波形钢腹板桥梁施工监控技术研究

徐义

波形钢腹板作为一种新型的组合结构,采用波形钢腹板代替了混凝土腹板,在力学特性上有诸多方面与传统的混凝土梁桥不同,充分利用混凝土和钢材的材料特性,提高了材料使用效率以及桥梁结构外形美观。在结构计算方法上也会与普通混凝土梁桥有所区别,文章通过桥梁具体实例,对桥梁的安装施工与施工过程监控的情况进行了分析,采用有限元软件midas Civil计算模型对施工过程中的结构进行有效的控制,以确保桥梁施工过程中的安全性和桥梁的内力、线形符合设计要求。在现在较多的大跨度连续梁桥施工当中,我们经常采用挂篮进行主梁悬臂施工,在施工时会受到很多外界因素影响,例如：温度、结构刚度、混凝土超方及桥面临时荷载等影响,使实际施工很难做到与设计一致,如果在桥梁施工过程中不对偏差进行有效的解决,就可能会使桥梁长度在不断增加时,主梁的偏离值不断累积,使成桥状态很难与设计一致,甚至影响桥梁的结构安全,所以为了确保全桥建成后的内力状态、线形状态达到预定的监控目标要求,在施工时融入监测、控制技术至关重要。

一、对于桥梁施工监控

对于桥梁的整体结构设计,需要根据不同的内力状态来考虑设计的周全性。同时要考虑科学施工,通过科学的施工状态,对整体施工设计进行规划,使施工方案合理且可行,预先设计应考虑到应力状态以及几何线条等都是桥梁施工中非常重要的问题。在施工中,需要考虑到施工可能会出现的问题,并实施精确计算,减少施工误差,以及使整体施工结构完整。如果在施工中出现不可控因素,应根据实际情况及时调整,防止因施工过程中结构内力外观等问题情况影响桥梁整体使用波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁近年来在国内出现较多,相对于常规的预应力混凝土箱梁,这种桥型在减轻自重的同时充分发挥了钢材和混凝土各自的性能,但也导致了施工难度的增加。

对于监控而言,主要的变化一个是预应力体系的变化,波形钢腹板预应力混凝土连续梁一般都是体内束+体外束,一个是箱梁混凝土腹板用波形钢腹板代替,导致结构的整体纵向刚度和抗扭刚度变小,施工过程中结构变形变大,增加了监控的难度。所以,针对波形钢腹板预应力混凝土连续梁而言,在正常控制的同时,还应重视结构理论计算、体外束的监测、箱梁的变形以及温度的影响。对于桥梁不同的监控而言,也需要考虑到监控中会出现的问题,例如：温度问题,如果温度太高,可能会使桥梁整体结构发生变化,几何变形等,也要针对腹钢板的应力情况,考虑桥梁材料的使。不同桥梁材料的使用,也可能会使整体桥梁结构发生变化,难以控制。也应该在正常控制,同时重视结构以及理论的计算,正常监测桥梁整体外部的施工情况。及时向上级汇报施工情况,了解桥梁状况。

二、施工监控仿真计算及分析

1.波形钢腹板连续梁桥施工流程

波形钢腹板连续梁桥0号、1号、2号节段和边跨现浇段在支架上现浇,边、中跨合龙段采用吊篮现浇,其他块段采用挂篮悬臂对称平衡浇筑。悬臂浇筑过程为:移动挂篮、起吊钢腹板、安装钢腹板临时定位支架、钢腹板纵向连接、定位立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、张拉纵、横向预应力束、脱模。对于每一个悬臂，都可能会对浇筑的边界产生影响。在施工的过程中，要拆除所有的边框，防止因为边框影响而使整体合龙段受到影响。同时在拆除的时候，要对整体进行转换。并承接完成余下的工作。在承接余下的项目时，应该及时制定项目规划以及合理的项目方案，主动应对项目可能发生的问题及时解决并和相关部门进行沟通。

2.仿真监控原理

对于桥梁施工,主要包括主动控制以及被动控制,而所谓的控制而言,就应该在施工之前预先考虑到各种风险因素,在可控范围内,对于桥梁施工进行规划。并根据发现或出现的问题,针对有指定性的预防措施,这是一种被动的控制,将发生问题的方法。另一种主动控制是主动分析产生的问题,并及时纠正错误,以免使整个偏差,导致对原来工程施工的计划影响。对于仿真监控的桥梁施工而言，经常会在发生施工时出现一些问题，因此，我们就要及时对其进行监控，防止其因为太多被动输出导致桥梁整体结构的不平整以及桥梁结构的损害。对于被动检测出来误差,要及时修正,大概修正过程为施工检测问题,判断问题,修正问题以及预告可能会发生的问题。在每天工作结束后应及时测量数据,针对当天数据进行调整分析判断,在这基础上将出现的误差尽量消除,并给予下一项施工工程控制指令,在良好循环的前提下进行施工。

3.仿真计算与分析

在对波形钢腹板预应力混凝土连续梁进行整体计算时,一般截面假定如下:

（1）在钢腹板共同作用下,使整体截面相连接,不会发生两个截面之间断裂的情况。

（2）应及时考虑各个截面的受力情况,根据受力情况安排布置应力沿腹板高度均匀分布。

（3）截面的应变分布符合平截面假定。

这些截面假定与常规结构的截面假定有一定的区别,会造成计算模型的不同,结构计算的内容也会有所不同。

以65m+98m+65m波形钢腹板连续梁桥为工程实例,用midas civil计算软件建立桥梁模型,将全桥划分为50个单元和51个节点,共将模型分为41个施工阶段。悬臂施工阶段截面最大压应力为10.80MPa,小于18.76MPa,最大拉应力为0.31MPa,小于1.68mpa,该桥梁理论计算结果满足要求。

三、施工监控方案

1.体外束监测

相对于常规预应力混凝土箱梁而言,波形钢腹板由于腹板无法安装预应力钢束,势必会用体外束来代替原混凝土桥梁内部的腹板束。传统的应力监控测试在施工以及使用阶段，往往会使其整体建筑趋于弹性，工作状态，因此，就要及时考虑极限受力时的应力值，防止因应力过高或过低，而对整体建筑产生不可逆转的影响。对于钢材而言，在到达极限值之前，也应用公式计算好其极限受力值体外束的有效应力值的大小与结构的应力状态息息相关,而且对于波形钢腹板预应力混凝土连续梁这种纵向刚度和扭转刚度较小的结构而言,影响更为明显。不同扭转刚度对波形腹钢板的应力情况也会产生影响,此时就要考虑针对不同钢板的受力性,探讨其扭转度的大小。避免因为扭转度过大或扭转度过小而造成整体工程的拖沓。施工过程中,顶板束施加过多时或由于其他因素,可能引起底板的拉应力出现。通过对体外束的监测,可以获知体外束施加的有效性及针对性,保证结构在施工过程中的受力在允许范围内。

2.主梁应力监测

在桥梁主梁施工过程中,尤其是混凝土浇筑过程中,由于主梁的长度不断增加,是会使得悬臂根部压应力不断上升,因此,对于桥梁关键截面进行实时监控,掌握桥梁受力情况,对其进行结构安全的分析十分重要。一般情况下,应力监测需要埋入式传感器。埋入式应力传感器可以达到以下目的：

（1）即使测量施工中的重要数据,截面受力情况,混凝土使用情况,张力测试情况等都需要测量；（2）及时分析施工数据,对于监测出的数据及时处理；（3）为以后施工便利提供帮助。

3.主梁温度监测

在施工的过程中,要及时考虑施工场所温度的问题,一般情况下,温度过高,会对施工的材料造成影响,同时要了解不同材料的受热程度,了解材料的熔点。例如：一般在40摄氏度的时候就会使水泥的形态固定受到影响,使钢腹板的使用也受影响,因此对于桥梁的温度检测主要目的如下：（1）测试主梁结构温度,防止混凝土在养护期间因温度变化而产生裂缝。（2）通过对结构及环境的温度监测,可以修正在应变以及标高测试时的温度影响误差。

4.几何变形监测

几何变形监测能够准确提供每一个箱梁节段的立模标高以及轴线控制。在施工的过程中,对于悬臂施工,可能需要考虑到混凝土的容量,弹性模量以及应力等的转换。因此，就要及时计算所受力的偏差与实际受力的数据分析数据后进行调整,从而达到对桥梁几何变形的监测。因此，对于桥梁的几何变形监测非常重要,这种桥需要几何变形监测的重要阶段如下:

（1）波纹钢腹板安装定位后的挠度。（2）浇筑混凝土梁截面后的挠度。（3）各梁段混凝土浇筑时前一节段挠度。

四、结语

影响桥梁结构应力应变的因素很多,各因素对应力应变产生的影响也是复杂的,因此，有必要对其影响进行汇总对影响因素和操作经验公式要做更深入的研究。对于腹钢板的应用也应主动去探究其在应用中可能出现的问题，探究其可能发生的问题，主动考虑应力解决方案。在平常的施工中也许问题的解决以及施工不会很完善，但是只要在共同的讨论下，相信施工方案的实施就会愈加顺畅。

虽然桥梁整体监测系统在我国还不算完善,但是通过不断的研究以及努力,会使桥梁监测技术不断发展,使桥梁施工以及钢腹板的应用更加完善。同时根据对桥梁整体结构得了解,可以避免桥梁在施工的过程中的安全问题,有效地解决桥梁施工过程中的可能遇到的其他问题。相信在我们发展监控技术的同时可以使桥梁建设发展更加迅速。