路无碴轨道（40＋64＋40）现浇预应力混凝土连续梁（图号：

通桥（2008）2368A-Ⅲ）设计图纸—纵向预应力钢束布置图-设计图纸给定的张拉控制应力。

图5.2.2.1跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁边跨合拢前结构有限元计算模型

图5.2.2.2跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁成桥后结构有限元计算模型

5.3计算分析结果

根据选用的参数，对该桥各个施工阶段进行静力分析，计算得到各施工阶段理想的线型和内力值，各个施工阶段的理论预拱度值以及预拱度设置图分别见表5.3.1、图5.3.2。

表5.3.1各个施工节段理论预拱度表（单位：

mm）

施工节段号

91号墩

92号墩

石家庄侧节段

边跨侧

（小里程）

武汉侧节段

中跨侧

（大里程）

石家庄侧节段

中跨侧

（小里程）

武汉侧节段

边跨侧

（大里程）

-2

-5

-7

-10

-14

-16

-14

注：

正值为向上设置预拱度，负值为向下设置预拱度。

石武客专许漯特大桥跨规划新兴路（40+64+40）m连续梁理论预拱度图（单位：

mm）

备注：

1．图中预拱度未包括挂篮弹性变形值，由施工单位根据挂篮预压试验得到。

2．预拱度正号表示向上设置，负号表示向下设置。

图5.3.2预拱度设置图

石武客专许漯特大桥跨规划新兴路40+64+40m连续梁各施工阶段挠度、预拱度值（单位:

mm）

节点号

0＃

张拉前

-0.01

张拉后

0.05

1＃

张拉前

-0.04

0.04

-0.04

张拉后

0.14

0.09

0.08

0.14

2＃

张拉前

-0.15

0.06

-0.15

张拉后

0.33

0.26

0.11

0.26

0.33

3＃

张拉前

-0.43

0.06

0.13

0.07

0.13

0.06

-0.43

张拉后

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