贵州高速公路集团有限公司
目
1
录
总则.............................................................................................................................4
2术语.............................................................................................................................33
基本规定.......................................................................................................................53.0基本规定..............................................................................................................53.1监控内容..............................................................................................................53.2监控范围..............................................................................................................63.3控制原则..............................................................................................................64
参数选取.......................................................................................................................74.0一般规定..............................................................................................................74.1监控所需参数......................................................................................................74.2监控参数收集方法..............................................................................................85
监控计算.....................................................................................................................105.0监控计算的目的................................................................................................105.1计算要点............................................................................................................105.2计算模型............................................................................................................105.3设计符合性计算................................................................................................115.4施工监控仿真与跟踪计算................................................................................125.5成桥运营状态验算............................................................................................125.6参数敏感性分析................................................................................................135.7几何状态计算....................................................................................................135.8内力状态计算....................................................................................................135.9其他监控计算内容............................................................................................135.10监控计算方法..................................................................................................146
施工监测.....................................................................................................................156.0一般规定............................................................................................................156.1施工监测内容....................................................................................................156.2应力监测............................................................................................................156.3线形监测............................................................................................................17
6.4索力监测............................................................................................................186.5温度监测............................................................................................................186.6连续性观测........................................................................................................196.7风速、风向监测................................................................................................196.8控制允许偏差....................................................................................................207
数据分析与反馈控制.................................................................................................227.0一般规定.............................................................................................................227.1监测数据分析....................................................................................................237.2反馈控制............................................................................................................2489
监控成果及要求.........................................................................................................27监控常用表格.............................................................................................................29附录A施工监测控制断面参考测点.....................................................................30附录B参考仪器设备.............................................................................................35
主编单位:贵州高速公路集团有限公司
中铁大桥科学研究院有限公司
主任委员:吴俊
副主任委员:梅世龙、王天亮
编审委员会委员:杨俊、舒林、朱筱青、彭旭民、郑平伟、黄清
责任编缉:陈珺、曹明明、陶路
编制人员:马强、田盛鼎、余毅、王大庆、代百华、周扬、尹光顺、潘庆、位东升、程灏、袁矫、张坤、马松、张平、孟云、何荷、李宏亮、黄宏辉、李政、赵东升、陈羽、宋仁武、唐颖、邹力、罗少军
1总则1.0.1为规范斜拉桥施工监控工作,完善施工监控程序、内容,使得施工监控工作标准化,具有延续性,提高施工监控水平及工程质量,特制定本技术指南。
【说明】本条为制定本指南的目的。我国的斜拉桥施工监控工作始于20世纪90年代,据不完全统计,已经开展了上千座桥梁的施工监控,由于各单位的工作习惯不同,所采用的监控方法和手段各有不同,至今仍然没有关于这项工作的交通行业技术指南。为此,特制定本技术指南,以更完善我国斜拉桥施工监控工作。
1.0.2本技术指南适用于公路斜拉桥的施工监控。
【说明】本条是本技术指南的适用范围。需要说明的是,施工监控的某些特殊要求可能不被本指南条文包含,宜制定或参照有关专门标准执行。
1.0.3斜拉桥施工监控需根据桥梁结构的特点和施工方法采用可靠的理论和方法进行监控,监测设备需经过检定或校准,监测的人员需有相应资质。
【说明】斜拉桥施工监控中的结构计算、误差分析、反馈控制等工作中,采用的理论和方法需具有可靠性,确保结果的正确性。在进行挠度、应力、温度、索力等参数的监测中,为了确保监测结果的准确性,监测设备需按照有关规定进行检定或校准,监测的人员需有相应资质。
1.0.4斜拉桥施工监控的技术资料需作为桥梁的交工资料,作为斜拉桥“出生”期间的技术资料并归入桥梁的养护技术档案。
【说明】斜拉桥施工监控的技术资料是记录和反映桥梁施工过程的重要资料,从该资料中,可以获取测试截面的永久作用应力、被监控构件的成桥线形、拉索的永久作用索力、索塔的成桥偏位等反映桥梁初始状态的重要信息,作为斜拉桥“出生”是桥梁交工和竣工验收的必要资料。对于桥梁的养护而言,施工监控的技术资料不仅是进行比对的基准资料,也是了解桥梁永久作用状态的历史档案。本条规定的施工监控的技术资料除了文字资料和影像资料外,还包括建立的水准和位移测量系统(基准点、永久观测点等)。
1.0.5斜拉桥桥梁施工监控,除需采用本技术指南作外,尚需符合国家及行业现行有关标准的规定。
【说明】斜拉桥施工监控工作主要包括施工过程仿真计算、参数监测、监测数据分
1析、反馈控制等工作。在采用本技术指南进行监控工作时,还需符合国家及行业现行标准、规范的相关规定,包括:设计规范、施工规范、测试标准、验收标准、行业管理规定等。
22术语2.0.1施工监控Constructionmonitoringandcontrol
为控制桥梁结构施工过程的结构状态,实现成桥结构内力状态与几何状态目标而进行的控制计算、施工监测、数据分析与反馈控制等工作的总称。2.0.2施工监测Constructionmeasurement
在桥梁施工过程中,对结构受力状态、几何状态或环境参数等进行的现场量测。2.0.3设计符合性计算
Checkingcalculationofdesign
在桥梁施工实施前,根据设计文件,对桥梁主体结构施工过程及成桥状态进行强度、刚度和稳定性进行的计算分析,其目的是将计算结果与设计文件进行比较,确认施工控制计算模型及参数的正确性。2.0.4施工过程仿真计算
Constructionprocesssimulation
为获得桥梁施工过程结构内力状态和几何状态,对桥梁结构进行的事前模拟计算和过程仿真跟踪计算。
2.0.5制造线形Manufactureshapeofstructure
构件的制造外形和几何尺寸。2.0.6几何状态Geometrystate
桥梁结构或构件的高程、位置、线形、构形等。2.0.7内力状态Internalforcestate
桥梁结构或构件的应力、索力等的状态。2.0.8成桥状态Accomplishmentstateofbridge
二期恒载施加完成后的桥梁结构内力状态和几何状态。2.0.9线形控制Geometrycontrol
在桥梁施工过程中,通过误差分析、参数及结构状态调整,控制施工中的结构线形的工作总称。
2.0.10内力控制Internalforcecontrol
3在桥梁施工过程中,通过误差分析、参数及结构状态调整,控制施工中的结构受力的工作总称。
2.0.11反馈控制Feedbackcontrol
分析已成结构状态信息,与预控数据进行比较,找出偏差并分析原因,提出后续施工阶段反馈控制参数,使桥梁结构达到预期目标的工作总称。
43基本规定3.0基本规定
3.0.1斜拉桥施工监控需依据现有的国家行业标准、合法有效的设计文件、施工方案进行。
【说明】当现行标准、规范有不一致之处,按照标准和要求高者执行;项目建设期间,如果国家或有关部门颁布了新的技术标准或规范,则由业主决定是否采用新的标准或规范进行与测量及其管理有关的工作。
3.0.2斜拉桥施工监控所采用的资料及数据应真实、可靠。
【说明】斜拉桥施工监控在事前模拟计算时,参数可采用规范规定的及符合设计要求的相关参数进行计算,事中施工过程中计算模拟参数需由实桥现场试验得到的数据,如混凝土和钢结构的强度、弹性模量、预应力损失、斜拉索的力学参数等。
3.0.3斜拉桥施工监控工作需根据桥梁的结构特点和施工方法,针对桥梁构件的内力状态和几何状态进行。
3.0.4斜拉桥施工监控需以施工监控指令文件、技术联系单和施工监控报告的形式实施。
3.0.5由于斜拉桥属于高次超静定结构,原则上所有公路斜拉桥都应该进行施工监控。
【说明】斜拉桥由于结构复杂,且跨径一般都较大,成桥状态与施工过程中的索力大小、主梁线形、外界等因素息息相关,为保证成桥状态满足设计要求,在施工过程中应进行施工监控工作。
3.1监控内容
3.1.1斜拉桥施工监控包括事前施工全过程的仿真控制计算、施工监测、数据分析与反馈控制。
【说明】控制计算包括设计符合性计算、事前模拟计算和施工过程模拟计算,提供控制目标理论值(包括提供主梁无应力制造线形和斜拉索无应力长度、索塔塔柱预拱度、索道孔放样坐标、斜拉索张拉控制力、主梁悬臂拼装坐标等)施工监测包括应力(内力)
5监测、索力监测、线形监测、温度监测和必要的环境影响因素监测;通过施工过程监测数据与理论数据对比分析,利用参数识别系统对计算参数进行识别、修正。确定适用的施工误差容许指标和应力预警机制;
3.2监控范围
3.2.1斜拉桥施工监控的范围包括索塔、主梁、斜拉索及主梁的线形及内力。【说明】索塔为对象的施工监控包括的索塔应力及线形(塔偏)、索塔索导管定位;主梁为对象的施工监控包括主梁的无应力制造线形和节段安装坐标;斜拉索为对象的施工监控包括斜拉索的无应力制造长度以及索力张拉控制力的大小;
3.3控制原则
3.3.1对于钢梁和叠合梁(组合梁)在短悬臂阶段(主梁刚度较大)以索力控制为主,线形控制为辅;在大悬臂阶段(主梁刚度较小)以线形控制为主,索力控制为辅;
3.3.2对于混凝土斜拉桥需以索力控制为主、线形控制为辅。
3.3.3当线形和索力与理论相差较大时,需重新核对结构参数、重新计算。
64参数选取4.0一般规定
4.0.1斜拉桥施工监控所需参数应根据参数对结构计算与监测结果的影响确定。4.0.2施工监控参数收集宜由施工监控单位、施工单位、监理单位、中心实验室等协同完成。
4.1监控所需参数
4.1.1斜拉桥施工监控计算过程中,应对各监控计算参数分别进行分析与验证,以决定对监控参数的采集、分析精细程度及施工控制重点。
4.1.2索塔、主梁和斜拉索的主要设计参数,包括结构的线形与截面特征、预应力信息、容重、弹模、设计荷载等,此类参数表征结构的初始设计状态,用于设计符合性计算。
4.1.3索塔、主梁的施工工艺参数,包括施工方法、节段划分,施工荷载(含临时荷载)、节段施工周期、临时约束等,用于施工跟踪计算。
4.1.4索塔、主梁和斜拉索的施工几何参数,包括结构的施工坐标、构件尺寸等,此类参数表征结构实际几何状态与设计几何状态的偏差,用于施工跟踪计算。
4.1.5结构的实际材料参数等,包括弹模、容重、强度、预应力信息、混凝土龄期、收缩徐变等,此类参数用于施工跟踪计算及监控敏感性分析。
【说明】桥梁结构的容重、弹模、混凝土龄期等变化对结构荷载及刚度有较大影响,须进行针对性参数敏感性分析。
4.1.6桥址与结构相关的环境参数,含风荷载、温度等,此类参数对大跨度桥梁线形影响较大,用于施工跟踪计算及监控敏感性分析。
【说明】桥梁结构的温度场变化复杂,影响因素较多,对桥梁结构的内力和变形有较大的影响,在特大跨径桥梁结构中尤为显著,宜通过定时观测(如每天早晨日出前观测)来尽量减少温度的影响。
4.1.7所需参数总体可归纳为几何参数、材料特性参数、施工工艺参数和环境参数,根据其对监控控制、结构状态的影响,斜拉桥施工监控所需收集参数应包含但不限于下
7表4.1-1所列。
【说明】几何参数是指结构或构件的几何尺寸、空间坐标位置等;材料特性参数主要指与材料力学特性有关的参数,如弹性模量、容重等;环境参数是指与施工过程有关的温度、风荷载;施工工艺参数是指临时荷载、临时支撑与约束等。表4.1-1列出连续梁及刚构桥施工监控需要的参数,根据其对结构状态与控制的影响程度,分为一般、重要和非常重要参数。
表4.1-1斜拉桥施工监控所需参数分类表结构构件基础承台参数名称构造尺寸地质条件构造尺寸施工坐标位移容重弹性模量强度预应力信息线胀系数温度临时荷载临时支撑临时约束收缩、徐变构造尺寸容重弹性模量强度线胀系数温度参数类别几何参数材料参数几何参数几何参数几何参数材料参数材料参数材料参数材料参数材料参数环境参数环境参数环境参数环境参数材料参数几何参数材料参数材料参数材料参数材料参数环境参数结构构件参数名称构造尺寸施工坐标容重弹性模量强度线胀系数预应力信息温度临时荷载临时支撑临时约束收缩、徐变构造尺寸施工坐标容重弹性模量强度线胀系数参数类别几何参数几何参数材料参数材料参数材料参数材料参数材料参数环境参数环境参数环境参数环境参数材料参数几何参数几何参数材料参数材料参数材料参数材料参数主梁索塔桥面附属设施斜拉索4.2监控参数收集方法
4.2.1施工监控参数应以收集的设计文件参数为基准,并考虑施工阶段部分参数可能的偏差影响;施工工艺相关的参数需由施工单位收集,并通过流程提交正式数据,作为控制计算与数据分析的依据。
4.2.2涉及结构实际坐标、几何尺寸、温度等方面的参数,应采用现场实际测量的方法获取。
【说明】对于采用大地测量方式获取的数据,须根据相关测量规范的要求,按工程
8具体情况,设置相应等级的水准控制网,采用相应精度级别的测量仪器。
4.2.3涉及混凝土、钢材料的弹性模量、强度、容重等材料参数,应采用试验室测量的方式获取。
4.2.4现场测量、试验室无法直接获取监控参数,应通过测试、试验和计算分析等手段,通过参数识别的方法进行获取。如结构或构件温度场、实际混凝土收缩徐变系数等。
95监控计算5.0监控计算的目的
5.0.1监控计算的目的是:校核设计参数,提供施工各阶段理想状态线形及内力数据,对比分析施工各阶段的实测值与理论值,对结构参数进行识别与调整,对成桥状态进行预测、反馈,为施工监控提供必要的控制数据。
【说明】斜拉桥各主要构件一旦施工形成,其误差调整的余地就比较小,为了使最终成桥状态与设计目标状态接近,就只能调整后续施工构件的参数。为保证设计的线形和结构内力能够实现,在开展具体监控工作以前,必须以理论参数为基础,依据施工的初步方案,对所监控的结构进行全面的精确的理论计算,以全面确定结构各部分的理论数据,作为后期监控的控制目标。在施工过程中,根据理论资料和收集的已施工构件的施工误差和后续待施工构件的理论参数的基础上进行监控计算是斜拉桥监控最重要的手段。
5.1计算要点
5.1.1控制计算可采用平面模型;对空间效应明显的桥梁,需建立空间模型进行计算。
【说明】对于横向效应较大的宽幅桥梁,采用平面模型不能准确反映结构的变形与受力特性,需建立空间有限元模型。
5.1.2斜拉桥需考虑几何非线性影响;
【说明】无论跨径大小,斜拉索的垂度效应均需加以考虑,一般情况下,当斜拉索水平投影长小于150m时按等效弹性模量公式考虑,否则,需要按弹性悬链线理论等更精确方法考虑。
5.2计算模型
5.2.1控制计算模型需包括节点信息、单元信息、材料信息、截面信息、荷载信息、时间信息、边界条件、施工过程等。
【说明】节点信息包括节点坐标、节点耦合信息。节点耦合信息主要有刚接节点、铰接节点、链杆节点、双连杆连接节点等。单元信息一般包括单元类型、单元截面号、
10单元节点号。材料信息主要有材料弹性模量、重度、混凝土的收缩与徐变参数、钢筋松弛参数等。时间信息有单元存活开始时间和单元存活终止时间、节点耦合成立的开始时间和终止时间(刻)、混凝土终凝时间、计算时间、索单元存活开始时间、斜拉索调索时间等。同一模型中的各种时间均是指距同一时刻的时间长短,通常用天表示。
5.2.2在杆系模型中,宜采用下列单元:1)斜拉索宜采用索单元;
2)桥墩、主梁宜采用梁单元;曲线构件宜用折线代替,每段折线为一个梁单元;变截面构件宜用多段等截面代替,每段为一个梁单元;
3)承台等大体积构件宜采用刚臂单元;
4)基础可采用弹簧单元,其刚度系数可用m法、C法或K法计算得到。对于以砂砾土、块石土、岩石等为地基的基础,基础单元也可直接在地面(局部冲刷线)以下3~5倍桩径处固结。
【说明】刚臂单元一般采用截面刚度足够大(1000倍正常单元的截面刚度)单元表征。已有研究表明,以砂砾土、块石土、岩石等为地基的桩基在横向荷载作用下桩基弯矩第一个零点在地面(局部冲刷线)以下2~3倍桩径内。
5.3设计符合性计算
5.1.1施工控制在实施时的第一步工作是要形成控制的目标,通常是设计的理论成桥状态。监控符合性计算就是按照设计图纸进行施工监控总体计算,并与设计计算主要结果进行相互校核,以确保控制的目标不与设计要求失真。
本阶段计算主要复核以下内容:
1)各构件的理论重量、索塔、主梁、斜拉索、支座等几何特性;2)施工过程、施工步骤,包括混凝土构件龄期、收缩徐变等参数;3)主梁的成桥线形;4)索塔、主梁的成桥内力;5)斜拉索索力;6)成桥运营阶段的计算
11【说明】设计单位的计算着重于桥梁的成桥状态分析,从结构施工到最终的成桥状态的跟踪计算与误差调整主要由监控单位来完成。监控单位在接手设计图纸之后,应该对设计图纸对于桥梁的施工方法、施工步骤进行必要的研读,目的是深入理解设计图纸,领会设计的意图,收集设计参数,同时检验设计的结构能否满足拟定施工方案的要求;在与设计的计算参数一致的情况下进行计算分析,与设计的结果进行比较,看两者是否一致,因为监控的目标是设计的成桥状态,如果监控的目标成桥状态与设计不一致,那么监控是偏离方向的。
5.4施工监控仿真与跟踪计算
5.4.1以复核计算中建立的原始数据为基础,考虑实际确认的施工步骤(过程)、施工周期、临时结构、临时施工荷载,采用尽可能真实的参数用于计算,计算各施工阶段的内力、变形及其它监控目标参数理论值,验算各施工阶段结构安全性和抗风稳定性,提出相应的施工建议,确定明确的安全措施。
【说明】在桥梁的设计计算中通常会采用一些假定的参数用于计算,比如:材料的弹
性模量、重量、施工时间、施工顺序等。本阶段的监控计算就是尽可能的采用贴近实际的参数,做更接近实际的仿真模拟分析。
本阶段仿真分析计算需至少提供以下结果:
1)各施工阶段的索塔、主梁主要构件的控制截面应力、变形;2)各施工阶段斜拉桥结构的稳定性;3)斜拉索无应力制造长度;
4)主梁钢结构制作线形及梁段压缩长度;5)索力的理论张拉值;6)大临设施临时荷载;
5.5成桥运营状态验算
5.5.1根据施工各阶段及成桥状态的实测监控参数结果,利用非线性有限元程序,计算桥梁的成桥状态恒载内力。按照设计规范进行运营状态验算,得出运营阶段荷载组合内力情况。与设计成桥内力和线形比较,做出施工监控评价。
125.6参数敏感性分析
5.6.1参数敏感性分析宜在施工仿真计算的模型上进行,分析参数变化对计算结果的影响程度。
【说明】参数敏感性分析的目的是掌握控制计算模型中计算参数对计算结果的敏感性,明确施工控制关注的重要参数;确定重要参数的最大容许误差,评价其对线形和内力的影响。
5.7几何状态计算
5.7.1斜拉桥几何状态控制计算结果主要包括:1)收缩徐变影响结束时的主梁线形、塔顶变位;2)成桥时主梁线形、塔顶变位;3)主梁施工过程各阶段线形、塔顶变位;
4)预制主梁节段和预制桥塔节段的制造构形、斜拉索无应力长度。
5.8内力状态计算
5.8.1斜拉桥内力状态的控制计算结果主要包括:
1)收缩徐变影响结束时,主梁、索塔控制截面应力与斜拉索索力;2)成桥时主梁、索塔控制截面应力与斜拉索索力;3)各施工阶段主梁、索塔控制截面应力与斜拉索索力;4)各施工阶段的支座反力。
5.9其他监控计算内容
5.9.1悬臂拼装(浇筑)的方法是大跨度斜拉桥常用的施工方法,监控计算除了前述对主桥结构部分的内力和变形计算以外,通常还需要针对桥面吊机(汽车吊、挂篮)进行相关计算,一般至少包括如下内容:
1)索力的计算;
2)桥面吊机(汽车吊、挂篮)前后支点力的计算;
133)前后支点对桥面局部承压计算;
4)桥面吊机(汽车吊、挂篮)抗倾覆稳定性计算。
5.9.2对于施工场地情况较好的地区,支架现浇或者拼装主梁也是一种常用的施工方法。监控计算除了前述对主桥结构的内力和变形计算以外,通常还需要针对支架的强度、刚度、稳定性及温度影响进行相关计算。
5.9.3当桥下不允许设置过多临时支架,如跨越道路、铁路,可以考虑采用顶推法。在斜拉桥顶推法施工监控过程中,监控计算除了前述对主桥结构的内力和变形计算以外,通常还需要针对顶推过程进行相关计算,一般至少包括如下内容:
1)临时墩布置形式及受力计算;2)单点或多点最大顶推力计算;3)导梁受力计算;4)顶推过程主梁受力计算;
5)临时预应力束张拉顺序及张拉控制力计算;
5.9.4当斜拉桥跨越既有铁路线桥梁施工时,为了尽可能降低桥梁施工对既有铁路正常运营的干扰,可采用转体施工。在斜拉桥转体法施工监控过程中,监控计算除了前述对主桥结构的内力和变形计算以外,通常还需要针对转体过程进行相关计算,一般至少包括如下内容:
1)不平衡配重的计算及位置;2)转体施工摩擦力计算;3)转体施工拽拉力计算;
5.10监控计算方法
5.10.1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、倒装分析法和无应力状态分析法。施工监控模拟计算需根据斜拉桥的结构特点,采取合理的、能反映结构实际受力状态的计算分析方法。
5.10.2施工监控计算的分析软件,需根据施工监控需要合理的选取尽可能反映结构实际受力状态计算分析软件进行分析计算。
146施工监测6.0一般规定
6.0.1施工监测目的:通过前期试验、施工过程中收集或者现场跟踪测试斜拉桥施工监控所需参数,以对理论计算的结果进行检验,为修正计算模型提供依据。
6.1施工监测内容
6.1.1斜拉桥施工监测内容应包括应力监测、线形监测、索力监测、温度监测及风速、风向监测。
6.1.2斜拉桥应力监测内容应包括主梁及索塔的监测控制断面布置、监测测点布置、监测工况与频率、监测设备选型与分辨率。
6.1.3斜拉桥线形监测内容应包括主梁、索塔、承台的监测控制断面布置、监测测点布置、监测工况与频率、监测设备选型与分辨率。
6.1.4斜拉桥索力监测内容应包括斜拉索索力监测、温度索监测控制断面布置、监测测点布置、监测工况与频率、监测设备选型与分辨率。
6.1.6斜拉桥温度监测内容应包括主梁、索塔、承台、斜拉索的监测控制断面布置、监测测点布置、监测工况与频率、监测设备选型与分辨率。
6.1.7斜拉桥的风速、风向监测内容应包括监测设备选型与分辨率、监测工况与频率。
6.2应力监测
6.2.1应力监测元件分辨率应不低于1,其耐久性应满足整个桥梁监控监测期的要求,用于运营期监测的元件耐久性应满足桥梁运营2年内仍可有效工作的需求,且宜选用集温度、应力测试一体的应力传感器。
【说明】应力监测可采用振弦式传感器、光纤式传感器、电阻应变式传感器,其分辨率应不低于1。应力测试传感器根据预置方式可分为表贴式和埋入式。表贴式通过基座附着在结构物表面,混凝土结构应尽量避免使用。埋入式又分为混凝土计和钢筋计,混凝土计直接埋入混凝土内部,钢筋计需要焊接在结构物内部钢筋上。
6.2.2斜拉桥的应力监测断面与测点布置应考虑结构最不利受力断面与结构典型断
15面,监测断面与测点布置应满足但不限于以下要求:
1)主墩应力监测断面与测点布置
(1)索塔应力监测截面应包含下塔柱墩身底部附近的应力控制截面和中塔柱(桥面附近的中塔柱);
(2)根据计算结果,其他应力较大的截面。
(3)监测点布置于沿着塔柱轴线方向,每个截面的测点不应少于4个。2)主梁应力监测断面与测点布置
(1)主梁应力监测截面应包含主梁的塔区横梁两侧、L/4、L/2的附近应力控制断面;对于受力复杂的斜拉桥应力监测控制断面宜在L/8或3L/8处进行加密布置;
(2)应用于运营期应力监测断面全桥至少包括主梁的塔区横梁两侧和1个跨中应力监测断面;
(3)监测点布置于控制截面上、下缘附近,断面的测点不应少于4个。(4)对于钢混组合梁,监测断面测点钢结构不少于4个,混凝土不少于3个。6.2.3应力监测工况与频率应不低于下列要求:1)索塔应力监测工况与频率
(1)在索塔每完成3个施工节段测试1次,测试范围为索塔全部测试断面;(2)主梁施工完成1/4、1/2、3/4完成后应各进行1次测试,测试范围为索塔全部测试断面;
(3)主梁合龙前、后及桥面铺装应各进行1次测试,测试范围为索塔全部测试断面;
(4)主动横撑的顶推力前后、中塔柱合龙后、上塔柱封顶后的应力测试截面的应力;
(5)其他异常或者重要工况。2)主梁应力监测工况与频率
(1)主梁施工完成1/4、1/2、3/4完成后应各进行1次测试,测试范围为主梁全部
16测试断面;
(2)主梁每次合龙前、后各进行1次测试,测试范围为全桥主梁测试断面;(3)桥面铺装完成后测试1次,测试范围为全桥主梁测试断面。(4)其他异常或者重要工况。
6.3线形监测
6.3.1线形监测设备应符合下列要求:
1)主梁轴线、索塔偏位、承台沉降等宜采用全站仪进行测试,其测距分辨率宜不低于1mm,测角分辨率宜不低于2″,且能满足施工监测需要。
2)主梁高程等宜采用水准仪进行测试,其精度等级宜不低于DS2,且能满足施工监测需要。
6.3.2线形监测断面与测点布置应符合下列要求:
1)承台线形监测断面宜布置于承台顶面,不少于4个监测点。
2)索塔偏位监测截面应设置在索塔顶面,一个塔柱测点数不宜少于1个。3)节段施工的主梁线形监测,每个节段梁应设置1个高程监测断面,每个断面不少于2个监测点;
6.3.3线形监测工况与频率应符合下列要求:1)承台沉降宜每月相对固定时间监测1次;
2)索塔偏位在索塔封顶、合龙前、桥面铺装完成后及主梁施工完成1/4、1/2、3/4应各监测1次;
3)主梁轴线监测在主梁节段施工完成后监测1次;合龙前、后进行1次测试,测试区域为全桥主梁测试断面;
4)主梁线形监测点高程在主梁每节段施工过程监测不低于2次,分别在第一次张拉斜拉索、第二次张拉斜拉索后进行,测试区域为当前梁段及相邻至少2个梁段;合龙前、后进行1次测试,测试区域为全桥主梁测试断面;
5)主梁成桥高程应在桥面铺装完成后测试1次,测试区域为全桥主梁测试断面。
176.3.4线形基准点复核与联测应符合下列要求:
1)上部主梁结构开始施工前,应对线形基准点进行联合测量;2)主梁节段施工完成1/4、1/2、3/4时,应对基准点进行复核测量;
3)合龙前2~3个梁段,应对基准点及主梁悬臂梁段前端高程进行联合测量。【说明】主梁合龙前对合龙两侧的主梁悬臂梁段前端标高进行联合测量,分析两悬臂前端实测相对高程与理论值间的偏差,分节段逐步将此偏差消除,以保证合龙梁段附近线形的平顺性及合龙底板预应力张拉的安全性。
6.4索力监测
6.4.1索力监测宜采用动测法、压力传感器法、磁通量法等。6.4.2索力监测工况与频率应符合下列要求:
1)悬臂拼装或(浇筑)的施工过程中,每节段施工完成后,均需对最前端的2对斜拉索力进行复测。
2)成桥调索阶段,需对调整斜拉索的前后两根斜拉索索力进行复测。3)有重要工序调整或者异常情况出现时,需监测所有已施工的斜拉索。
6.5温度监测
6.5.1温度监测元件分辨率应不小于0.1℃,承台等大体积温度监测宜采用自动化采集设备测试。
6.5.2温度监测断面与测点布置应符合下列要求:
1)主梁温度场监测断面宜选择在主梁的塔区横梁两侧断面,竖向不少于5个测点;2)主梁其它温度监测断面与测点宜同于应力监测等,宜选用集温度、应力测试一体的应力传感器。
3)温度索的选取一般在最大、最小索股数和标准索股数(索股占比较多)的型号中选取。测试断面不宜少于1个,每个断面测点不宜少于5个。
【说明】温度监测的目的在于监测桥梁结构的内外温差、日照温差及季节性温差,以便分析主体结构线形及应力受温度的影响,温度监测断面宜与应力监测断面重合。
186.5.3温度监测工况与频率应符合下列要求:1)主梁和温度索的温度场
(1)每季度宜进行1次12小时全断面温度场测试,测试结果可反映不同季节、日照下主梁截面的温度场;
(2)合龙前进行1次24小时全断面温度场测试。(3)主梁其它温度监测断面测试宜与应力监测同步进行。
6.6连续性观测
1)主梁完成1/2阶段施工时,选择温差较大的1天,对悬臂梁段高程、温度、控制断面应力进行1次12小时连续观测,观测时间间隔2~3小时,分析温度对结构线形与应力的影响程度。
2)主梁合龙施工前,需选择温差较大的1天,对合龙口相对高差、温度、控制断面应力进行24小时连续观测,观测时间间隔一般2~3小时,确定适宜的合龙时机。
3)成桥后,需选择温差较大的1天,对主梁控制断面的应力、线形、温度进行24小时连续观测,观测时间间隔一般2~3小时,测试结果须纳入到施工监控总结报告中,作为桥梁交工资料。
【说明】成桥后进行24小时连续性观测,是为便于掌握温度对结构的影响,更好地评估成桥的结构安全,并为桥梁的运营管养提供参考。由于24小时连续过程中测试量较大,应力宜选择应用于运营期及温度监测的断面、线形宜选择L/2、L/4、支点处监测断面等进行观测。
6.7风速、风向监测
1)风速、风向监测设备应满足施工监控监测所需要求;
2)风速、风向监测设备宜布置在主墩墩顶,全桥布置1个风速、风向仪。3)风速、风向监测频率宜在施工监控期间保持全天候工作,与线形测量同步采集。【说明】贵州地处山区,山区风参数对桥梁施工安全与精度的影响尤为明显。收集相关风环境参数,计算分析风环境下结构受力与稳定性,可为一些重要施工工况的进行提供预警。
196.8控制允许偏差
大跨度斜拉桥施工过程中,结构受力状态和几何状态的施工监测值与施工过程模拟计算值之间的误差不宜超过下列限值:
6.8.1应力控制允许偏差/限值
表6.8-1钢弦式传感器应力控制允许偏差/限值应力混凝土结构应力钢结构应力允许偏差/限值±2.0MPa±20%,且不超过±4.0MPa;±10.0MPa±10%,且不超过±15.0MPa备注计算值不大于10MPa时计算值大于10MPa时计算值不大于100MPa时计算值大于100MPa时6.8.2索力控制允许偏差/限值
表6.8-2斜拉索索力控制允许偏差/限值索力平行钢丝或钢绞线斜拉索允许偏差/限值±5%符合监控及设计要求备注成桥状态施工过程中6.8.3几何状态许偏差/限值
表6.8-3混凝土索塔几何状态控制允许偏差/限值项目塔座底轴线偏位倾斜度塔顶高程塔柱断面尺寸锚点高程横梁高程索导管孔道位置允许偏差/限值mm10塔高1/3000,且不大于30或满足设计要求1020±10±1010备注包括理论锚点和出塔点两端同向表6.8-4钢索塔几何状态控制允许偏差/限值项目顶面高程总体垂直度对接口板错边量塔柱中心距(接头部位)节段轴线相对塔柱轴线偏差两塔柱横梁中心线处相对高差锚点高程允许偏差/限值mm±2×n,且≤20H/4000H/4000≤2±42h/1000410备注桥轴向垂直于桥轴向桥轴向垂直于桥轴向包括理论锚点和出塔点注:n-节段总数;H-索塔总高度;h-节段高度;20表6.8-5混凝土梁悬臂浇筑几何状态控制允许偏差/限值项目轴线偏位梁端锚固点高程允许偏差/限值mm10L/10000,且≤30±20±L/5000备注L≤100mL>100mL≤100mL>100m表6.8-6混凝土梁悬臂拼装几何状态控制允许偏差/限值项目轴线偏位梁端锚固点高程锚具轴线与孔道轴线偏位允许偏差/限值mm10L/10000,且≤30±20±L/50005备注L≤100mL>100mL≤100mL>100m表6.8-7钢梁几何状态控制允许偏差/限值检查项目轴线偏位线形标高桥面四角水平高差梁段上3点相对里程梁段顶面上下游高差索力差允许偏差/限值mm0号梁2±36±32±2.5%±2.5%悬臂拼装梁10+20,-106合拢段10±106表6.8-8钢混凝土组合梁几何状态控制允许偏差/限值项目轴线偏位梁锚固点顶面高程允许偏差/限值mm10L/20000,且≤2020L/10000备注L≤200mL>200mL≤200mL>200m6.8.4以上所列参数误差控制值是根据已有桥梁施工监控参数误差取值情况、桥梁结构特点并结合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)提出。桥梁建成后的误差控制则以控制目标为基准,可按照《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)等现行规范相关规定执行。
【说明】当上述控制允许偏差/限值与设计要求存在差异时,以按照高标准执行。
2177.0一般规定
数据分析与反馈控制7.0.1数据分析和反馈控制需包括以下工作:1)识别当前桥梁结构受力状态、几何状态;2)判别桥梁施工状态是否处于预控状态;
3)当桥梁施工状态偏离预控状态时,预测桥梁施工误差对后续施工过程结构受力状态与几何状态的影响;
4)确定是否发出安全预警;
5)决定是否对施工过程预控数据或施工工艺实施调整或变更。
【说明】桥梁施工受力状态、几何状态等识别的主要目的是,判断当前工况下,状态结构实际状态(如标高、线形、内力等)是否与模拟计算预测的理论状态相符、或结构实际状态与理论状态间存在的误差。
桥梁施工是否处于预控状态(误差限值范围)的判断主要通过将现场监测数据与依据施工过程模拟计算事先制定的预控目标状态数据的比较分析得出。
当桥梁施工过程偏离预控目标状态时,需要对其误差的影响程度进行分析,重点是对下一阶段施工目标状态的影响预测及桥梁施工监控最终目标的影响分析,从而为是否对桥梁施工过程预控数据或施工工艺进行调控提供决策依据。
对施工过程预控数据或施工方案是否实施调整或变更须根据桥梁施工误差影响预测分析结果进行判断。对于施工工艺关系不大的误差影响,可以通过调整施工过程预控数据实现调控;对关系到施工工艺甚至施工方案的误差,则需要变更既有施工工艺或方案。
7.0.2数据分析与反馈控制需具备下列监测数据:1)材料密度、弹性模量,混凝土收缩徐变参数;2)结构上的临时荷载及其位置;3)施工过程已完成结构的应力、内力;
224)结构标高、位移、变形;5)温度、湿度、风等环境参数;
6)其他对施工过程结构状态有影响的参数。
7.1监测数据分析
7.1.1监测数据在用于数据分析前需考虑下列因素的影响:1)荷载监测数据需考虑的因素:
(1)机具、材料等临时荷载;(2)结构尺寸变化;
2)混凝土结构应力监测数据需考虑的因素:(1)混凝土水化热;(2)混凝土弹性模量变化;
(3)结构体系温差与构件截面温度梯度;(4)混凝土收缩与徐变。
3)钢结构应力监测数据需考虑的因素:(1)结构体系温差与构件截面温度梯度;(2)结构不同部件之间的温差。4)索力监测数据需考虑的因素:(1)截面抗弯刚度;(2)斜拉索约束条件;(3)计算张力时斜拉索长度(4)结构体系温差。
5)结构标高、位移监测数据需考虑的因素:(1)结构体系温度;
(2)桥塔结构弹性压缩变形;
23(3)塔顶偏位。
7.1.2监测数据的真实性可考虑第7.1.1条中所列因素,通过桥梁施工过程模拟计算分析、现场试验等方式进行分析与识别。
【说明】桥梁施工过程的实测参数准确性受测试环境、测试精度等多种因素的影响,其真实性需要结合模拟计算与现场实际情况进行分析、修正与识别,以便为桥梁状态识别与反馈控制提供准确、可靠的实测数据。例如,在某一大气温度下测得的相关数据需要将其换算到标准温度下的数据等。
结构体系温差与构件截面温度梯度一方面难以避免,另一方面,对斜拉桥几何状态、受力影响很大。对于一天来讲,可以通过限制监测时间(如晚上10点至次日凌晨日出前温度稳定时段进行标高、位移(变形)测量)规避温度变化的影响,但对于一年来讲,难以做到在相同温度下进行测量,所以,需要将在非设计温度(控制基准温度)下实测到的数据换算到设计温度时的数据,为反馈控制使用。
对于结构不同部件间温差的影响,主要体现在桥梁主体结构与附属结构之间存在温度差。
桥梁施工过程模拟计算是监测数据真实性识别的基础,所以,要求计算模型必须符合桥梁施工过程实际,能够反映结构的真实受力状态与几何状态,分析采用的基准参数(如温度)必须正确、统一。
对于难以采用理论手段分析的影响因素,如混凝土水化热对应变(应力)测试的不利影响,可通过现场试验进行分析与识别。
7.2反馈控制
7.2.1现场监控小组需定期向参建各方书面通报桥梁施工监控相关信息。7.2.2桥梁施工监控需以施工监控指令形式实施,并需符合下列要求:
1)施工监控指令需包含桥梁施工过程信息、已完成结构状态调整要求、下阶段施工的调控参数、施工状态调整改进办法、补救措施、施工工艺或方案变更要求、预警信息、暂停施工指令,施工整改要求;
2)桥梁的受力状态误差或几何状态误差超出本指南限值,但已完成结构还处于可立即调整状态时,施工监控指令需提出已完成结构状态调整要求和下阶段施工的调控参
24数;
3)桥梁的受力状态误差或几何状态误差超出本指南限值,且已完成结构处于不可立即调整状态时,施工监控指令需提出施工状态调整改进办法、补救措施及下阶段施工的调控参数;
4)桥梁的受力状态误差或几何状态误差对施工监控目标的实现造成过大影响,需要变更施工工艺或方案时,施工监控指令需及时发出变更指令;
5)当结构状态出现异常,并危及结构安全时,需及时预警,立即发出暂停施工指令,责令整改。
【说明】结构状态出现异常并危及结构安全时,预警是施工监控中安全控制的基本要求,监控方需要准确把握,及时发出针对所有参建单位的暂停施工及采取安全保障措施的指令。
结构状态出现异常主要包括结构应力(索力)超限、结构变形超限等。结构应力(索力)、变形安全控制值是根据桥梁的结构形式和材料参数,进行模拟计算,依据相关规范和标准,在考虑相需安全系数后确定。
7.2.3根据告警事件的严重程度,分成提示、警告、报警的三级区别对待:1)提示为结构实测参数超过“绿色区”的阀值,这时应该提醒监测人员引起重视,加强对结构的观测;
2)警告为结构实测参数超过“橙色区”的阀值,但不一定会危及结构安全,这时需提醒监控及相关人员采取措施对结构进行调整,施工继续进行;
3)报警为结构实测关键参数已超过“红色区”阀值,结构存在安全问题,这时需立即停止施工,采取应急处理措施防止事故的发生,并随即请相关人员分析原因,对结构进行进一步处理后方可进行下一步施工。
图7.2.1结构预警系统图257.2.4桥梁施工过程的几何状态误差超过本指南6.8节的限值时,可采取下列调控措施:
1)对于几何状态可调整的,如主梁悬臂安装标高,需在当前施工状态结合索力情况直接调整,也可以采取渐进调整的方式。
2)对于几何状态不可调整的,如混凝土索塔已施工好的节段,需以当前施工状态为基础对后续施工状态数据进行反馈控制。
7.2.5桥梁施工过程的受力状态监测值与计算值之间的误差超过本指南6.8节限制值时,在保证斜拉桥结构安全的前提下,可采取下列调控措施:
1)通过减少临时荷载或调整临时荷载位置改善受力。2)采用临时配重,调整临时配重位置、大小改善受力。3)通过调整施工工序、工艺,调整结构受力状态;
4)采取局部加固或增设临时辅助设施等措施改善后续施工中结构受力状态。【说明】桥梁施工过程结构受力超过限值原因很多,例如:1)量测失真;2)临时荷载超限或位置不正确;3)桥梁结构施工过程分析不全面深入,导致局部高应力未纳入控制,施工工序(工艺)不合理;4)桥梁结构设计本身与所采取的施工方法不完全匹配,由缺少相应的辅助措施;5)施工监控技术与施工管理差,导致结构控制性受力部位失控,或未及时监测到结构受力,或监测到结构不利受力状态但未得到及时处置等。
7.2.6当预测到的气温、雪载、风载等超过设计和规范限值时,需及时发布暂停施工或其他应对措施指令。
【说明】气温(高温、低温)、雪载、风载等超过施工监控限值是为了确保桥梁施工过程结构安全,根据桥梁所处环境条件和施工过程模拟计算,事先确定的桥梁正常施工环境条件。
268监控成果及要求8.0.1斜拉桥施工监控成果需包括施工监控方案、设计符合性计算报告、施工监控指令或联系单、周报与月报、施工监控阶段报告和施工监控总报告。
8.0.2施工监控方案需包含项目概况、监控依据与标准、工作内容、施工监测、人员及设备安排等内容。
【说明】施工监控方案(或大纲)主要是指在施工过程中对桥梁施工监控的工作思路和监控方法进行的总体陈述。
8.0.3设计符合性计算报告需包括计算技术标准、计算依据、计算模型、主要参数取值、施工阶段及运营阶段计算结果等内容。
【说明】设计符合性计算报告主要是为了实现设计意图而必须进行的一个计算过程,并采取与设计单位相同的计算参数和设计图纸进行总体复核性计算。
8.0.4施工监控指令或联系单是监控单位对桥梁结构施工过程实施控制的直接体现。具体内容与要求见第7.2.2条。
8.0.5斜拉桥施工监控指令主要包括:1)关于收集主桥恒载实际恒载参数的指令;2)关于索导管预抬高安装位置的指令;3)关于下横梁预应力分批张拉的指令;
4)关于塔柱主动横撑顶推力(张拉力)的指令;5)关于主梁预拼线形或者安装(浇筑)高程的指令;6)关于支架段主梁安装线形的指令;7)关于主梁吊装拼接线形的指令;
8)关于斜拉索张拉索力及悬拼端高程的指令;9)关于辅助墩压重的指令;10)关于中跨合龙段的指令;
11)关于成桥调索张拉控制力的指令。
278.0.6周报、月报主要是监控单位将每周或每月的施工监控情况进行汇总,向桥梁建设单位和其他参建方进行通报。
【说明】周报、月报需包括本时间段内的施工进展情况,监控量测情况,当前结构的线形和受力状态评价,目前施工存在的问题,对后续施工提出建议及解决办法等。
8.0.7施工监控阶段报告是对特定施工阶段或者工况的监控情况总结,如索塔施工完成后、塔区支架施工完成后、辅助墩合龙施工完成后及中跨合龙段施工完成后等。
【说明】施工监控阶段报告需包含特定施工工况相关的监测数据,对监测数据与监控计算进行对比和分析,对特定结构的线形和受力状态进行阶段评价,为后续施工提出建议及解决办法等。
8.0.8监控总报告是在成桥后对桥梁在整个施工过程中的线形、稳定性、索力(包括索力计算参数,如频谱法测量修正系数K、单位长度质量、计算长度等)和结构应力(应变)进行分析和总结,是对整个施工过程中监测数据和计算分析的总体评价。
【说明】施工监控总报告需包含项目概况、监控依据及标准、结构计算、施工阶段监测数据分析、监控成果、成桥运营阶段计算分析、结论及建议等内容。
另外,施工监控总报告中应包括主要结构的计算参数,以及永久测点的坐标等,以后期的管养维护提供基础数据。
8.0.9施工监控成果编写格式需符合《公路桥梁施工监控管理指南》中的相关条文规定,并按《公路桥梁施工监控管理指南》要求移交相关监测成果(包括索力计算参数,如频谱法测量修正系数K、单位长度质量、计算长度等)。
【说明】在成桥后,将实测成桥状态的线形、应力、索力与相应温度下的理论成桥监控目标线形、应力、索力对比,差值应符合设计和《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)等规范的规定。
289监控常用表格施工监测常用记录表格与监控文件常用表格格式可按照《公路桥梁施工监控管理指南》第5.1与5.2条编制。
29附录A施工监测控制断面参考测点
1.1应力测点布置
(1)塔柱
大跨度斜拉桥塔柱多为矩形截面,应力测点一般布置在矩形的四个角区,布置如图1.1-1所示。
(a)斜塔柱截面应力布置示意图(b)H型塔柱截面应力布置示意图图1.1-1混凝土矩形截面应力布置示意图(2)主梁
大跨度斜拉桥大多采用箱梁的形式,应力测点一般布置在腹板的上、下缘及中室顶、
30底板,布置如图1.1-2所示。
(a)叠合梁应力测点布置示意图(b)钢梁应力测点布置示意图图1.1-2主梁应力测点布置示意图1.2温度测点布置
(1)塔柱
大跨度斜拉桥塔柱多为矩形截面,温度测点一般布置在矩形的四个角区,布置如图1.2-1所示。
图1.2-1混凝土矩形截面温度布置示意图(2)主梁
大跨度斜拉桥主梁多为箱形截面,温度测点一般沿着腹板布置如图1.2-2所示。
31(a)叠合梁温度测点布置示意图(b)钢梁温度测点布置示意图图1.2-2主梁温度测点布置示意图(3)斜拉索
温度试验索选取长度为150~200cm,温度测试截面选取测试索中点的位置,温度传感器采用热敏电阻传感器,测点布置如图1.2-3。
32PESM7-151测点布置PESM7-313测点布置图1.2-3斜拉索温度测点布置示意图1.3线形测点布置
1)塔柱
墩柱线形测点一般在节段顶端,塔柱偏位线形测点在塔柱顶面,一般截面测点布置如图1.3-1所示。
(a)斜塔柱截面线形布置示意图33(b)H型塔柱截面线形布置示意图图1.3-1塔柱截面线形测点布置示意图2)主梁线形测点一般布置形式
斜拉桥主梁形式截面均较宽,线形测点的布置需能反应轴线和扭转效应的情况。一般截面测点布置如图1.3-2所示。
(a)叠合梁线形测点布置示意图(b)钢梁线形测点布置示意图图1.3-2主梁线形测点布置示意图34附录B参考仪器设备
根据斜拉桥结构形式以及索采用形式的不同,斜拉桥施工监控索采用的仪器设备也不尽相同,表2-1给出了斜拉桥施工监控常见的仪器设备。
表2-1斜拉桥施工监控常见仪器设备序号1234567891011
设备名称索力测试仪智能型全站仪水准仪360棱镜多功能振弦频率仪振弦应变计智能温度传感器磁通量传感器混凝土弹模测定仪
磁弹仪压力环
用途、功能规格索力测试线形测试线形测试测量应变、温度测试应变测试温度测试索力测试弹模磁通量采集压力测试
≤0.1%F.S
/精度/分辨率0.1HZ1’0.1mm/
±0.1Hz、±0.1℃
±0.1Hz±0.1℃
必要性必备必备必备必备必备必备必备//
35
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