斜拉索桥施工监控方法与流程

1.本发明涉及斜拉索桥施工技术领域，特别是涉及一种斜拉索桥施工监控方法。


背景技术：

2.斜拉索桥施工要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的不安全。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种斜拉索桥施工监控方法，根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高，可以避免各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值，提高了施工过程中结构的安全性。
4.根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法，包括：
5.按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效；
6.将前一施工阶段计算出的所述结构位移和所述受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的所述时差实效作为本施工阶段的时差实效的基础；
7.根据计算出的各施工阶段的所述结构位移和所述受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。
8.根据本发明的一个实施例，所述按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效的步骤，之前还包括：
9.在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤，所述施工步骤至少包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间以及混凝土的加载龄期；
10.根据所述实际施工步骤计算分析所述结构位移和所述受力状态。
11.根据本发明的一个实施例，所述在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤的步骤，之前还包括：
12.获取施工图纸的设计施工步骤；
13.根据所述设计施工步骤对所述各梁段进行初步计算，得到设计阶段的所述结构位移和所述受力状态；
14.根据设计阶段的所述结构位移和所述受力状态和实际施工阶段的所述结构位移和所述受力状态确定安全预警状态。
15.根据本发明的一个实施例，所述根据所述设计施工步骤对所述各梁段进行初步计算，得到设计阶段的所述结构位移和所述受力状态的步骤，之后还包括：
16.计算按照实际施工步骤成桥运行预设时长后的实际累计位移以及按照设计施工步骤成桥运行预设时长后的设计累计位移；
17.根据所述实际累计位移和所述设计累计位移修正计算分析模型；
18.根据修正后的所述计算分析模型确定各施工阶段的桥梁结构的所述立模标高。
19.根据本发明的一个实施例，所述通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之前还包括：
20.根据挂篮加载试验确定挂篮变形值；
21.根据所述挂篮变形值以及倒退分析计算确定桥梁结构的预拱度。
22.根据本发明的一个实施例，所述根据计算出的各施工阶段的所述结构位移和所述受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：
23.在桥梁的多个控制断面布置应力测点，在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布；
24.根据多个所述控制断面处的应力变化和应力分布以及理论计算值确定已安装构件或者即将安装的构件的安全状态。
25.根据本发明的一个实施例，所述在桥梁的多个控制断面布置应力测点的步骤，之前还包括：
26.获取桥梁的受力分析图；
27.根据所述受力分析图在桥梁上设置多个所述控制断面，所述控制断面至少包括两边跨0号块支点处、中跨主梁合拢段处、l/4处、l/2处、3l/4处以及支点处。
28.根据本发明的一个实施例，所述在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，具体包括：
29.将钢筋应力计按照预定的测试方向焊接在主筋上，焊接位置位于普通钢筋上且避开钢筋的扩大断面位置，同时在桥梁的顶板或者底板上布置应力计；在焊接过程中，通过纱布包裹传感器的中间元件，并用冷水给所述中间元件降温。
30.根据本发明的一个实施例，所述在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，还包括：
31.将钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻，测量时间选择在早晨太阳升起之前。
32.根据本发明的一个实施例，所述通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：
33.根据所述立模标高确定挂篮标高，并根据所述挂篮标高确定底模前端标高以及顶板标高。
34.本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
35.根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法，包括：按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效；将前一施工阶段计算出的结构位移和受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的时差实效作为本
施工阶段的时差实效的基础；根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法可以避免各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，提高了施工过程中结构的安全性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的流程图之一；
38.图2为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的流程图之二；
39.图3为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的控制断面的布置图；
40.图4为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的支点断面处的钢筋应力计的布置图；
41.图5为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的跨中断面处的钢筋应力计的布置图；
42.图6为本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法的每阶段的测点布置侧立面图。
43.附图标记：
44.100、梁体；201、应力测点；401、顶板钢筋头测点；402、挂篮底模钢筋头测点；403、挂篮底模梁块前端测点；404、挂篮底模。
具体实施方式
45.为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
46.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
48.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
49.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
50.根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法，请参阅图1至图6，包括：
51.s100、按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效。
52.s200、将前一施工阶段计算出的结构位移和受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的时差实效作为本施工阶段的时差实效的基础。
53.s300、根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。
54.本发明实施例提供的监控方法用于斜拉索桥施工，斜拉索桥的梁部采用悬臂施工，该类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，这就造成各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的内力和位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的不安全。
55.在施工过程中，为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好、保证在施工中主梁断面不出现过大的应力，必须对该桥主梁及拱肋的挠度、应力等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保该桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁线形符合设计要求。
56.对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土梁部结构来说，施工控制就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，确定出每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂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。对该桥进行施工监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求。
57.本发明实施例中施工监控包括两个方面的内容：变形控制和内力控制，变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠度，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一阶段更为精确的施工做好准备工作；内力控制则是控制主梁在
施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，使其不致过大而偏于不安全或在施工过程中造成主梁的破坏。
58.梁部结构采用悬臂施工方法，由于在施工过程中的已成结构(悬臂阶段)状态是无法事后调整的或可调整的余地很小，所以，针对主梁的结构和施工特点，梁部的施工监控主要采用预测控制法。
59.预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。
60.本发明实施例中梁部在悬臂施工阶段为静定结构，合拢过程中如不施加额外的压重，成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多，因此梁部结构施工控制的主要目标是控制主梁的线型。对于预应力混凝土连续梁部结构，若已施工梁段上出现误差，除张拉预备预应力束外，基本没有调整的余地，且这一调整量也是非常有限的，而且对梁体受力不利。因此，一旦出现线型误差，误差将永远存在，对未施工梁段可以通过立模标高调整已施工梁段的残余误差，如果残余误差较大，则调整需经过几个梁段才能完成。
61.根据上述分析，悬臂浇筑梁部结构施工中标高控制的特点是，已完成梁段的误差无法调整，而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关，与已完成梁段的误差基本无关。因此参数估计及对计算模型的修正就显得尤为重要，只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的。
62.对于预应力混凝土梁部结构，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。
63.当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按照上述反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
64.对于采用悬臂拼装或悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶附近的相对线刚度较大，变形较小，因此，在控制初期，参数不准确带来的误差对全桥线型的影响较小，这对于上述自适应控制思路的应用是非常有利的。经过几个节段的施工后，计算参数已得到修正，为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好的条件。
65.在本发明实施例的施工控制中按照自适应控制思路，采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析，其基本方法是：
66.当预应力混凝土梁悬臂施工到某一阶段时，测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠度为：
67.s＝[s(1),s(2),
…
,s(m)]
t
[0068]
设原定理想状态的梁体理论计算挠度为：
[0069]
μ＝[μ(1),μ(2),
…
,μ(m)]
t
[0070]
上述两者有误差量：
[0071]
y＝[y(1),y(2),
…
,y(m)]
t
[0072]
若记待识别的参数误差为：
[0073]
θ＝[θ(1),θ(2),
…
,θ(m)]
t
[0074]
由θ引起的各阶段挠度误差为：
[0075]
γ＝[γ(1),γ(2),
…
,γ(m)]
t
[0076]
γ＝φθ
[0077]
式中：φ-参数误差θ到γ的线性变换矩阵。
[0078]
残差：
[0079]
ε＝y-γ＝y-φθ
[0080]
y＝φθ+ε
[0081]
方差：
[0082]
v＝ε
t
ε＝(y-γ)
t
(y-γ)＝(y-φθ)
t
(y-φθ)
[0083]
＝y
t
y-y
t
φθ-θ
t
φy+θ
t
φ
t
φθ
[0084]
将上式配成完全平方的形式：
[0085]
v＝(θ-(φ
t
φ)-1
φ
t
y)
t
φ
t
φ(θ-(φ
t
φ)-1
φ
t
y)
[0086]
+y
t
y-y
t
φ(φ
t
φ)-1
φ
t
y≥y
t
y-y
t
φ(φ
t
φ)-1
φ
ty[0087]
当时，即θ-(φ
t
φ)-1
φ
t
y＝0时，上述不等式中的等号成立，此时v达到最小，因此θ的最小二乘估计为：
[0088][0089]
引入加权矩阵：
[0090][0091]
有：
[0092]
在梁部结构悬臂施工的高程控制中，可以由结构性能计算出φ，按工程条件定义ρ，由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值s，计算y，最后获得参数误差估计值β，根据参数误差对参数进行修正。
[0093]
在进行结构设计和施工控制初步分析时，结构设计参数主要按规范取值，由于部分设计参数的取值小于实测值，因此在多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于施工控制来说即是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求，因此应对部分主要设计参数进行测定以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，从而进一步修正结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。
[0094]
影响结构线形及内力的基本参数由很多个，需测定的参数主要有：
[0095]
(1)混凝土弹性模量，前期结构计算按照规范取值，在施工过程中根据试验结果确定，混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天龄期的弹模值，为主梁预拱度的修正提供数据。
[0096]
(2)预应力钢绞线弹性模量，按照现场取样试验结果采用；
[0097]
(3)恒载按设计图提供的尺寸，并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要的修正，考虑结构自重和临时荷载,并考虑梁面坡度的影响；
[0098]
(4)混凝土收缩、徐变系数，按照规范采用，计算按规范考虑结构局部温差效应及考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响；
[0099]
(5)材料热胀系数，按规范取值；
[0100]
(6)施工临时荷载，现场进行统计，尽量减少材料等的堆放，本阶段不用的材料堆放在0#块附近；
[0101]
(7)预应力孔道摩阻系数，根据现场摩阻试验确定。
[0102]
在施工之前，应对该桥在每一施工阶段的应力状态和线形有预先的了解，故需要对其进行结构计算，该桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外，还要考虑诸多相关的其它因素。
[0103]
(1)施工方案。桥梁结构的恒载内力、挠度与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前首先对施工方法和架设程序做一番较为深入的研究，并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。在开始施工前，施工单位应给出挂篮的荷载值及刚度值(或变形)，监控单位将根据此数据进行计算分析。
[0104]
(2)计算图式。梁部结构要经过墩梁固结
→
悬臂施工
→
张拉预应力
→
张拉斜拉索
→
合拢
→
解除墩梁固结
→
合拢的过程，在施工过程中结构体系不断的发生变化，故在各个施工阶段应根据符合实际情况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析计算。
[0105]
(3)结构分析程序。对于本桥的施工控制计算，采用平面结构分析方法可以满足施工控制的需要，结构分析采用bsas程序进行，并利用midas/桥梁博士软件建立空间模型对结果进行校核。
[0106]
(4)预应力影响。预应力直接影响结构的受力与变形，施工控制应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。
[0107]
(5)混凝土收缩、徐变的影响。混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体挠度有较大影响，必须加以考虑。
[0108]
(6)温度。温度对结构的影响是复杂的，在本桥的施工监控中，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除，以减小其影响。
[0109]
(7)施工进度。本桥的施工控制计算需按照实际的施工进度以及确切的合拢时间分别考虑各部分的混凝土徐变变形。
[0110]
悬臂施工的梁部结构的最终形成需经历一个复杂施工过程以及结构体系转化过程，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。施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形和受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，必需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，必需采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该桥的实际情况，采用正装分析法和倒退分析方法进行施
工控制结构分析。
[0111]
正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可用来指导桥梁施工，还能为桥梁施工控制提供依据，同时在正装计算中能较好的考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如混凝土的收缩、徐变问题。正装分析不仅可以为成桥结构的受力提供较为精确的结果，还为结构刚度、刚度验算提供依据，而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构的施工控制奠定基础。
[0112]
倒退分析方法假定在成桥时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，轴线满足设计线形要求，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阶段对剩余结构的影响，在每一个阶段分析得到的结构位移、内力状态便是该阶段结构理想的施工状态。结构施工理想状态就是在施工各阶段结构应有的位置和受力状态，每个阶段的施工理想状态都将控制着全桥最终形态和受力特性。施工控制将根据每阶段的实际状态和理想状态的偏差对计算进行调整，分析误差原因，以较为准确的估计下一阶段的梁体挠度。
[0113]
本发明实施例提供的斜拉索桥进行结构分析的目的在于：确定每一阶段的立模标高，以保证成桥线型满足设计要求；计算每一阶段的梁体的合理状态及内力，作为对桥梁施工过程中的每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据。
[0114]
在步骤s100至步骤s300中：
[0115]
首先，按照施工步骤进行计算，考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响，对于混凝土的收缩徐变等时差实效在各施工阶段中逐步计入。
[0116]
其次，每一施工阶段的结构分析必需以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段结构受力状态是本阶段时差实效的计算基础。
[0117]
再次，计算出各阶段的结构位移以及受力状态之后，根据后续施工阶段对本阶段的影响，进行倒退分析即可得到各施工阶段桥梁结构的合理状态和立模标高。
[0118]
根据本发明的一个实施例，按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效的步骤，之前还包括：
[0119]
s101、在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤，施工步骤至少包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间以及混凝土的加载龄期。
[0120]
s102、根据实际施工步骤计算分析结构位移和受力状态。
[0121]
在步骤s101以及步骤s102中，在施工过程中会存在许多难以预料的因素，可能导致施工进度安排等与初始计算不符，若有与施工图不同的地方应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析，施工单位应在开始施工前提供详细的施工步骤，包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间、混凝土的加载龄期等。
[0122]
根据本发明的一个实施例，在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤的步骤，之前还包括：
[0123]
s103、获取施工图纸的设计施工步骤。
[0124]
s104、根据设计施工步骤对各梁段进行初步计算，得到设计阶段的结构位移和受
力状态。
[0125]
s105、根据设计阶段的结构位移和受力状态和实际施工阶段的结构位移和受力状态确定安全预警状态。
[0126]
在步骤s103以及步骤s105中，在施工前根据施工图纸进行初步计算，得到设计阶段的结构位移和受力状态，可以使施工人员以及监控人员对于斜拉索桥不同阶段的受力和位移有初步的认识，并将设计阶段的结构位移和受力状态作为施工监控的参考。与此同时，将设计阶段的结构位移和受力状态和实际施工阶段的结构位移和受力状态进行比较，可以根据两者的偏差确定不同的安全预警状态。两者的偏差较大时安全预警等级较高，此时需要提高监控的频率并采取相应的补救措施。
[0127]
根据本发明的一个实施例，根据设计施工步骤对各梁段进行初步计算，得到设计阶段的结构位移和受力状态的步骤，之后还包括：
[0128]
s1041、计算按照实际施工步骤成桥运行预设时长后的实际累计位移以及按照设计施工步骤成桥运行预设时长后的设计累计位移。
[0129]
s1042、根据实际累计位移和设计累计位移修正计算分析模型。
[0130]
s1043、根据修正后的计算分析模型确定各施工阶段的桥梁结构的所述立模标高。
[0131]
在步骤s1041至步骤s1043中，首先根据实际施工步骤对本桥进行前期计算，为与设计结果对比，横隔板重量、结构自重系数、摩阻系数、收缩徐变系数等参数按照设计所取参数计算，在最后阶段即成桥运营阶段考虑收缩徐变3650天(也可以是其它预设时长)后的梁体累计位移，并与设计施工步骤成桥运行预设时长后的设计累计位移进行对比，以校核计算分析模型的准确性。再者，在施工过程中按照实际的结构参数修正结构计算模型进行跟踪计算，使得结构预测位移与实际发生的位移吻合。
[0132]
根据本发明的一个实施例，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之前还包括：
[0133]
s301、根据挂篮加载试验确定挂篮变形值。
[0134]
s302、根据挂篮变形值以及倒退分析计算确定桥梁结构的预拱度。
[0135]
在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线型是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线型较为良好。
[0136]
立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形(竖向挠度)。其计算公式如下：
[0137]hlmi
＝h
sji
+∑f
1i
+∑f
2i
+f
3i
+f
4i
+f
5i
+f
gl
[0138]
式中：
[0139]hlmi
—i阶段立模标高；
[0140]hsji
—i阶段设计标高；
[0141]
∑f
1i
—由本阶段及后续施工阶段梁段自重在i阶段产生的挠度总和；
[0142]
∑f
2i
—由张拉本阶段及后续施工阶预应力在i阶段引起的挠度；
[0143]f3i
—混凝土收缩、徐变在i阶段引起的挠度；
[0144]f4i
—施工临时荷载在i阶段引起的挠度；
[0145]f5i
—取使用荷载在i阶段引起的挠度的50％；
[0146]fgl
—挂篮变形值。
[0147]
其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，∑f
1i
、∑f
2i
、f
3i
、f
4i
、f
5i
在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。
[0148]
根据上述计算式和监控分析，可以计算出各梁段的预拱度(相对于设计标高)。
[0149]
根据本发明的一个实施例，根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：
[0150]
s400、在桥梁的多个控制断面布置应力测点，在施工过程中监测多个控制断面处的应力变化和应力分布。
[0151]
s410、根据多个控制断面处的应力变化和应力分布以及理论计算值确定已安装构件或者即将安装的构件的安全状态。
[0152]
请参阅图3至图5，梁体100上设置了多个控制断面，每个控制断面处布置了多个应力测点201。本发明实施例中，应力监控是对桥梁的实际受力状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依据。结构某定点的应力也同其几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。在某一时刻的应力值是否与分析(预测)值一致，是否处于安全范围内是施工控制关心的问题，解决的办法就是进行监测，在箱梁的多个控制断面布置应力测点，以观察在施工过程中这些断面的应力变化及应力分布情况，并与理论计算值进行比较，从而预告当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态。对本桥进行应力监控的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥受力状态符合设计要求。
[0153]
由于斜拉索桥的施工时间较长，故应力监测是一个长时间的连续的量测过程，要实时准确监测结构的应力情况采用方便、可靠和耐久的传感组件非常重要。根据以往的监测经验，钢弦式传感器具有较好的稳定性和应变积累功能，抗干扰能力强，数据采集方便等优点，在本桥的应力监测中采用钢弦式传感器。
[0154]
因此结合本工程的实际情况，在应力监测中采用温度型智能钢筋应力计和配套的振弦检测仪作为应力观测仪器，该应力计的温度误差小、性能稳定，可以在量测过程中始终以初始零点作为起点进行应力监测，且具有应变累计功能，抗干扰能力强，适于应力长期观测。
[0155]
钢弦应力计埋入混凝土内以后，在轴向力作用下钢弦两支点间的弦长将发生伸长或缩短，其自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率可得到钢弦的应变值，换算得到同位置处混凝土的应力值为：
[0156]
σc＝ecεg[0157]
式中：σc—混凝土结构的应力；ec—混凝土的弹性模量；εg—钢弦传感器的应变。
[0158]
根据本发明的一个实施例，所述在桥梁的多个控制断面布置应力测点的步骤，之前还包括：
[0159]
s401、获取桥梁的受力分析图。
[0160]
s402、根据受力分析图在桥梁上设置多个控制断面，控制断面至少包括两边跨0号块支点处、中跨主梁合拢段处、l/4处、l/2处、3l/4处以及支点处。
[0161]
本发明实施例中，根据桥梁的受力分析图确定控制断面，主梁控制断面选择两边跨0号块支点处、中跨主梁合拢段处、l/4处、l/2处、3l/4处、支点处等关键断面，共14个控制断面，控制桥梁的受力分析图布置如图3所示。主梁测试断面仪器布置情况如图4和图5所
示，钢筋应力计分别布置在顶板上层钢筋和底板下层钢筋上，每个断面布置4～6根钢筋应力计。在两个下塔柱底部的每个角端处布置一个应力监测点，桥塔共布置8个测试断面。
[0162]
根据本发明的一个实施例，在施工过程中监测多个控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，具体包括：
[0163]
s403、将钢筋应力计按照预定的测试方向焊接在主筋上，焊接位置位于普通钢筋上且避开钢筋的扩大断面位置，同时在桥梁的顶板或者底板上布置应力计；在焊接过程中，通过纱布包裹传感器的中间元件，并用冷水给所述中间元件降温。
[0164]
在步骤s403中，为避开应力集中位置，钢筋应力计应尽量布置在非扩大断面的普通钢筋上，同时在顶底板上均布置应力计，可以测试应力沿梁断面横向的分布情况。钢筋应力计按预定的测试方向(梁部结构为桥梁的纵桥向，刚构墩为墩的竖向)焊接固定在主筋上，为防止焊接时温度过高损坏钢筋应力计，焊接过程中，应用纱布包裹住传感器的中间元件部分，并用冷水浇元件部分。为测试方便，同一个断面的测试导线引至梁同一侧的混凝土表面，在施工过程中需要注意测试信号线的保护。
[0165]
根据本发明的一个实施例，在施工过程中监测多个控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，还包括：
[0166]
s404、将钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻，测量时间选择在早晨太阳升起之前。
[0167]
本发明实施例中，斜拉索桥采用悬臂施工，钢弦计根据施工控制前期计算结果埋设在各测试断面，由于混凝土在初凝后将发生很大的水化热，对测试结果影响较大，故钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻，可以降低水化热等对测试结果的影响。为了减小温度对测试结果的影响，测量时间选择在早晨太阳出来之前，同时记录梁体的温度以进行温度修正。
[0168]
根据本发明的一个实施例，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：
[0169]
s500、根据立模标高确定挂篮标高，并根据挂篮标高确定底模前端标高以及顶板标高。
[0170]
在步骤s500中，根据监控方提供的立模标高进行挂篮定位，定位底模前端标高及顶板标高。此时需要设置的测点如下，如图6所示。
[0171]
(1)顶板钢筋头测点401，距离该梁块前端10cm，在浇筑该块混凝土前埋设即可。
[0172]
(2)挂篮底模钢筋头测点402，尽量靠近该梁块底模前端，钢筋头长度10cm左右。
[0173]
(3)挂篮底模梁块前端测点403，不用设置钢筋头，直接布置在模板上。
[0174]
需要说明的是，由于在浇筑混凝土后需要对底模前端标高进行测量，为消除其他因素影响，在定位时，在挂篮底模404上尽量靠近本梁块底模前端左右两侧各设置钢筋头一个，在定位时需要测量挂篮底模梁块前端测点403与挂篮底模钢筋头测点402的标高差，在浇筑混凝土后及张拉预应力后可仅对挂篮底模钢筋头测点402进行测量，利用标高差换算挂篮底模梁块前端测点403的标高。
[0175]
挂篮定位时需测量的内容如下：
[0176]
(1)挂篮底模梁块前端测点403的标高，使其满足监控方标高预报文件中的底板立模标高；
[0177]
(2)顶板立模标高，为底板立模标高+梁高；
[0178]
(3)所有已施工梁段顶板钢筋头测点标高；
[0179]
(4)挂篮底模钢筋头测点402标高，并计算出每侧挂篮底模钢筋头测点402与挂篮底模梁块前端测点403的标高差。
[0180]
综上所述，根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法，包括：按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效；将前一施工阶段计算出的结构位移和受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的时差实效作为本施工阶段的时差实效的基础；根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法可以避免各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，提高了施工过程中结构的安全性。
[0181]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，包括：按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效；将前一施工阶段计算出的所述结构位移和所述受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的所述时差实效作为本施工阶段的时差实效的基础；根据计算出的各施工阶段的所述结构位移和所述受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。2.根据权利要求1所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效的步骤，之前还包括：在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤，所述施工步骤至少包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间以及混凝土的加载龄期；根据所述实际施工步骤计算分析所述结构位移和所述受力状态。3.根据权利要求2所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述在施工前根据现场施工条件确定实际施工步骤的步骤，之前还包括：获取施工图纸的设计施工步骤；根据所述设计施工步骤对所述各梁段进行初步计算，得到设计阶段的所述结构位移和所述受力状态；根据设计阶段的所述结构位移和所述受力状态和实际施工阶段的所述结构位移和所述受力状态确定安全预警状态。4.根据权利要求3所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述根据所述设计施工步骤对所述各梁段进行初步计算，得到设计阶段的所述结构位移和所述受力状态的步骤，之后还包括：计算按照实际施工步骤成桥运行预设时长后的实际累计位移以及按照设计施工步骤成桥运行预设时长后的设计累计位移；根据所述实际累计位移和所述设计累计位移修正计算分析模型；根据修正后的所述计算分析模型确定各施工阶段的桥梁结构的所述立模标高。5.根据权利要求1至4任一项所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之前还包括：根据挂篮加载试验确定挂篮变形值；根据所述挂篮变形值以及倒退分析计算确定桥梁结构的预拱度。6.根据权利要求1至4任一项所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述根据计算出的各施工阶段的所述结构位移和所述受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：在桥梁的多个控制断面布置应力测点，在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布；根据多个所述控制断面处的应力变化和应力分布以及理论计算值确定已安装构件或者即将安装的构件的安全状态。
7.根据权利要求6所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述在桥梁的多个控制断面布置应力测点的步骤，之前还包括：获取桥梁的受力分析图；根据所述受力分析图在桥梁上设置多个所述控制断面，所述控制断面至少包括两边跨0号块支点处、中跨主梁合拢段处、l/4处、l/2处、3l/4处以及支点处。8.根据权利要求6所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，具体包括：将钢筋应力计按照预定的测试方向焊接在主筋上，焊接位置位于普通钢筋上且避开钢筋的扩大断面位置，同时在桥梁的顶板或者底板上布置应力计；在焊接过程中，通过纱布包裹传感器的中间元件，并用冷水给所述中间元件降温。9.根据权利要求6所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述在施工过程中监测多个所述控制断面处的应力变化和应力分布的步骤，还包括：将钢筋应力计的初值设定设在混凝土的初凝时刻，测量时间选择在早晨太阳升起之前。10.根据权利要求1至4任一项所述的斜拉索桥施工监控方法，其特征在于，所述通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高的步骤，之后还包括：根据所述立模标高确定挂篮标高，并根据所述挂篮标高确定底模前端标高以及顶板标高。

技术总结
本发明涉及斜拉索桥施工技术领域，提供一种斜拉索桥施工监控方法，包括：按照施工步骤计算各梁段在自重、预应力、混凝土收缩徐变以及温度变化作用下的结构位移以及受力状态，并在各施工阶段计入混凝土收缩徐变的时差实效；将前一施工阶段计算出的结构位移和受力状态作为本施工阶段确定结构位移和受力状态的基础，并将以前各施工阶段的时差实效作为本施工阶段的时差实效的基础；根据计算出的各施工阶段的结构位移和受力状态，通过倒退分析确定各施工阶段的桥梁结构的立模标高。根据本发明实施例提供的斜拉索桥施工监控方法可以避免各阶段的内力和位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值，提高了施工过程中结构的安全性。提高了施工过程中结构的安全性。提高了施工过程中结构的安全性。


技术研发人员：王晓研 赵成龙 丁辰 胡宗名 邹德玉 侯宇翔 刘伟峰 徐子通 翟顺鹏 李杰 聂振华 陈义勤 范军 朱金柱
受保护的技术使用者：上海华东铁路建设监理有限公司 中铁十九局集团有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/10/8