1、姬家庄特大桥施工监控计算第一章 工程概况一 工程概述1. 桥型布置姬家庄特大桥是国道主干线(GZ40)二连浩特河口公路禹门口阎良段高速公路上的一座特大型桥梁，该桥起点桩号K86+299.92, 终点桩号左半幅为K86+560.80, 桥梁跨径为66+120+66米预应力混凝土连续刚构，桥梁总长：260.16米。2. 桥址区自然地理概况2.1地形、地貌姬家庄特大桥位于合阳县姬家庄村，桥梁跨越无名氏黄土冲沟，沟底距设计标高差为80米，两岸坡度较陡，冲沟发育。桥址区地貌单元为黄土台塬地质，上层10米左右为黄土坡积物，含有少量砂石，胶质较差。2.2气候桥址区地处内陆，为典型大陆性季风气候，属暖温带半干
2、旱半湿润气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春季少雨，秋季湿润。其气象特征如下： （1）年最大日降水量：89.7mm （2）最大积雪深度：1.5mm （3）最大冻土深度：42cm （4）地面平均温度：29.8 （5）极端最高气温：42.6 （6）极端最低气温：-14.8 （7）多年平均气温：-1.2(1月), 26.3(7月)二. 设计规范与标准（1） 交通部部颁公路桥涵设计规范合订本（2） 交通部部颁公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)（3） 交通部部颁公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)（4） 泵送混凝土施工技术规程(YBJ20-90)三 上部结构计算理论与方法根据主梁一般
3、横断面（见图1-1），将桥梁按照空间实用理论简化为平面杆系，主梁简化后结构离散图见图2。采用桥梁专用程序进行桥梁施工阶段、成桥状态的恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座位移、风荷载、温度变化等荷载作用下的分析计算。成桥后，上部为66+120+66米共孔变截面预应力混凝土连续箱梁，计算跨径：L=65.5+120+65.5米。全桥采用横向、纵向及竖向三向预应力体系。图1-1 主梁断面图四 计算基本资料及参数选取1 基本资料1.1 技术指标1）设计荷载：汽车-超20级，挂车-120 2）地震荷载：地震基本烈度7度 3）桥面净宽：2(净12m+0.5m防护栏)+3.0m分隔带 4）桥面纵坡：+0.
4、52% 5）温度荷载：箱梁合拢温度取20，日照温差按升降温10进行计算。6）支座强迫位移：2cm1.2主要材料：1)混凝土 主桥箱梁采用50号混凝土。2）预应力系统纵、横向预应力钢绞线应符合美国标准ASTMA416标准的有关规定，钢绞线标准强度Ryb=1860Mpa。公称直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量Ey=1.9105Mpa，其中主桥顶板预应力钢束采用OVM15-17锚固体系，底板预应力钢束采用OVM15-13锚固体系，横向预应力钢束采用BM15-3锚固体系。竖向预应力钢筋采用32l粗钢筋，应符合国家标准GB1499-91的有关规定，标准强度750Mpa，采用YGM锚具。3
5、）非预应力钢筋级钢筋应符合钢筋砼用热轧带肋钢筋GB1499-91的规定，光圆钢筋应符合钢筋砼用热轧光圆钢筋GB13013-91的规定，Q235钢板应符合碳素结构钢GB700-88的要求，Q345A钢板应符合低合金高强度结构钢GB/T1591-88的要求。2 参数选取（1） 混凝土采用50号砼，设计强度Ra=28.5Mpa，Rl=2.45Mpa。其余材料指标按规范计。（2）预应力钢材标准强度 Ryb=1860Mpa钢束弹性模量 Ey=1.9105Mpa锚下张拉控制应力 K=0.75*Ryb=1395Mpa孔道偏差系数 0.0015松弛率0.07摩阻率0.25锚具变形=0.006m3 主桥几何尺寸
6、桥梁上部为三孔预应力混凝土连续刚构箱梁桥，跨径组合为66+120+66米，由上、下行的两个单箱单室箱形断面组成，箱梁根部梁高6.5米，跨中梁高2.8米，其间梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板为0.28米，底板厚由跨中0.3米按二次抛物线变化至根部0.7米，箱梁顶板宽13.5米，底板宽7.0米，腹板厚0.4米，桥墩顶部范围的箱梁顶板厚0.5米，底板厚1.0米，腹板厚0.6米，除桥墩上箱梁块件内设置2道横隔板外，其余箱梁均不设横隔板。4 施工阶段的划分主桥施工共分58个阶段，阶段划分根据施工进度和施工顺序安排，用桥梁专用程序进行分析计算。5 主要参数计算（1）桥面铺装：桥面铺装采用6cm厚沥青混凝土铺
7、装+9cm水泥混凝土铺装。q1=0.092513.5+0.0625.512=48.74kn/m（2）防撞护栏盖板： q2=0.23125.52= 11.78kn/m（3）荷载横向分布系数计算汽车荷载横向分布系数： 30.81.15=2.76挂车荷载横向分布系数： 1.156 预应力布置边跨跨中：14（13j15.24）= 182股中跨跨中：32（13j15.24）= 416股支点：52（17j15.24）= 884股钢束布置见有关设计图纸五 施工监控的必要性及监控方法 1、监控的必要性桥梁设计过程是一种理论性的设计和分析过程，如材料强度、弹性模量等均按规范取值，年平均温差、风载、降水等因素均由
8、当地统计资料取得。而桥梁的施工过程是具体的工程实践过程，影响桥梁内力和变形的各种因素必然与设计值存在一定差异，这种差异随着桥梁跨径的增大，桥墩的增高，对桥梁内力和变形的影响显著增大，以致使许多设计资料不能直接应用到施工当中，必须经过施工监控对这些资料进行修正，才能应用到工程中去。如桥面标高，设计图纸中给出的是施工完成后理论标高，不是施工采用标高，在施工中需要考虑基础沉降、温度变化、预应力产生预拱度、混凝土收缩、徐变等因素对标高的影响。因此，监控是连接设计和施工的关键纽带，对桥梁的施工质量和运营状态起着重要作用。施工监控主要有三方面的作用：(1)、桥梁在建筑过程中，其变形控制在设计变形范围内，桥
9、梁建成后，桥面标高及桥梁几何线形达到设计形状。(2)、使桥梁在建筑过程中和建成后，各控制截面内力达到合理的状态。(3)、在施工过程中保证桥梁的安全。2、监控的依据对大桥实施有效施工监控的主要依据是：禹阎高速高墩大跨连续刚构桥施工监控咨询邀请书、姬家庄特大桥施工监控咨询文件、姬家庄特大桥施工图设计文件、姬家庄特大桥施工组织设计以及相关的技术规范、标准等。目前施工单位提供的施工方案如下：总体施工方案：采用8只三角形挂蓝在左、右幅四个主墩同时施工各块段；模板采用大块钢模板；用混凝土运输车运输混凝土，用混凝土输送泵灌注砼；用塔吊垂直提升钢筋、机具。先进行边跨合拢再进行中跨合拢。（1）0、1号梁段施工方
10、案0#、1#梁段在墩旁托架上浇筑，墩旁托架配合斜拉索悬吊桁架施工，托架由安装于墩身上的三角托架承重。具体工艺流程为：在桥墩上预埋平台构件、拼装施工平台、安装底模、托架预压、侧模，绑扎底板、腹板钢筋及安装预应力波纹管，安装内模，绑扎顶板钢筋及安装预应力波纹管，各部位检查测量，0、1块段混凝土灌注分两次成型。（2）箱梁的挂蓝悬臂施工工艺全桥悬臂浇筑箱梁共有4个单“T”，每个单“T”一侧悬臂共划分15个梁段，其中0#、1#梁段同时浇筑，2#15#梁段采用挂蓝悬臂浇筑，0、1#梁段长10m，2#15#梁段长度划分为4x3.5m、10x4.0m，形成最大悬臂时单边长54m。挂篮悬浇施工顺序为：挂篮就位侧
11、模安装底板、腹板钢筋、竖向预应力安装端头模板安装横（含底板、横隔板）、纵向预应力管道、锚具安装顶板钢筋浇筑混凝土养生预应力筋张拉管道压浆挂篮前移挂篮形式：三角形挂篮。（3）边跨现浇梁段施工方案边跨现浇段长度为5.0m，采用满堂支架现浇，施工时首先搭设好支架，进行预压，重新调整支架，铺设模板，进行现浇施工。（4）合拢段施工方案 共有6个合拢段（双幅），每段长度均为2.0米，合拢段箱梁中心高度为2.8米。合拢段施工顺序为：先边孔合拢再中孔合拢。边跨合拢段和中跨合拢段采用不同的方法施工。中跨合拢段采用挂蓝上的模板系统进行施工；边跨合拢段采用在膺架或满堂支架上现浇方案。中孔合拢段施工程序：张拉完边跨底
12、板预应力索后,拆掉一侧挂蓝,同时另一侧挂蓝前移,跨过中跨合拢段将挂蓝底模平台锚于两个单T最后梁段的底板上,外侧模悬于两梁段的翼缘板上,内模置于底板顶面上,内外模间用对拉螺栓拉紧设水箱劲性骨架就位焊接劲性骨架安装张拉合拢预应力筋绑扎钢筋、安装模板浇筑砼、同时减配重养生、等待强度张拉预应力筋及灌浆拆除模板、吊架及中跨合拢束。边孔合拢段施工程序：搭设支架、装底模设水箱、安装劲性骨架安装张拉合拢预应力筋绑扎钢筋、安装模板浇筑砼养生等强张拉预应力筋及灌浆拆除模板及支架。3、监控的主要内容在施工过程中观测基础沉降，分析基础沉降对墩顶标高、桥梁结构内力及变形的影响，控制各基础不均匀沉降小于设计值；分析各桥墩
13、在施工过程中的弹性变形及混凝土收缩、徐变引起的变形，结合基础沉降，为施工提供各墩顶的施工标高；根据桥梁施工特点，将桥梁施工过程分为若干个施工阶段，分析各施工阶段截面的挠度和应力；配合施工单位在箱梁悬浇过程中测量各断面的实测标高；在悬浇过程中，根据各梁段浇筑混凝土、张拉预应力、移动挂篮的理论挠度和实测挠度，梁段的预拱度以及挂篮的变形，提供各梁段的施工立模高程。分析不同合拢温度对结构内力、变形以及支座、伸缩缝影响，并对支座和伸缩缝的施工提出合理建议。完成混凝土强度、容重以及弹性模量等试验工作；在合拢阶段，对箱梁实施顶推，优化结构内力；在桥梁施工过程中，对控制截面应力进行监测，保证桥梁在安全状态下进
14、行施工。第二章 施工监控的实施方案一、现场监测的内容及方案1、挂篮静力荷载试验（施工、监理单位协助）挂篮的静力试验是为了测试挂篮承重能力、消除永久变形、测试挂篮的弹性变形，为立模高程提供依据，确保施工安全。静载试验采用压重法，压重荷载按最大悬臂块件混凝土重量的1.4倍进行加载，测试挂篮底模和吊杆的受力状态及挠度。分两部分进行压重试验：挂篮底模部分和箱梁翼板、顶板支架部分。2、混凝土弹模、容重的测定混凝土实测应力是通过混凝土实测应变乘以混凝土的弹性模量换算来的。弹性模量准确性影响结构应力实测值和结构挠度计算值。桥梁恒载大小与混凝土容重大小有关，影响各施工阶段结构的挠度和应力值，对容重的准确测定，
15、可提高对结构挠度和应力分析的准确性。弹性模量测试是通过三个试件进行现场测试，容重测试是称量弹性模量试件计算取得。3、桥墩基础沉降观测桥墩基础沉降观测是为确定墩顶标高，估计成桥后基础不均匀沉降提供资料。沉降观测时，在1、2号墩承台上设永久观测点，在桥梁施工过程中，用精密水准定期测量承台沉降。4、主跨结构施工监测关键截面应力测试a、桥墩关键截面应力测试在墩顶、墩底和墩身截面变化处埋设钢弦应变计，在箱梁悬浇、顶推合拢等各施工阶段前后，测量应变的变化，并与理论计算值进行比较，用以指导桥梁合拢及顶推的施工。b、箱梁关键截面应力测试在悬臂施工阶段，主梁悬臂根部负弯矩最大，因此选取该截面进行正应力监测。在截
16、面上下缘埋设钢弦应变计。根据施工工艺，从2梁段开始，每个梁段在浇筑完混凝土和预应力张拉后各进行一次应变观测，并与理论计算值进行比较，了解悬浇过程中应力变化情况。在合拢后，除悬臂根部截面负弯矩最大外，跨中合拢截面正弯矩也最大，此时主梁根部截面和跨中截面均为应力监测控制截面。箱梁标高、位移监控箱梁标高、位移监控目的是在桥梁合拢时，不同T的合拢高差满足设计要求；成桥后箱梁线形顺畅；桥面平整，标高满足设计要求。、分析桥梁施工工艺，考虑各施工阶段影响结构变形的各种施工因素，应用施工线形控制电算程序，计算各施工阶段的施工控制高程，及时提交施工单位，保证大桥的施工线形控制。、施工线形标高控制电算程序需要相关
17、参数需按各施工阶段的实际龄期考虑混凝土收缩、徐变，考虑实桥混凝土取样的实测弹性模量、成桥实际几何尺寸等现场反馈的信息来确定相关参数，使计算状态尽可能与实际相符。因此监控人员应有效地收集施工体系的实际状态下的相关参数数值，也要求施工单位需及时提供施工实际状态下的有关情况。、监控人员配合施工单位测量各悬灌施工段施工完毕时的实际标高和预应力张拉完成后的实际标高，于下一梁段悬灌前12小时提供该梁段名义立模标高。名义立模标高为该施工段前端顶面中线上标高，不包括桥面铺装层厚度。施工立模标高名义立模标高+施工修正值施工修正值为考虑挂篮施工自身变形和模板变形的影响值，由施工单位自定。可通过挂篮试验、施工实测或
18、根据经验确定。根据施工立模标高和桥面横坡值，施工单位可确定立模的其它控制点标高。、计算每施工阶段张拉预应力后标高。根据施工单位在悬灌各阶段标高实测成果，分析前一施工段施工标高控制结果。提出是否需要纠偏及建议采取的纠偏措施。（施工桥梁线形控制测量：施工单位在每施工段悬灌过程中需对施工体系顶面至少进行二次控制测量，分别是该梁段混凝土浇筑完成后、预应力张拉后。）、合拢控制：合拢前根据设计合拢的措施和次序，进行桥梁变形状态控制计算。根据控制计算结果，提供全桥合拢施工控制标高，以及合拢过程的各阶段桥梁变形状态。、提供合拢后桥面二期荷载施工标高控制计算结果。箱梁温度变位控制；a、日照对悬臂段施工标高的影响
19、日照可使桥墩高度发生变化，使箱梁产生横向和竖向挠曲，对悬臂端施工标高产生影响。对于这种影响，采用在全桥温度最均匀时实施桥梁线形测量基本上可消除。即：实施桥梁线形测量的时间应在早上日出前的时间内，最好每次测量均在相对固定的时间段内。采用此方法还可以消除箱梁日照温差应力的影响。b、季节温差变化对桥梁施工标高的影响。季节温度变化对桥梁施工标高的影响属于均匀温差影响，主要是桥墩高度随温度变化引起的，在墩顶托架上浇筑梁段时，应计入季节温度变化对箱梁顶面标高的影响。测试断面及测点布置箱梁应力测试断面布置在距悬臂端根部1.5m和跨中位置。桥墩应力测试断面布置在距墩底2.5m处，距墩顶2.5m处。挠度测点布置
20、在每段箱梁的前端，其顺桥向距悬臂施工的梁段前端20cm，横向布置在箱梁中心线上。 5、钢绞线管道摩阻损失的测定选取顶板束和腹板束各2束预应力管道进行摩阻损失试验，以获取其设计中采用的预应力损失计算参数、。在预应力张拉时，预应力筋的伸长量与张拉力、预应力筋长度、预应力损失参数、有关，在预应力筋张拉时，分级加载，测量不同张拉力时的预应力筋伸长量，也可反算出实际预应力管道的参数、。二、监控设备及安装1） 监测设备（1）智能监测仪SS-数据采集仪；智能型温度数据采集仪 UJ33a电位差计。（2）智能传感器JXG传感器JXH传感器THT温度传感器及热电偶；2）监测设备安装仪器设备到工地后，在室内对监测系
21、统进行试运行，以考核对环境的适应性；承台施工完成后，在承台顶适当位置布设基础沉降观测点；对于桥墩，在立模板之前，安装测点；对于主梁根部测点，在混凝土浇灌前进行点安装；对于主应力测点，在混凝土浇灌前进行测点安装；对于主梁跨中，在立侧模板之前进行测点安装；1#梁段测点安装后，在混凝土浇注之前，建立桥梁监测站，连续对应力、温度测点进行数据采集，及时整理提出监测结论及建议。合拢后，监控系统调试。自此，完成仪器设备的安装工作。每完成一段的混凝土的施工，及时提交监控结果及建议。3）传感器的局部安装姬家庄特大桥的应力应变现场测试元件安装主要包括智能应变传感器。主要位置确定在墩身的底部和顶部截面、悬臂根部和跨
22、中合拢段。墩身传感器安装方法采用预置，即：在钢筋骨架就位后将传感器绑扎在钢筋上，导线置于紧贴模板的安装盒内，然后浇注混凝土，拆模后从安装盒内取出导线。箱梁底板和腹板传感器方法采用预置方法安装；顶板传感器采用后埋法安装，即：在混凝土浇注完毕后，趁混凝土尚未初凝将传感器埋入指定位置，将导线置于保护层内从侧面引出。4）检测系统现场安装的配合施工检测系统现场安装的工作繁琐，工作面狭窄，测试部位高危性较大，且安装间隔时间较长， 主要由于不同跨径及桥位的桥梁上部施工步骤及施工工序间隔时间不同，因此作为施工监控单位需要施工单位与业主的紧密支持与配合，包括保护管道的铺设及线路维护，电力的提供等相关事项，具体问
23、题的解决有待于施工控制单位进场后，与各方的共同协商。三、监控的组织机构1、施工监控组织机构由施工单位、施工监控单位、设计单位和建设单位参加。包括施工控制单位的现场负责人，施工单位的测量和现场负责人，监理单位的现场代表，设计单位的设计代表和建设单位的配合，其中施工监控单位的现场负责人任组长。 施工控制运行程序图2、协作事项要求对施工步骤安排计划要求施工步骤对标高、构件工作状态的预测起关键作用，不同的步骤将有不同的内力状态，因此，应请施工单位提供具体的施工步骤安排计划，主要包括：全桥的施工步骤，每个阶段施工的具体步骤，每个步骤时的主要施工荷载数量及位置，每个阶段施工循环的具体步骤，每个步骤时的主要
24、施工荷载数量及位置，每个步骤的大致时间安排及顺序等，这些计划在施工开始后不应有大的变化，尤其是浇注混凝土，构件安装顺序不得变化。对施工现场的要求主要施工机具的数量及位置应尽量与施工步骤安排所确定的相同，确保对称施工，根据经验，过大的不对称出现后误差很难纠正；对应力及温度现场测试的引出线予以保护，以保证整个施工过程中均可观测。各单位协作要求施工控制的好坏，不仅取决于施工监控单位，而且和业主、设计、监理、施工等单位的配合是分不开的。因此提出如下要求：a、施工单位应及时提供施工组织设计资料和工程进度表，如有变化，应尽早通知施工监控单位；配合施工监控单位安排振弦式应力计及相关现场测试用的仪器设备、线路
25、等，并为施工控制单位测试人员测试应力等数据提供方便；并应及时提供墩、梁等主要结构监测点的高程、位移测量数据；b、监理单位应主动收集各工况的墩、梁位移测量数据，并将分析确认后及时提交施工监控单位分析；对于施工控制单位提出的修改方案，督促施工单位执行；c、设计单位应及时提供必要的设计计算资料，给施工监控单位，尤其是开工后的设计变更图及施工步骤等。各参建单位具体分工按西禹公司有关文件执行。3、施工监控人员组成技术顾问：梁智涛监控人员名单：监控总负责人： 李春轩项目负责人： 叶全斌现场负责人： 马 杰分析与监测：赵煜、王兴达、马杰、赵伟封等姓 名职 称工作内容备 注李春轩高 工项目总负责人，监控方案制
26、定叶全斌工程师项目负责人，监控方案实施 赵 煜高 工模拟计算分析王兴达高 工模拟计算分析顾问耿永魁助理工程师应力监控实施及误差分析崔平如高 工误差分析实施顾问马 杰助理工程师现场监控负责，应变、挠度测试赵伟封高 工挠度监控方案实施梁智涛高 工监控方案实施顾问王新跃工程师设备采购，标定上述人员将根据监控工作的实际需要及时增减，保证监控工作的顺利进行。第三章 施工监控的应力、挠度分析一、计算模型建立根据悬浇梁段的长度和桥墩与箱梁的连接形式，建立结构计算模型，全桥共分101个单元，桥面系71个单元，桥墩、基础30个单元，12号墩为主桥桥墩、0号、3号为桥台。0号、3号台顶设活动支座，其余桥墩墩梁固结
27、，详见计算简图51所示。图5-1 模型计算简图二、施工阶段分析根据桥梁的施工工艺，全桥共分58个施工阶段，各施工阶段的工作内容、施工天数及安装单元号见表5.1所示。 施工阶段划分一览表 表5.1施工阶段编号内容描述施工天数安装单元编号1浇注灌注桩基础502浇筑承台、桥墩603施工墩顶0#块1019、2052、534挂篮安装，重量70t，准备浇筑1号块351号块悬浇施工418、21、51、546张拉顶板束T137移动挂篮，准备浇筑2号块382号块悬浇施工417、22、50、559张拉顶板束T2310移动挂篮，准备浇筑3号块3113号块悬浇施工416、23、49、5612张拉顶板束T3313移动挂
28、篮，准备浇筑4号块3144号块悬浇施工415、24、48、5715张拉顶板束T4316移动挂篮，准备浇筑5号块3175号块悬浇施工414、25、47、5818张拉顶板束T5319移动挂篮，准备浇筑6号块3206号块悬浇施工413、26、46、5921张拉顶板束T6322移动挂篮，准备浇筑7号块3237号块悬浇施工412、27、45、6024张拉顶板束T7325移动挂篮，准备浇筑8号块3268号块悬浇施工411、28、44、6127张拉顶板束T8328移动挂篮，准备浇筑9号块3299号块悬浇施工410、29、43、6230张拉顶板束T9331移动挂篮，准备浇筑10号块33210号块悬浇施工49、
29、30、42、6333张拉顶板束T10334移动挂篮，准备浇筑11号块33511号块悬浇施工48、31、41、6436张拉顶板束T11337移动挂篮，准备浇筑12号块33812号块悬浇施工47、32、40、6539张拉顶板束T12340移动挂篮，准备浇筑13号块34113号块悬浇施工46、33、39、6642张拉顶板束T13343移动挂篮，准备浇筑14号块34414号块悬浇施工45、34、38、6745张拉顶板束T14346移动挂篮，准备浇筑15号块34715号块悬浇施工44、35、37、6848张拉顶板束T15349准备边跨合拢1050前移边跨挂篮，搭支架，压配重50t，边跨合拢施工101、2、3、69、70、7151张拉边跨合拢钢束1052拆除边跨施工机具1053前移中跨挂篮，压配重50t，吊架30t,准备合拢中跨1054合拢中跨施工103655张拉中跨底板预应力钢束1056拆除中跨施工机具并进行体系转换6057浇注桥面铺装、栏杆5058使用阶段1000三、 悬臂浇筑过程中挠度及应力分析在悬浇过程中，1、2号墩身变形相同，为8.
