《潮白河大桥施工监测及成桥荷载试验方案629》.doc
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1、潮白河大桥施工、运营监控及竣工荷载实验方案潮白河大桥施工、运营监控及竣工荷载实验方案北京奥科瑞交通科技发展有限公司2004年5月21日潮白河大桥施工、运营监控及竣工荷载实验方案目 录一, 工程概况 3二, 施工监测方案 6联系人:杨红霞 13121204661 办公室 010 678058582208传 真 010 678058582216潮白河大桥施工、运营监控及竣工荷载实验方案一、工程概况潮白河是北京市第二大河,河道宽浅,中间有明显的行水深槽,两侧行洪滩地开阔,百年一遇洪水位39.3m,无通航要求。京承高速公路与潮白河交叉断面位于密云县耿辛庄村东。潮白河大桥全长919.18m,宽29.5m
2、,双向六车道;主桥为三塔矮塔斜拉桥,长384m,主跨径120m;两侧引桥为三跨和四跨预应力混凝土连续梁桥,单侧引桥长267.59m。桥梁中线与河道交角为53度。 潮白河大桥主桥跨径组合为72m+120m+120m+72m,中间桥塔处为梁塔墩固结,两侧桥塔处为梁塔固结,在桥墩卜设置支座。主梁采用单箱3室箱形结构,梁高由4.2m按照二次抛物线型式渐变到2.2m。边室项板厚26cm,底板厚24cm;中室顶板厚50cm,底板厚24cm:中腹板厚60cm,边腹板厚80cm。主梁采用三向预应力结构。纵向预应力和横向预应力采用钢绞线,竖向预应力采用高强精轧螺纹粗钢筋。主桥共有三个索塔,布置在中央分隔带上。索
3、塔桥面以上高21.5m,上塔柱采用工字型截面,断面尺寸为4.4mX3.Om;中塔柱采用实体截面,截面尺寸为4.4mX2.0m。每个索塔上挂8对斜拉索,在横向分为2排。斜拉索在塔上间距为0.8m,通过鞍座穿过塔身。鞍座采用分丝管形式,每根分丝管穿一根钢绞线,以便将来可以单根换索。索鞍的斜拉索出口处设抗滑锚板,以防止钢绞线滑动。斜拉索在主梁上间距5m,锚固在箱梁中室内,相应位置设置一道横隔梁。 其设计标准为设计荷载汽车-超20级,验算荷载挂车-120;桥面横坡:双面坡2%;基本风:600Pa;地震烈度:基本烈度8度,按8度设防,按9度采取抗震措施;水位和流量:100年一遇设计洪水位39.3m,设计
4、洪峰流量3570m3s。 该桥监控及竣工验收工作难点:密索结构,每塔16对斜拉索,共计48对96条索力监控;因斜拉索较多,应力控制截面多;该桥为变截面箱型桥梁,应对变截面处应力进行监测;箱型桥梁有外伸大悬臂须进行监控;三向预应力结构,需三向监控;为保证运营监测效果,竣工验收测试频率和振型较多;根据以上因素及设计人员意见,梁、墩柱共需要90余个应力控制截面监测和30余个温度控制截面。二、施工监测方案1,监测目的 根据设计要求,潮白河大桥主桥为斜拉桥,兼有普通斜拉桥和连续梁的特点,为保证成桥线型和运营阶段的索力在合理范围内,需进行施工控制。2,监测内容(1) 梁施工过程中,进行水化热温度和梁体预应
5、力体系各项瞬时损失的测试,对施工工艺和工程质量控制提出建议,指导施工。(2) 在梁体预应力束张拉、斜拉索张拉、施工支架拆除前后,进行主梁线性变化和塔顶位移、关键截面应力及斜拉索索力的测试,控制主梁预应力效果和斜拉索的索力。(3) 全桥合龙、临时墩拆除、梁体预应力束张拉完成结构体系转换和斜拉束束力、桥面线性、塔顶位移、斜拉索索力的测试,提出控制和调整意见,确保成桥的质量。3,施工监测阶段(1) 主梁预应力张拉过程中混凝土应力的监测。(2) 斜拉索张拉过程中混凝土应力和位移的监测。(3) 施工支架拆除过程中混凝土应力、位移、反力的监测。(4) 成桥前后调整索力阶段混凝土应力、索力、桥面线形、塔顶位
6、移的监测。4,监测方法:自适应控制方法。 施工理想状态参数调节控制量反馈计算实际结构有限元计算模型参数估计算法施工结果输出修改理想状态计算结果实测结果控制量输入控制调整自适应施工控制基本原理 预应力混凝土斜拉桥,在设计时确定了每个施工过程的操作以及应达到的目标,但是,这个目标在施工中难以实现,为了实现这个目标,需要建立有限元模型,在施工过程中根据实测数据对有限元模型进行反复修正,这样,随着数据的积累,有限元模型逐渐与施工实际状况吻合,比较好的预测施工状况和控制施工状况。5,施工控制方案编制依据(1)、京承高速潮白河斜拉桥施工图设计北京市市政工程设计研究总院(2)、公路斜拉桥设计规范人民交通出版
7、社 1997(3)、公路桥涵施工技术规范人民交通出版社 2000(4)、公路桥涵设计通用规范人民交通出版社(JTJ 021-89)(5)、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范人民交通出版社(JTJ 023-85)6、施工控制主要工作程序(1)、理论计算施工控制的理论计算是在进行施工阶段控制监测之前,前期复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。按照施工和设计所确定的施工顺序,以及设计所提供的基本参数,采用MADS及ANSYS桥梁结构分析软件进行施工过程的模拟计算,得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等状态控制数据,与设计相互校对确认无误后再作为斜拉桥施工控制的理论依据。通过理论计算需
8、要确定的理论数据为:施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据,包括:主梁标高、主梁轴线偏位、主塔偏位、索力以及控制截面应力。施工控制数据理论值,即初张索力和立模标高。(2)、施工过程结构应力、索力、变位及温度监测结构应力控制本项施工监控,在施工过程中保证各主要受力部位的应力在预想和容许的范围内,以保证结构在施工期间的安全性,测量的应力同时可以修正施工控制理论计算的参数取值,校核理论分析的准确性。主梁应力监测主梁纵向应力测试断面选择在施工过程中应力控制截面以及成桥后活载作用的控制截面,包括:塔根部附近断面、斜拉索与主梁接触点处截面(主梁拉索处测试断面在各塔对称布置)、边跨及中跨无索区的跨中断面
9、。如图5-1所示,主梁纵向控制断面共计28个。在每个主梁纵向控制断面上的测点布置重点是测试截面上、下缘处的钢筋及混凝土应力值(见图5-2)。主梁纵向应力测点全桥共计320个。主梁横向应力测试断面选择在3个塔根部的大横梁、2个中跨跨中的无横梁处、以及中塔的4#和12#拉索的小横梁断面。主梁横向测试控制断面共计7个。每个断面上应力测点布置见图5-3。主梁横向应力测点全桥共计47个。主梁竖向应力测试断面在8、10号轴索塔的拉索区分别选取塔根截面和1#、8#、9#、16#斜拉索截面,在9号轴索塔的拉索区选取塔根截面和1#、4#、8#、9#、12#、16#斜拉索截面(如图5-4),每个断面上应力测点布置
10、见图5-5。主梁竖向应力测点全桥共计17*4=68个。图5-5、主梁竖向应力测点横断面布置图索塔应力监测中塔和两个边中塔在桥面以上一定高度位置(桥面以上1米)、最低一对斜拉索、中间一对索和最高一对斜拉索处布置应力应变量测断面(图5-6),每个量测断面上布置应力、应变测点,如图5-7。索塔应力应变测点全桥共计96个。图5-7、索塔应力测点横断面布置图斜拉索索力监测在每一块件施工工况有重大改变时(如,主梁混凝士浇筑后、结构体系转换后等),均需进行索力监测。斜拉索索力监测采用频谱分析法,用 “JMM-268型智能信号采集处理分析系统”的仪器(索力动测仪)进行索力测试。同时在锚下安装高精度荷重压力传感
11、器,作为斜拉索张拉索力标定值,即利用锚索计的精确读数来标定测索仪所测的同一批张拉索的索力值。中塔和两个次中塔需进行索力监测的斜拉索共计48对。墩柱应力应变监测斜拉桥主桥中塔墩柱(9号轴)和两个边塔墩柱(8、10号轴)在墩底(承台以上50cm处,图5-8)和边塔墩柱墩顶台帽中埋置墩柱应力测点(图5-9)。图5-8、墩底应力测点布置图图5-9、边塔墩顶应力测点布置图结构变形观测结构变形观测内容包括:主梁标高、主梁轴线偏差、墩柱及索塔变位。主梁标高、轴线偏差测量主梁标高、轴线偏差测量需要在每一个主要施工步骤的实施前后测量主梁标高,立模标高及结构体系转换后的标高测量。沿桥纵向主梁标高、轴线偏差测点布置
12、测量断面与主梁纵向应力、应变测试断面一致(见图5-1),每个测量断面3个测点(见图5-10)。全桥主梁标高、轴线偏差测点共计28*3=84个。图5-10、主梁结构变形观测测点横断面布置图通过主梁标高、轴线偏差测量,调整立模标高,控制主梁线形,以保证浇筑的斜拉桥主梁与先期浇筑完成的边墩墩顶上的主梁的顺利合拢,并保证成桥线型光顺,同时应使桥面线型在经过若干年的混凝土收缩徐变后也符合使用要求。墩柱、索塔变形观测主桥中塔(9轴)和两个边塔(8、10轴)均布置三维位移观测点,在每一个塔位处的墩底(承台顶面)、塔根及塔顶位置安装永久性位移观测测点,形成每个塔位的竖向三维位移观测断面,通过高精度水准仪及GP
13、S卫星定位系统来检测墩柱、索塔在施工浇注及索束张拉过程中的偏位。墩柱、索塔变形观测测点全桥共计3*3=9个。温度测量桥梁施工过程中,环境温度的变化及日照温差会影响到结构体系内的内力分布。结构的温度变形还影响到测量的精度, 跨季节的体系温度差及主梁的顶底板温差也是难以完全消除的。因此,进行温度观测是十分必要的。温度数据采集可直接应用于施工控制分析中的温度效应修正。在施工控制实施中针对特征季节(夏季、冬季)和特征天气状况(晴天、阴雨天),选择代表性的时段进行构件温度场的测量,同时进行环境温度的连续观测,以掌握该条件下的主梁、索塔和斜拉索以及墩柱的温度分布规律,模拟各构件的特征数据温度场,为施工控制
14、的理论计算提供科学的温度修正特征数据,并为桥梁合拢时机提供参考。温度测量包括:施工阶段环境温度,梁塔索构件的温度场分析。环境温度的测量安排在各施工进行阶段及相应的线形测量阶段,利用温度计测量桥位处的大气环境温度。在施工场地的地面及桥面分别安排2个环境温度测量测试点(全桥4个),相互校核。构件温度场:梁、塔、墩柱及承台的温度测点通过温度传感器测量。主桥主梁温度量测截面选取在三个塔位的大体积浇注横梁及两个中跨跨中截面(图5-11)。图5-11、主梁温度量测测点布置图主桥承台温度量测测点,在每个塔位的大体积浇注混凝土承台中布置温度量测测点5个,主桥承台温度量测测点共计3*5=15个。主桥墩柱及索塔温
15、度量测测点,选取每个塔位的墩柱中部、索塔的底部和顶部作为墩柱及索塔温度量测断面,每个断面上布置5个测点。7、施工控制组织计划本桥施工控制的现场实施工作将在桥梁施工进入主桥桩基基础施工后进行。施工控制的实施细则将根据施工单位具体实施的施工方法和施工程序进行编制。为保证施工控制工作的顺利进行,及时、准确地按照监控组提出的控制数据进行施工,并将实施结果反馈给监控组进行误差分析,必须形成一个严密、科学的施工监控组织计划。主桥施工控制框图在形成一个施工监控组织计划的同时,必须建立一个完善的施工监控体系(监控组)。这一体系包括以下各单位:建设单位、监理单位、设计单位、施工单位及施工监控测试单位。本桥的施工
16、监控工作将在业主的协调下,在监理的监督下,在设计和施工单位的密切配合下进行。施工控制测试单位将及时采集索力、主梁应力等有关数据,并计算预报每个节段的控制标高及张拉索力,紧密配合施工,保证施工正常进行。施工单位应按监控单位的要求,按照规定的格式和时间测定和提供有关数据,并严格按照监控单位提出的控制数据进行施工。8、施工监测主要仪器设备数量序号名称型号性能指标数量1振弦应变读数仪GK403测试范围:050006台2NDAU数据采集仪NDAU1403测试范围:050006台3测温读数仪GK403测试范围:502002台4精密水准仪DSG-32测试精度:1mm3台5TCA-1800A型全站仪TCA-1
17、800A线坐标1mm3台6索力测试仪SL-2A测试精度:33台72000KN万能试验机FCS-2000最大负荷:2000KN2台85000KN压力传感器最大负荷:25005000KN24台9内埋振型式应变计测试精度:1240个10外贴振弦式应变计测试精度:1270个11位移计LVDT测试精度:0.005 mm16个12内埋温度传感器测试精度: 0.5180个13桥面线性测点45个14 塔顶位移测点3个15三维变形测量系统3套16便携式计算机6台17专业照像机1台18测量导线26000米9、施工阶段监控测试人员组成序号姓名年龄学历职务(职称)从事专业在课题中的主要分工1包琪玮44硕士市政院总工桥
18、梁设计总指导、技术顾问组长2刘庆仁45学士市政院四所总工桥梁检测全面负责、施工监测组长3张宏远40博士市政院一所桥梁设计应力监测指导4惠斌40硕士市政院一所桥梁设计数据分析处理5刘能文46学士市政院四所高工桥梁监测混凝土温度监控总负责6张连普33学士市政院四所高工桥梁监测应力测试负责人7王琛妹26学士市政院四所工程师桥梁监测箱梁预应力监控负责人8张恺32学士市政院四所工程师桥梁监测桥梁线形总负责9马喜英28学士市政院四所工程师桥梁监测计算分析10辛晓琪29学士市政院四所工程师桥梁结构计算分析11张玉石25学士市政院四所工程师桥梁结构计算分析12薛培明27学士市政院四所工程师桥梁研究计算分析13
19、王进36学士市政院四所工程师道桥监测现场监测负责人14王章永28学士市政院四所工程师桥梁监测现场监测15袁铁军27学士市政院四所工程师桥梁监测现场监测16赵莹43学士市政院四所高工桥梁监测现场监测17王长海29学士市政院四所工程师桥梁监测现场监测18徐建华25学士市政院四所工程师桥梁监测现场监测19蒲燕蓬33学士市政院四所高工桥梁监测应力测试负责人20陈川宁34学士市政院四所高工桥梁监测现场负责人21张恺35学士市政院四所高工桥梁监测线形监控负责人22杨红霞32硕士奥科瑞高工桥梁监测参与测试方案制定及项目协调以上人员分别组成技术顾问小组、协调小组、监控数据分析及反馈小组。技术监督与顾问小组负责
20、对施工阶段测试的实施方案及反馈数据进行审核,并提交监理、设计及施工单位后,批准测试小组进行下一步工序的测试和数据采集工作。同时,技术监督与顾问小组处理施工中与施工阶段监控测试有关的突发事件,有力地保障测试工作的顺利、有序的进行。协调小组负责协调本项工程的建设、监理、设计、施工及监控测试各方,理顺在施工工序与监控测试工作发生时间交叉或冲突时的相互关系。保证在不影响施工进度的前提下,为监控单位提供充裕的测点埋设、安装的时间和便利条件。监控数据分析及反馈小组将已获取的实验测试数据进行整理与分析工作,并及时准确地提交技术监督与顾问小组,便于技术监督与顾问小组做出正确的判断,指导施工单位进行下工序的施工
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