跨京开高速公路中承式钢箱混凝土拱桥监控监测方案(编辑修改稿)

跨京开高速公路中承式钢箱混凝土拱桥监控监测方案(编辑修改稿)内容摘要：

算工作在桥梁整个施工过程中需要实时调整，这些调整既包括各个直接的实时测量参数，也包括根据实测数据通过反馈分析等而得的辨识参数，还 要视实际施工情况对计算模型、计算方法及计算内容等做出调整。 施工控制实时计算与设计计算的区别和联系以及施工控制的基本流程和控制目标如图 42 所示。 设 计 计 算A . 设 计 计 算 力 学 模 型B . 设 计 计 算 参 数 B 1 . 指 定 参 数 B 2 . 假 定 参 数C . 设 计 计 算 施 工 步 骤 C 1 . 施 工 方 法 模 拟 C 2 . 假 定 施 工 时 间D . 设 计 计 算 结 果 D 1 . 各 施 工 阶 段 线 型 、 内 力 D 2 . 成 桥 线 型 、 内 力 控 制 目 标（ 在 绝 大 多 数 情 况下 与 设 计 结 果 一 致 ）施 工 控 制 计 算a 施 工 控 制 计 算 力 学 模 型b 施 工 控 制 计 算 参 数 b 1 . 设 计 指 定 参 数 b 2 . 现 场 测 试 及 拟 合 参 数c 施 工 控 制 计 算 施 工 步 骤 c 1 . 实 际 施 工 方 法 模 拟 c 2 . 实 际 施 工 时 间d . 施 工 控 制 计 算 结 果 （ 形 成 控 制 文 件 ） d 1 . 各 施 工 阶 段 线 型 、 内 力 d 2 . 成 桥 线 型 、 内 力 实 际 施 工 结 果各 阶 段 施 工 后 的 线 型 、 内 力发 布 指 令 、 指 导施 工施 工信 息反 馈设 计 计 算 与 施工 控 制 计 算 的联 系 与 区 别 图 42 设计计算与施工控制校核计算 根据设计图提供的资料，建立施工控制计算模型 (a)，采用设计计算的主要参数 (B)和设计计算中假定的施工时间 (C2)进行计算，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者是否在计算模型 (aA)及施工方法模拟 (c1C1)间存在实质性差异。 京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 10 施工 控制影响因素 对于本桥来说，影响施工控制的因素涉及范围极其广泛，包括设计参数误差、施工工艺误差、施工监测误差、结构分析计算模型误差、施工管理。 （ 1）设计参数误差 设计参数误差，即在进行桥梁施工控制结构分析时所采用的理想设计参数值与结构实际状态所具有的相应设计参数值的偏差。 在钢管混凝土拱桥施工中不同的设计参数对结构状态 (内力和变形 )的影响程度是不同的，而且，同一设计参数对不同施工阶段也有不同程度的影响。 对于钢管混凝土拱桥，主要的设计参数误差包括以下几个方面： ① 结构几何形态参数误差 钢管混凝土拱桥的结 构几何形态参数主要包括拱桥的跨径、拱轴线形、矢跨比。 施工中跨径通常可以保证，但拱轴线形和矢跨比容易受施工误差及测量误差的影响而偏离理想值，从而对结构的内力和变形产生较大的影响。 因此施工控制中，必须加强对拱轴线形控制，不断对施工中出现的线形误差进行调整，尽量避免误差的累计。 ② 结构构件截面尺寸误差 桥梁施工中截面尺寸误差较为普遍，这种误差将直接导致截面的面积、抗弯惯性矩以及抗扭惯性矩等截面特性误差，影响结构内力、变形等的分析结果。 由于 钢箱 混凝土拱桥刚度和强度是逐渐组合形成，截面特征参数随着施工阶段的变化而变 化，因此各个施工阶段的截面特征参数误差大小也不相同。 ③ 材料特性参数误差 材料特性参数主要指材料的弹性模量 E，剪切模量 G、泊松比 v 以及材料的热膨胀系数 a。 对于钢箱拱肋内的混凝土材料，弹性模量、剪切模量、泊松比、容重以及热膨胀系数有一定的波动，对于超静定结构，弹性模量对结构分析结果影响较大。 在施工过程中要根据施工进度经常性的对混凝土现场抽样试验。 ④ 与时间相关的参数误差 温度和混凝土收缩徐变是随时间而变化的设计参数。 温度变化对 钢砼组合 结构的内力与变形影响较大，这种影响随温度的改变而改变。 京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 11 ⑤ 荷载参数误差 在 拱桥结构的施工控制中，荷载参数主要指结构构件自重力、施工临时荷载和 环境荷载。 对于 钢箱 混凝土拱 肋 ，当 拱肋 内浇注了混凝土，由于受到浇注混凝土密实度的影响，构件自重有一定的随机误差，所以在施工控制中必须计入实际容重与设计取值间可能存在的误差 ； 施工临时荷载是较为稳定的量，但由于在已成结构上乱放材料，往往引起临时荷载较大的误差，结构分析时都需要考虑。 环境包括包括温度、风荷载等，由于实际温度在各部分的不均匀性以及风力方向的随机性及风力大小的脉动性，与理论分析结果有一定的差异。 （ 2） 施工工艺误差 施工控制是为施工服 务的，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现，除要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。 钢箱 混凝土拱桥施工主要包括拱肋的安装、 拱肋 内混凝土浇注以及桥 面 系安装三个主要阶段，主要存在以下一些施工误差 ： 拱肋的制作误差、拱肋线形的安装误差、 拱肋 内灌注混凝土的密实度误差、混凝土配合比误差、桥 面 系线形施工误差。 （ 3） 施工监测误差 由于测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等情况引起的误差称为施工监测误差。 该误差一方面 可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象，也可能造成将本来较好的状态调整得更差的情况，因此保证测量的可靠性对施工控制极为重要。 （ 4） 结构分析计算模型误差 在结构分析中需对实际桥梁结构进行简化，建立计算模型。 这种简化使得计算机模型与实际情况之间存在误差，包括各种假定、边界条件处理、模型化的本身精度等。 控制中，必要时需要对简化进行专门的试验研究，以使计算模型误差所产生的影响减到最低限度。 京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 12 对反馈施工信息分析确定施工误差状态 目前的各类施工控制的理论的实质都是基于对采样误差的分析和确定调 整方法以控制误差积累。 施工误差的出现是不可避免的，但各类施工误差会出现不同的分布形态。 常见的误差形态有图 43 所示的三类。 图 43a 中的误差分布，由于其单个误差峰值较小，且正负误差分布均匀，类似于白噪声干扰，它对结构的影响很小，是施工控制所追求的理想状态。 图 43b 中的误差分布，虽然其单个误差的峰值较小，但整体误差分布出现连续的正向或负向分布，特殊时会呈现积累放大现象。 有积累的连续分布误差会对结构线型及内力产生严重不利影响。 图 43c 中的误差分布，虽然其整体误差均值较小，但出现单个误差峰值较大的情况 ，会对结构的内力和线型产生严重影响，必须加以控制和调整。 施工控制中应根据施工反馈的数据与施工控制的预测计算的理论目标真值及施工控制的实时计算结果的修正目标真值进行比较，确定误差的实际分布状态分析，对连续分布误差和大峰值误差进行及时调整。 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 a) 白噪声形态分布误差 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 13 b) 连续单向分布形态误差 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 c) 大峰值误差 图 43 常见误差形态分布 利用参数识别系统对计算参数进行识别、修正 施工中如出现有发散趋势的连续分布误差状态，这类误差的产生大多源于计算参数失真引起的目标真值失真，必须进行参数识别、参数修正或参数拟合，提供合理的目标真值。 对于产生参数失真的原因必须进行认真分析，以便在施工中加以控制。 确定适用的施工误差容许度指标和应力预警机制 要确定误差峰值的大小和确定是否进行误差调整，必须确定一套符合施工实际情况的施工过程中误差容许度指标体系。 过严的误差容许度会为施工带来困难，延误施工进度，过松的误差容许度会为施工留下一定的隐患。 误差容许度的确定还必须满足设计和监理对施工质量的要求。 利用施工控制实时计算调整控制目标值 在进行参数调整拟合后，利用实际的施工时间参数和实际的施工荷载参数进行施工控制实时计算，产生施工控制实际目标真值，用于下一阶段的 参数 的确定和误差分析。 施工控制 计算分析方法 本 桥施工采用 节段拼装 施工，结构的最终形 成经历一个漫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京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 14 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。 为此，现阶段施工控制中桥梁结构的计算方法主要包括： 正装 分析法、倒 拆分析法和无应力状态法。 （ 1） 正装 分析法 这种计算方法的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界条件、荷载形式在不断地改变，已形成梁段其几何位臵也在改变，因此，前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。 正装 分析法能够较好地模拟桥梁结构的实际施工历程。 所以，前进分析法概念清晰，目标明确。 正装 分析计算具有如下特点： 1）桥梁结构在做前进分析计算之前，必须先制定详细的施工方案 ，只有按照施工方案确定施工加载顺序进行结构分析，才能得到结构的各个中间阶段和最终成桥阶段的实际变形和受力状态。 2）在结构分析之初，先要确定结构最初的实际状态，即以符合设计的实际施工结果（如跨径、标高等）倒退到施工的第一阶段作为结构前进分析计算的初始状态。 3）本阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段的结构位移是本阶段确定结构轴线的基础，前一个施工阶段结构受力状态是本阶段结构时差计算的基础。 4）对混凝土徐变、收缩等时间效应在各个施工阶段中逐步计入。 5）本阶段结束时的结构受力状态用本阶段荷 载作用下结构受力与以前各阶段结构受力平衡而求得。 （ 2）倒 拆 分析法 倒 拆 分析法的基本思想是： 0tt 时刻结构内力分布满足前进分析 0t 时刻的结果，轴线满足设计线形要求。 在此初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工节段对剩余结构的影响，在一个阶段内分析得到的结构位移、内力京沪高速铁路跨京开高速公路中承式钢箱拱桥 监控 、监测 方案 15 状态、支座反力便是该阶段结构理想的施工状态。 所谓结构施工理想状态就是在施工各阶段结构应有的位臵和受力状态，每个阶 段的施工理想状态都将监 控着全桥最终形态和受力特性。 （ 3）无应力状态分析法 无应力状态法是以桥梁结构各构件的无应力长度和曲率不变为基础，将桥梁结构的成桥状态和施工各阶段的中间状态联系起来，这种方法对于大跨度斜拉桥和悬索桥的施工控制较为使用。 通过三种 计算 方法 的特点 ， 结合 本 桥设计特点及施工方案。 在 本 桥的施工控制中，由于桥梁结构的体系转换和混凝土的收缩、徐变问题， 本 桥采用正装分析法。 现场实时控制 （ 1）技术体系的建立 在拱肋吊装施工之前，完成监控所需的各种技术文件（包括监控职责大纲、测量细则、。