大跨度连续梁刚构桥施工控制理论与实践.pptx
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1、中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司 绪论大跨度连续梁大跨度连续梁(刚构刚构)桥的施工控制理论与实践桥的施工控制理论与实践1连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理 2标高控制的实施3应变控制的实施4中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论1 1、施工控制的重要性、施工控制的重要性 1919世纪中期以前,各种桥梁均采用有支架的施工方法。世纪中期以前,各种桥梁均采用有支架的施工方法。支架施工就是在桥跨位置架设支架,在支架上拼装钢梁和浇支架施工就是在桥跨位置架设支架,在支架上拼装钢梁和浇筑混凝土梁,梁在施工过程处于无应力的状态。筑混凝土梁,梁在施工过程处于无应力的状态。随着科学技术的发展,桥梁
2、跨度不断增大,尤其需要修随着科学技术的发展,桥梁跨度不断增大,尤其需要修建跨越大江、大河和深沟的桥梁。建跨越大江、大河和深沟的桥梁。1919世纪中期,在美国等国世纪中期,在美国等国家修建了为数不多的钢桁梁桥,但是,在建设和使用过程当家修建了为数不多的钢桁梁桥,但是,在建设和使用过程当中,由于温度变化、墩台沉陷等影响,尤其是多次超静定结中,由于温度变化、墩台沉陷等影响,尤其是多次超静定结构,在当时设计计算手段落后的情况下,深感设计计算复构,在当时设计计算手段落后的情况下,深感设计计算复杂,由此,在连续钢桁梁中采用了铰,把连续桁架转化成为杂,由此,在连续钢桁梁中采用了铰,把连续桁架转化成为静定的悬
3、臂桁梁。从此之后,无支架施工开始得到广泛使静定的悬臂桁梁。从此之后,无支架施工开始得到广泛使用。用。中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论 19501950年由德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混土,修建预应年由德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混土,修建预应力混凝土连续梁桥。施工中利用己建成的桥墩沿桥跨径方向逐段力混凝土连续梁桥。施工中利用己建成的桥墩沿桥跨径方向逐段地悬出接长对称施工。悬臂施工中桥墩与梁固结,施工中桥墩要地悬出接长对称施工。悬臂施工中桥墩与梁固结,施工中桥墩要承受不对称弯矩。悬臂施工时随着梁段增加即悬臂长度的增加,承受不对称弯矩。悬臂施工时随着梁段增加即悬臂长度的增加,梁段
4、内出现的负弯矩不断增大,必须在梁上缘施加预应力,这才梁段内出现的负弯矩不断增大,必须在梁上缘施加预应力,这才能使其完成的梁段连成整体。这就是后来的挂篮施工方法。能使其完成的梁段连成整体。这就是后来的挂篮施工方法。随着我国交通事业的发展,急需修建更多的大跨径混凝土桥随着我国交通事业的发展,急需修建更多的大跨径混凝土桥梁。为了在建桥过程中不影响交通和节约支架费用,一般采用自梁。为了在建桥过程中不影响交通和节约支架费用,一般采用自架设体系施工,即将桥梁的上部结构分节段或分层施工,后期节架设体系施工,即将桥梁的上部结构分节段或分层施工,后期节段或后层是靠已浇节段或己浇层来支撑,逐步完成全桥的施工。段或
5、后层是靠已浇节段或己浇层来支撑,逐步完成全桥的施工。它的广泛使用,使得混凝土桥得到了较大发展,比如大跨度钢筋它的广泛使用,使得混凝土桥得到了较大发展,比如大跨度钢筋混凝土拱桥、预应力混凝土梁桥。自架设体系施工方法的采用,混凝土拱桥、预应力混凝土梁桥。自架设体系施工方法的采用,必然给桥梁结构带来了较为复杂的内力和位移变化。为了保证桥必然给桥梁结构带来了较为复杂的内力和位移变化。为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全,桥梁施工控制是不可缺少的。梁施工质量和桥梁施工安全,桥梁施工控制是不可缺少的。中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论自架设体系的施工在单一钢桥中比较容易实现,因为存在钢材的自架设
6、体系的施工在单一钢桥中比较容易实现,因为存在钢材的匀质性和制造尺寸的准确性,但是在非匀质的混凝土桥中就不同匀质性和制造尺寸的准确性,但是在非匀质的混凝土桥中就不同了。因为混凝土桥梁除了本身材料是非线性材料和材质特性不稳了。因为混凝土桥梁除了本身材料是非线性材料和材质特性不稳定外,它还要受温度、湿度、时间等因素的影响,加上采用自架定外,它还要受温度、湿度、时间等因素的影响,加上采用自架设体系施工方法,各节段混凝土或各层混凝土相互影响,且这种设体系施工方法,各节段混凝土或各层混凝土相互影响,且这种相互影响又有差异,因此,这些影响必然造成各节段或各层的内相互影响又有差异,因此,这些影响必然造成各节段
7、或各层的内力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程变化而偏离设计值。为力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程变化而偏离设计值。为了保证施工质量,必须要对建桥的整个过程进行严格的施工控了保证施工质量,必须要对建桥的整个过程进行严格的施工控制。桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证。为了安全可靠地建制。桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证。为了安全可靠地建好每座桥,施控制将变得非常重要。因为每种体系的桥梁所采用好每座桥,施控制将变得非常重要。因为每种体系的桥梁所采用的施工方法均按预定的程序进行。施工中的每一阶段,结构的内的施工方法均按预定的程序进行。施工中的每一阶段,结构的内力和变形是可以预计的,同时可通过监
8、测手段得到各施工阶段结力和变形是可以预计的,同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际内力和变形,从而完全可以跟踪掌握施工进程和发展构的实际内力和变形,从而完全可以跟踪掌握施工进程和发展情况。当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大情况。当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大时,就要进行检查和分析原因,而不能再继续进行施工,否则,时,就要进行检查和分析原因,而不能再继续进行施工,否则,将可能出现事故。这方面实例太多,例如,跨径将可能出现事故。这方面实例太多,例如,跨径548.64m548.64m的加拿的加拿中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论大魁北克桥就是因为在
9、施工中两次发生事故而闻名于世的。该桥大魁北克桥就是因为在施工中两次发生事故而闻名于世的。该桥采用悬臂拼装法施工,当南侧锚锭桁架快架完时,突然崩塌坠采用悬臂拼装法施工,当南侧锚锭桁架快架完时,突然崩塌坠落。原因是悬出的桁架太长落。原因是悬出的桁架太长(悬臂长悬臂长176.8m)176.8m),靠近中间墩处的,靠近中间墩处的下弦杆受力过大,致使下弦杆腹板失去稳定而引起全桁架严重破下弦杆受力过大,致使下弦杆腹板失去稳定而引起全桁架严重破坏。尽管造成事故的原因是设计问题,若当时采用了施工控制手坏。尽管造成事故的原因是设计问题,若当时采用了施工控制手段,在内力较大的杆件中布置监控测点,当发现异常现象时,
10、及段,在内力较大的杆件中布置监控测点,当发现异常现象时,及时停工检查,就不会发生突然崩塌坠落事故。由此可知,为避免时停工检查,就不会发生突然崩塌坠落事故。由此可知,为避免突发事故的出现,按期、安全地建成一座桥梁,施工控制是有力突发事故的出现,按期、安全地建成一座桥梁,施工控制是有力的保证。的保证。因此,为了保证大跨径预应力混凝土连续梁(刚构)因此,为了保证大跨径预应力混凝土连续梁(刚构)桥悬臂施工的质量和安全,标高和应变的监测和控制是非常重要桥悬臂施工的质量和安全,标高和应变的监测和控制是非常重要的。为确保桥梁施工的安全,桥梁施工控制必不可少。的。为确保桥梁施工的安全,桥梁施工控制必不可少。中
11、中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论2 2、桥梁施工控制的目的、桥梁施工控制的目的 对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥来对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥来说,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,确定出每个悬浇节段的立模标高,并在施工过程中根阶段计算,确定出每个悬浇节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整,以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对调整,以此来保证成桥
12、后桥面线形、合拢段两悬臂端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。偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。桥梁施工控制的目的就是对桥梁施工过程实施控制,确保在桥梁施工控制的目的就是对桥梁施工过程实施控制,确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内,施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内,确保成桥状态确保成桥状态(包括成桥线形与成桥结构内力包括成桥线形与成桥结构内力)符合设计要求。符合设计要求。中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论3 3、桥梁施工控制的内容、桥梁施工控制的内容 施工控制的工作内容主要包括以下两个方面施工控制的工作内
13、容主要包括以下两个方面:(1 1)几何)几何(变形变形)控制控制 不论采用什么施工方法,桥梁结构在施工过程中总要产生变不论采用什么施工方法,桥梁结构在施工过程中总要产生变形形(挠曲挠曲),并且结构的变形将受诸多因素的影响,极易使桥梁结,并且结构的变形将受诸多因素的影响,极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态,使桥梁难以顺利构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态,使桥梁难以顺利合拢,或成桥线形形状与设计要求不符,所以必须对桥梁实施控合拢,或成桥线形形状与设计要求不符,所以必须对桥梁实施控制,使其结构在施工中的实际位置状态与预期状态之间的误差在制,使其结构在施工中的实际位置状态与预
14、期状态之间的误差在容许范围之内和成桥线形状态符合设计要求。容许范围之内和成桥线形状态符合设计要求。变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏变形控制就是严格控制每一节段箱梁的竖向挠度及其横向偏移,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移,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,为下一节段更为精确的施工做好准备工作。横向偏移调整方法,为下一节段更为精确的施工做好准备工作。横向偏移可以通过精确测量控制和调整来达到要求,而影响竖向挠度的因可以通过精确测量控制和调整来达到要求,而影响竖向挠度的因素很多素很多(如施工荷载、挂蓝自重、温度变化等如施工荷载、挂蓝
15、自重、温度变化等),施工时就要充分,施工时就要充分考虑影响挠度的各种影响,在各节段设预抛高,也就是控制立模考虑影响挠度的各种影响,在各节段设预抛高,也就是控制立模标高。标高。中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论(2)(2)应力控制应力控制 桥梁结构在施工过程中以及成桥状态的受力情况是否与设计桥梁结构在施工过程中以及成桥状态的受力情况是否与设计相符合是施工控制要明确的重要问题。通常通过结构应力的监测相符合是施工控制要明确的重要问题。通常通过结构应力的监测来了解实际应力状态,若发现实际应力状态与理论来了解实际应力状态,若发现实际应力状态与理论(计算计算)应力状应力状态的差别超限就要进行原
16、因查找和调控,使之在允许范围内变态的差别超限就要进行原因查找和调控,使之在允许范围内变化。结构应力控制的好坏不象变形控制那样易于发现,若应力化。结构应力控制的好坏不象变形控制那样易于发现,若应力控制不力将会给结构造成危害,严重者将发生结构破坏,所以,控制不力将会给结构造成危害,严重者将发生结构破坏,所以,必须对结构应力实施严格监控。对应力控制的项目和精度还没有必须对结构应力实施严格监控。对应力控制的项目和精度还没有明确的规定,需根据实际情况确定,通常包括明确的规定,需根据实际情况确定,通常包括:1 1结构在自重下的应力结构在自重下的应力;2.2.结构在施工荷载下的应力结构在施工荷载下的应力;3
17、.3.结构预加力结构预加力;结构预加力除对张拉实施双控结构预加力除对张拉实施双控(油表控制和伸长量控制,伸油表控制和伸长量控制,伸长量误差允许在长量误差允许在6%6%以内以内)外,还必须考虑管道摩阻影响外,还必须考虑管道摩阻影响(对于后对于后张结构张结构););中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司绪论绪论4.4.温度应力,特别是大体积基础、墩柱等温度应力,特别是大体积基础、墩柱等;5.5.混凝土收缩、徐变应力混凝土收缩、徐变应力6.6.其它应力,如基础变位、风荷载、雪荷载等引起的结构应力其它应力,如基础变位、风荷载、雪荷载等引起的结构应力;中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司连续梁(刚构)
18、桥施工中标高的控制原理连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理1 1、悬臂浇筑施工简介、悬臂浇筑施工简介 连续刚构桥墩梁固结是满足悬臂浇筑施工的必要条件,悬臂连续刚构桥墩梁固结是满足悬臂浇筑施工的必要条件,悬臂浇筑是在桥教两侧逐段对称浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度浇筑是在桥教两侧逐段对称浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度后张拉预应力钢筋,移动挂篮继续浇筑下一节段。划分节段长度后张拉预应力钢筋,移动挂篮继续浇筑下一节段。划分节段长度时应充分考虑梁段混凝土重、挂篮重、以及施工荷载产生的内时应充分考虑梁段混凝土重、挂篮重、以及施工荷载产生的内力,故每个节段长度一般力,故每个节段长度一般3-4m3-4m,
19、特大桥也不超过,特大桥也不超过6m6m,因主梁是变,因主梁是变截面,故节段长度自墩顶附近至跨中是逐渐增长的。悬臂浇筑施截面,故节段长度自墩顶附近至跨中是逐渐增长的。悬臂浇筑施工中的主要设备是挂篮工中的主要设备是挂篮,连续刚构桥连续刚构桥0 0号块是主梁混凝土浇筑方量号块是主梁混凝土浇筑方量最多的部位,预应力管道最密集,钢筋最复杂,外形尺寸要求最最多的部位,预应力管道最密集,钢筋最复杂,外形尺寸要求最严的地方。是连续刚构桥施工的关键部位之一。因桥墩根部严的地方。是连续刚构桥施工的关键部位之一。因桥墩根部0 0号号块钢筋混凝土体积大产生重量也大,为了拼装和支撑挂篮的起步块钢筋混凝土体积大产生重量也
20、大,为了拼装和支撑挂篮的起步长度,常采用托架浇筑起步长度。挂篮可以避免用大量的支架和长度,常采用托架浇筑起步长度。挂篮可以避免用大量的支架和大型的垂直及水平运输机具,在施工中受深水、高墩、峡谷及气大型的垂直及水平运输机具,在施工中受深水、高墩、峡谷及气候等影响小,可充分利用有限的空间,并可多次重复使用,易于候等影响小,可充分利用有限的空间,并可多次重复使用,易于掌握施工工艺和保证施工质量,在施工中对节段的施工误差可以掌握施工工艺和保证施工质量,在施工中对节段的施工误差可以不断地进行调整,从而保证悬浇施工的精度。不断地进行调整,从而保证悬浇施工的精度。中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司连续梁
21、(刚构)桥施工中标高的控制原理连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理2 2、几个标高的有关概念、几个标高的有关概念(1 1)设计标高)设计标高 理论上,设计标高即为桥梁在正常使用情况下的标高,在总理论上,设计标高即为桥梁在正常使用情况下的标高,在总体上服从于公路纵断面的线型设计。或者说,桥梁的设计标高就体上服从于公路纵断面的线型设计。或者说,桥梁的设计标高就是桥梁竣工多年以后,在承受是桥梁竣工多年以后,在承受1/21/2静活载情况下的标高。这里要静活载情况下的标高。这里要求求“竣工多年竣工多年(一般为一般为3-53-5年年)以后以后”是为了保证混凝土后期收缩是为了保证混凝土后期收缩徐变大体完成,
22、桥梁不再发生明显的后期变形徐变大体完成,桥梁不再发生明显的后期变形;“;“承受承受1/21/2静活静活载载”则是近似模拟桥梁在正常使用情况下的活载工况。标高监控则是近似模拟桥梁在正常使用情况下的活载工况。标高监控的目的就是要使大桥的线形满足设计要求。因此设计标高是标高的目的就是要使大桥的线形满足设计要求。因此设计标高是标高监控的依据。监控的依据。(2 2)竣工标高)竣工标高 竣工标高即为桥梁刚刚竣工时的成桥标高。如前所述,桥梁竣工标高即为桥梁刚刚竣工时的成桥标高。如前所述,桥梁在竣工后还要发生后期徐变变形及活载变形,此可得在竣工后还要发生后期徐变变形及活载变形,此可得:中中铁二局股二局股份份有
23、限公司有限公司连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理桥梁竣工高;桥梁竣工后由于混凝土后期徐变而 引起的变形,以向下为正;桥梁承受1/2静活载所引起的变形,以向下为正;桥梁设计标高;中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理(3 3)立模标高)立模标高 立模标高即施工时模板的放样标高。对于不同的施工工艺,立模标高即施工时模板的放样标高。对于不同的施工工艺,立模标高的汁算方法是不同的,当然也就对应不同的立模标高。立模标高的汁算方法是不同的,当然也就对应不同的立模标高。此处仅讨论悬臂浇筑施工的立模标
24、高。此处仅讨论悬臂浇筑施工的立模标高。箱梁顶面(底面)中轴处设计标高,采用设计值;箱梁顶面(底面)中轴处设计标高,采用设计值;采用施工控制计算分析值,主要包括恒载、施工期间采用施工控制计算分析值,主要包括恒载、施工期间 收缩徐变、温度影响、二期恒载、成桥后收缩徐变以收缩徐变、温度影响、二期恒载、成桥后收缩徐变以 及及1/2静活载等产生的竖向变形;静活载等产生的竖向变形;挂篮变形调整值,一般由试验确定;挂篮变形调整值,一般由试验确定;中中铁二局股二局股份份有限公司有限公司连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理连续梁(刚构)桥施工中标高的控制原理3 3、标高控制的原理、标高控制的原理 在实际工中,很
25、多因素会与事先估计的理想状态有差别,如在实际工中,很多因素会与事先估计的理想状态有差别,如:混凝土弹性模量、混凝土容重、混凝土的收缩徐变、箱梁截面尺混凝土弹性模量、混凝土容重、混凝土的收缩徐变、箱梁截面尺寸、张拉预应力的效果、施工温度等,不可能与设计理沦值完全寸、张拉预应力的效果、施工温度等,不可能与设计理沦值完全符合。这些偏差必然会对桥梁的变形产生某些影响,使实际变形符合。这些偏差必然会对桥梁的变形产生某些影响,使实际变形与理论变形存在一定的差异,从而影响成桥竣工标高,偏离设计与理论变形存在一定的差异,从而影响成桥竣工标高,偏离设计意图。因此必须根据施工实际,随时调整理论计算模型使之与施意图
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