连续梁施工监控方案

新建淮北至萧县北客车联络线 跨郑徐客专特大桥48+80+48米 预应力混凝土连续梁施工监控方案

甘肃交达工程检测科技有限公司

二零一五年五月

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目 录

1 工程概况 .................................................................................................................................. 1

1.1设计概况 ............................................................................................................................ 1 1.2 主要技术标准 ................................................................................................................. 1 1.3 采用的主要规范和主要参考图 ..................................................................................... 2 2 桥梁施工监控概论 .................................................................................................................. 2

2.1监控概论 ............................................................................................................................ 2 2.2桥梁施工监控重要性 ........................................................................................................ 3 3 桥梁施工监控的内容和方法 .................................................................................................. 4

3.1 桥梁施工监控的内容 ..................................................................................................... 4 3.2 桥梁施工监控的方法 ..................................................................................................... 5 3.3 桥梁施工监控的特点 ..................................................................................................... 6 4 桥梁施工控制系统 .................................................................................................................. 7

4.1 桥梁施工控制系统 ......................................................................................................... 7 4.2 桥梁施工控制概况 ......................................................................................................... 7 5 桥梁施工控制结构分析方法 ................................................................................................ 12

5.1 桥梁施工过程模拟分析方法 ....................................................................................... 12 5.2 桥梁施工控制结构分析方法 ....................................................................................... 14 6 桥梁施工监测系统 ................................................................................................................ 16

6.1 施工监测系统建立 ....................................................................................................... 16 6.2 施工监测内容 ............................................................................................................... 16 7 桥梁施工控制管理 ................................................................................................................ 17

7.1 预应力混凝土连续梁桥悬臂施工 ............................................................................... 17 8 与各单位的协作 ...................................................................................................................... 24 9.附表 ........................................................................................................................................... 25

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1 工程概况

1.1设计概况

新建淮北至萧县北客车联络线，跨郑徐客专特大桥桥梁全长上行线为2611.34m、下行线为2539.655m，起讫里程上行线为DK24+978～DK27+5.340、下行线为Y2K25+141.625～Y2K27+517.655。本桥共3联（48+80+48）m连续梁，墩号为153#~156#、162#~165#、Y152~Y155，主墩连续梁0#块共计6个，分别位于1#、155#、163#、1#、Y153#、Y1#墩墩顶。0#块结构尺寸为：梁长10m，梁底宽4.4m,梁顶宽7.1m（两边翼板1.35m宽），中支点处梁高6m，端支座处和边跨直线度及跨中处为3.6m；梁顶板厚32cm,底板厚80cm，腹板厚为80cm。

该连续梁一联三跨分两个A0段；悬臂浇筑段分两个A1~A8、B1~B8；两个A10为边跨现浇段；两个A9为边跨合拢段；一个B9为中跨合拢段。全梁中跨中心对称，如图1.1所示。

A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0B1B2B3B4B5B6B7B8B9

图1.1 节段划分图

1.2 主要技术标准

①铁路等级：客运专线 ②正线数目：单线

③设计速度目标值：160公里/小时。 ④最小曲线半径：1600米。

⑤使用年限：100年 ⑥轨道类型：有砟轨道

⑦地震动参数：地震动峰加速度Ag=0.1g。

1.3 采用的主要规范和主要参考图

《铁路桥涵设计基本规范》 (TB10002.1-2005) 《高速铁路设计规范（试行）》 (TB10621-2009) 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 (TB10002.3-2005) 关于发布《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》等三项标准局部修订条文的通知 (铁建设[2009]22号) 《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》 (TB10002.4-2005) 《铁路桥涵地基和基础设计规范》 (TB10002.5-2005)

《铁路工程抗震设计规范》 (GB50111-2006)(2009年版) 《铁路无缝线路设计规范》 (TB10015-2012) 《铁路混凝土结构耐久性设计规范》 (TB10005-2010) 《铁路边坡防护及防排水工程设计补充规定》 (铁建设[2009]172号) 《高速铁路桥涵工程施工技术指南》 (铁建设[2010]241号) 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》 (TB10752-2010) 《铁路工程桩基监测技术规程》 (TB10218-2008)

《铁路运输安全保护条例》 (中华人民共和国令第430号) 《客运专线无碴轨道铺设条件评估技术指南》 (铁建设[2006]158号)及局部修订条文 (铁建设[2007]150、[2008]147号) 时速250公里客运专线铁路无咋轨道预应力混凝土连续梁通用图跨度(76+144+76)m 西成施特桥通EY-08

2 桥梁施工监控概论

2.1监控概论

分段悬臂浇筑法是目前国内外预应力混凝土连续梁（刚构）桥的主要

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施工方法。当桥梁下部结构施工完成之后，从桥墩墩顶部位浇筑箱梁零号块开始至全桥箱梁合龙，其间经历逐段立模浇筑混凝土节段，分批张拉预应力钢束，逐步至全桥合龙的较长施工过程。由于各个阶段的变形、内力、应变与墩高、荷载大小、混凝土收缩、徐变、预应力筋应力损失、温度、施工误差、材料特性等多种因素有关，加之各阶段混凝土加载龄期不同的相互影响，从而会造成桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致，结构的受力变形过程表现为非平衡的随机过程。因此，为了保证施工质量，必须对梁的整个悬浇过程进行施工控制，在施工过程中对结构内力和变形不断进行监测，分析其与设计理论值间的关系，对施工过程及有关控制参数加以调整和控制，保证建成后的主梁线形及结构的受力状态符合设计期望值，结构受力尽可能处于最优状态。所以实施桥梁监控量测，及时、准确地提供施工控制数据对桥梁的施工质量有着重要的意义。

2.2桥梁施工监控重要性

衡量一座桥的质量标准就是看保证已成桥的线形以及受力状态是否符合设计要求。如何实现这一要求需通过桥梁施工监控来控制，因为桥梁在施工过程中，将会受到许多确定和不确定因素的影响，包括设计计算、使用材料性能、施工精度、荷载、大气温度等诸多方面在理想状态与实际状态之间存在差异，施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实的数值，对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工系统处于控制之中，对设计目标安全、顺利实现是至关重要的。

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3 桥梁施工监控的内容和方法 3.1 桥梁施工监控的内容

3.1.1 结构变形控制

桥梁结构尺寸的控制是施工控制的基本要求。但结构在施工形成过程均要产生变形，加之施工过程各种误差的积累，因此任何一个结构不可能达到与设计尺寸准确无误的吻合，但要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，并将其降低到允许的程度。悬臂浇筑混凝土梁允许偏差见表3.1，以便参考。

表3.1 悬臂浇筑混凝土梁允许偏差 项 目 允许偏差（mm） +15 悬臂梁段高程 -5 合龙段长的1/100，且不大合龙前两悬臂端相对高差 悬臂浇筑段 于15 15 梁段轴线偏差 梁段顶面高程差 ±10 10 L≤100m 轴线偏位 L/10000 L＞100m L≤100m ±20 L/5000 顶面高程 L＞100m 10 相邻节段高差 +5 合龙段 高度 -10 断面尺寸 顶宽 ±30 +10 顶底腹板厚 0 20 L≤100m 同跨对称点高程差 L/5000 L＞100m

3.1.2 结构稳定性控制

目前主要通过稳定分析计算，并结合结构应力，变形情况来综合评定、控制其稳定性。

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3.1.3应力监控的控制措施 主要设计参数实施控制

在施工过程中，对影响桥梁结构应力状态的主要设计参数实施有效的控制。对于梁的截面尺寸、混凝土的容重、混凝土的弹性模量、预应力钢筋的张拉控制应力、混凝土的收缩徐变和施工临时荷载是影响结构应力的主要设计参数，在施工过程中通过严格控制主要设计参数使之尽可能接近理论值以达到对结构应力的控制。对设计参数实施控制的具体操作方法分述如下：

（1）箱梁的截面尺寸。安装模板时确保严格按设计尺寸进行施工，特别要保证模板的刚度，使之在浇筑混凝土过程中不变形。采取必要的施工措施保证浇筑混凝土的部位与高度。

（2）混凝土的容重、弹性模量。对主要材料混凝土的材料特性应反复进行试验，确保施工材料的材性稳定，施工过程中通过现场测试、反馈、调整确保混凝土的容重、弹性模量符合设计要求。

（3）预应力钢筋的张拉控制应力。严格按双控张拉预应力钢筋，通过现场测试确定预应力的损失值，进而调整张拉控制应力。

（4）混凝土的收缩徐变。对于连续梁（刚构）桥，混凝土的收缩徐变对结构内力影响较大，到现在为止从理论上还不能做出十分精确地分析，在施工过程中主要是控制混凝土的加载龄期、结构应力的大小。

（5）施工临时荷载。施工临时荷载对结构内力影响很大。所以在施工控制计算中应尽可能使施工临时荷载与实际一致，在施工过程中避免临时荷载变化过大引起较大的内力误差。

3.2 桥梁施工监控的方法

桥梁施工控制的方法随桥梁结构形式、施工特点及具体控制内容不同，方法也不同。总体可分以下几种：事后控制法、预测控制法、自适应控制法、最大宽容法等。

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（1）事后调整控制法是指在施工中，当已成结构状态与设计要求不符时，即可通过一定手段对其进行调整，使之达到要求。因对施工过程中的结构内力状态不清楚，容易出现安全事故，且最终的线形往往难以达到理想状态。所以，事后调整不是一个好的控制方法。

（2）预测控制法是指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（节段）形成状态进行预测，使施工沿着预定状态进行，由于预定状态与实际状态免不了有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测予以考虑，一次循环，直到施工完成和获得与设计相符合的结构状态。这种方法适用于所有桥梁，而对于那些已成结构的状态具有不可调整性的桥梁施工控制必须采取此方法。

（3）自适应控制法也称为参数识别修正法。它是指在控制开始时,控制系统的某些设计参数与实际情况不完全相符，系统不能按设计要求得到符合实际的输出结果，但是，在系统的运行过程中，通过系统识别或参数估计，不断地修正参数，是设计输出与实际输出相符，从而实际问题得到控制。

（4）误差的容许值法是在设计时给予主梁高程和内力最大的宽容度。这做法减少了控制的难度，但会产生其他问题，如斜拉锁的制作长度问题，对与现有的施工中的支架安全控制则主要是通过支架应力，变形进行跟踪监测，并将其监测值与相应计算值比较，判断是否在安全范围内，查找原因确保施工安全。

3.3 桥梁施工监控的特点

由于桥梁结构形式和施工方法有许多种，因此不同的桥梁施工控制侧重点不同。连续梁施工时，在主梁的悬臂浇筑或悬臂拼装过程中，确保主梁线形和顺、正确是第一位的，施工中以高程控制为主。

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4 桥梁施工控制系统

4.1 桥梁施工控制系统

由于施工中受到不确定的因素很多，要使桥梁施工安全，顺利的向前推进，并保证成桥状态符合实际要求，必须将其作为一个系统工程予以严格控制，由于桥梁施工控制的实施牵涉到很多方面，所以必须实现建立完善有效的控制系统才能达到预期的控制目标。

桥梁施工控制系统的建立及其功能的确定要根据不同的工程施工实际分别考虑，且都必须具备管理与控制的能力。施工控制系统见图2.1：

桥梁施工控制系统

施工控制管理分系统 结构状态监测分系统 施工现场控制分系统

控制分析支系统 参数识别支系统 误差分析支系统 状态预测支系统 综合调优支系统

图2.1 桥梁施工控制系统

4.2 桥梁施工控制概况

(1)根据预计的工程进展及施工设备，制订线形控制实施计划。 (2)按照施工技术规范的要求，由施工单位对0#节段的施工托架进行测试，对挂篮进行测试，得到挂篮的荷载——挠度的对应关系，并根据各节段的重量及其施工荷载，确定了施工各节段时挂篮的变形值。

(3)灌注每一节段梁体混凝土之前，在顶面埋设挠度测点钢筋。

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(4)在施工过程中实测各施工阶段的挠度变化，根据工期变化、实际荷载参数及实测结果，及时调整预拱度值，控制立模标高。

(5)为了减少温度的影响，测量尽量在早晨或傍晚进行。

4.3 桥梁施工控制影响因素

4.3.1 灌注混凝土引起的挠度 （1）悬灌阶段

连续梁在悬灌阶段为悬臂梁体系，计算第n梁段在梁体自重作用下的挠度为△n1：

21xFdx1k(x)FdxFa2dxn10EI(x)0EI(x)0GA(x)

1式中：

△n1—悬灌阶段第n梁段在梁体自重作用下挠度(m)； l—从支座中心到第n梁段自由端的长度(m)； a—第n梁段自由端到新悬灌梁段重心的距离(m)； F—新悬灌梁段与挂篮的重量之和(kN)； E、G—混凝土的弹性、剪切模量(kPa)；

I(x)、A(x)—梁体X截面的惯性矩、面积(m4、m2)；

Axk(x)—剪应力分布不均匀修正系数，近似计算为A'x，其中，Ax为X

截面面积；A′x为X截面腹板面积。

(2)边跨合龙后

边跨合龙后，该桥实现全部合龙，梁体自重引起梁体的挠曲变形已经完成，该阶段梁体的挠度△n3主要由钢轨、扣件轨道板、防水层、保护层等二期恒载产生。需说明的是：M(x)、Q(x)在计算△n3和△n2时的意义不同，本阶段指由二期恒载产生的X截面的弯矩、剪力。 4.3.2 结构参数

不论何种桥梁的施工控制，结构参数都是必须的考虑的重要因素。结

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构参数是施工控制中结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。事实上，实际桥梁结构参数一般是很难与设计所采用的结构参数完全吻合，总是存在一些误差，施工控制中如何恰当的计入这些误差，使结构参数尽量接近桥梁的真实机构参数，是首先需要解决的问题，结构参数主要包括：

（1）结构构件截面尺寸，任何施工都可能存在截面误差，验收规范中也允许出现不超过限值的误差，而这种误差将直接导致截面误差，从而直接影响结构内力、变形等的分析结果。所以，控制过程中要对结构尺寸进行动态取值和误差分析。

（2）结构材料弹性模量，结构材料弹性模量与结构变形有直接关系，对通常遇到的超静定结构来讲，弹性模量对结构分析结果影响更大，但是对施工成品构件的弹性模量（主要是混凝土结构）总与设计采用值不完全一致，所以，在施工过程中要根据施工进度做经常性的现场抽样实验，特别要注意混凝土强度波动较大的情况，随时在监控过程中对材料的弹性模量的取值进行修正。

（3）材料容重。材料容重是引起材料结构内力与变形的主要因素，施工过程中必须要计入实际的容重与设计取值间可能存在的误差，特别是混凝土材料，不同的集料与钢筋含量都会对容重产生影响，施工控制中必须进行准确的识别。

（4）材料热膨胀系数。热膨胀系数的准确与否也将对施工控制产生影响，尤其是钢束结构要特别注意。

（5）施工荷载，在所有自架设体系中，都存在施工荷载，这部分临时荷载对受力与变形的影响在控制分析中是不能忽略的，一定要根据实际取值。

（6）预加应力。

预加应力是预应力混凝土结构内力与变形控制考虑的重要结构参数，

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但预加应力值的大小受很多因素的影响，包括张拉设备，管道摩阻，预应力刚劲断面结构尺寸，弹性模量等。施工控制中要对其取值误差做出合理估计。

4.3.3 施工工艺

施工控制是为施工服务的，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现，除要求施工工艺必须符合要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在施工控制中。 4.3.4 施工监控

监控包括应力监控、结构温度监控、变形监控等，是桥梁施工控制最基本的手段之一。因测量仪器、仪器安装、测量方法数据采集、环境情况等存在误差，所以施工监控总是存在误差，该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象，也可能造成将本来较好的状态调整得更差的情况。所以，保证测量的可靠性对施工控制极为重要。控制过程中，除了从测量设备、方法上尽量设法减小误差外，在进行控制分析时必须将其计入。 4.3.5 结构分析计算模型

无论采用什么分析方法和手段，总是要对实际桥梁结构进行简化，建立计算模型。这种简化使计算机模型与实际情况之间存在误差,包括各种假定、边界条件处理、模型化本身精度等。控制中需要在这方面做大量的工作，必要时还要进行专门的实验研究，以使计算机模型误差所产生的影响减到最低限度。 4.3.6 温度变化

温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变，在不同时刻对结构状态进行量测，其结果是不一样的。如果施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实形态数据（与控制理

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想状态比较），从而也难以保证控制的有效性。所以必须考虑温度变化影响。温度变化相当复杂，包括季节温差、日照温差、骤变温差、残余温度、不同温度场等，而在原定控制状态中又无法预知温度实际变化情况，所以在控制中是难以考虑的（要考虑也将是非常复杂的）。通常都控制理想状态定位在某一特定温度下，从而将温度变化对结构的影响相对排除（过滤）。一般是将一天中温度变化较小的早晨作为控制所需实测数据的采集时间。但对季节性温差和桥内温度残余影响要予以重视。 4.3.7 材料收缩、徐变

对混凝土桥梁结构而言，材料收缩、徐变对结构内力、变形有较大影响，这主要是由于施工中混凝土普遍存在加载期短、各阶段龄期相差大等引起的，控制中要予以认真研究，以期采用合理的、符合实际的徐变参数和计算模型。

一般情况下，混凝土收缩变形会随时间的延长而减少，收缩主要在混凝土灌筑后1～3个月内完成，以后的收缩值很小可忽略不计，而前期的收缩值在施工期内基本完成；徐变是在长期荷载作用下，混凝土塑性变形随时间增长的现象，这种变化也可造成梁体线形变化。

混凝土收缩徐变按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）计算。 4.3.8 墩身压缩的影响

该桥为连续梁，每个T构上作用悬灌梁体、施工挂篮、压重等，如此重的荷载作用于墩上会产生一定的压缩量，则墩身压缩对第n梁段产生的挠度△n8可计算为：

n8GdxEA(x)

式中：

△n8—墩身压缩产生的挠度(m)；

G—作用于墩身的荷载，计算方法为T构总荷载减去已施加荷载(kN);

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E、A(x)—墩身混凝土的弹性模量和墩身各截面的面积（kPa、m2）； 注：x方向为墩身向上方向。 4.3.9 挂篮移动引起的挠度变化

移动挂篮使悬臂下挠，挂篮向前移动荷载位置发生变化，引起弯矩增加。

4.4 施工管理

桥梁施工控制的对象就是桥梁施工本身，施工管理好坏直接影响桥梁施工质量、进度等。特别是施工进度一旦不按计划进行，必然给施工控制带来一定难度。以悬臂施工的混凝土连续梁、连续刚构桥为例。如果梁相对悬臂施工进度存在差异，就必然使两悬臂端在合龙前等待不同的时间，从而产生不同徐变变形较难准确估计，所以容易造成最终合龙困难。

5 桥梁施工控制结构分析方法

5.1 桥梁施工过程模拟分析方法

5.1.1 前进分析法

为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构受力状态和变形情况。前进分析法的特点是：

（1）桥梁结构在正装计算之前，必须制定详细的施工方案，只有按照施工方案中确定的施工加载顺序进行结构分析，才能得到结构中间阶段或最终成桥阶段的实际变形和受力状态。

（2）在结构分析之初，要确定结构最初实际形态，即以符合设计要求的实际施工结果（如跨径、高程等）倒退到施工的第一阶段作为结构正装计算分析的初始状态。

（3）本阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段

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结构位移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结构时差，材料非线形计算的基础。

（4）对于混凝土徐变、收缩等时差效应在各施工中逐步计入。 （5）在施工分析过程中严格计入结构几何非线性效应，本阶段结束时的结构受力状态用本阶段荷载作用下结构受力与以前各阶段结构受力平衡而求得。前进分析法在一个施工阶段中，新拼装的杆件用激活两个结点间的新单元进行模拟，计算是对施工阶段循环进行，循环结束时分析结果可以是成桥若干年后结构的受力状态。 5.1.2 倒退分析法

前进分析可以严格按照设计好的施工步骤进行各阶段内力分析，但由于分析中结构节点坐标的改变，最终结构线形不可能完全满足设计线形的要求。实际施工中桥梁结构线形的控制与强度控制同样重要，线形误差将造成桥梁结构合龙困难，影响桥梁建成后的美观和运营质量。为使竣工后的结构保持设计线形，在施工过程中用设置预拱度的方法来实现。而对于分阶段施工的连续梁桥、连续刚构桥，这个问题用前进分析是难以解决的。倒退分析法可以解决这一问题，它的基本思想是，假定t=t0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果，轴线满足设计线性要求。在此初始状态下，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节段对剩余结构的影响，在一个阶段内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。倒退分析法具有以下几个特点：

（1）倒退分析时的初始状态必须由前进分析来确定，但初始状态中的各杆件的轴线位置可取设计轴线位置。

（2）拆除单元的等效荷载，用被拆单元接缝外的内力反方向作用在剩余主体结构接缝处加以模拟。这些内力值可由前进分析计算来得到。

（3）拆除杆件后的结构状态为拆除杆件前结构状态与被拆除杆件等效荷载作用状态的叠加。换言之，本阶段结束时，结构的受力状态用本阶

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段荷载作用下的结构受力与前一阶段的结构受力状态叠加而得，即认为在这种情况下线性叠加原理成立。

（4）结构件应满足零应力条件，剩余主体结构出现新的接缝应力等于此阶段对该接缝面施工加的预加应力，这是正确进行倒退分析的必要条件。混凝土的收缩徐变与结构的形成历程有着密切的关系，徐变应变不仅与混凝土的龄期有关，而且与作用在混凝土构件上的应力应变有关。因而结构在进行倒退分析计算时，一般是无法直接进行徐变计算。为了解决这一问题，一般是应用下述的方法：在进行前进分析时，先不计入混凝土收缩徐变得影响，计算出结构的内力与变形值，然后在计算出结构计入混凝土收缩徐变后的内力与变形值，两者相减则可以得到每一阶段混凝土收缩徐变产生的内力与位移值，将其保存起来。接着进行倒退分析，按阶段扣除前进分析时相应阶段混凝土时效的影响。

桥梁施工监控一般采用前进法进行模拟计算，以后退法进行施工监控。

5.2 桥梁施工控制结构分析方法

5.2.1 有限元法

有限元法就是将连续梁体分解成有限个单元，单元间相互由节点连接的理想结点系统。分析时，先进行单元分析，用结点位移表示单元内力，然后将单元再结合成结构，进行整体分析，建立整体平衡关系，由此求出结点位移。

有限元法目前为结构分析的通用方法，主要是因为：一是计算机使用基本普及，采用有限元计算程序进行结构分析可大大减轻劳动强度，缩短计算时间，提高工作效率；二是桥梁结构属于空间结构，且结构越来越复杂，超静定次数越来越高，如采用解析法手算，必须进行结构简化，而这些简化与实际结构之间往往存在较大的差别，从而随着建桥材料性能的提高，桥梁跨径越来越大，如对大跨径桥梁也采用中小桥梁分析所以的弹性结构线性分析法，已不能反映结构的真实受力情况，而必须考虑非线性的

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影响，要进行桥梁结构非线性分析，只有通过电算来实现；三是大跨径桥梁除必须满足强度、刚度要求外，结构的稳定性、动力特性往往成为控制因素，结构式的稳定与动力分析也需要借助有限元分析来完成；四是桥梁施工方法多样，一般情况下桥梁结构分析计算必须考虑结构施工与形成过程，而结构施工过程仿真分析计算复杂、量大，绝非简单的计算所能完成。

采用有限法进行施工控制中的结构分析计算步骤：

（1）桥梁结构模型化。桥梁结构模型化就是将实际结构理想化为有限个单元的集合。计算模型建立的正确与否是保证计算分析结果是否正确的关键，其中，根据结构的受力特性与工作行为选择恰当的单元形式来模拟实际结构以及选择正确的约束模拟形式尤为重要。通常考虑建立一个统一的模型，而对某个施工状态的结构模拟则可通过某些单元的是否激活来实现。

计算模型中单元的选择应以能够准确描述施工过程中受力与变形状态为准。有限元分析中的单元类型较多，根据不同的结构体系，构造形式以及受力情况，模型中的单元可以是杆元、梁元、板元、体元、索元等；一个模型可以是由一种单元组成，也可以是由几种单元组成。

（2）桥梁结构的离散化。桥梁结构的离散化就是在模型化处理后，将结构离散化为带有有限个自由度的结构。单元大小与节点位置确定应充分考虑结构受力情况与施工单元的划分。

（3）按所用的软件输入要求形成数据文件。

（4）检查、校正数据文件。计算模型最终体现为数据文件，数据文件正确方能保证计算模型的正确，乃至能保证计算结果的正确性。

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6 桥梁施工监测系统

6.1 施工监测系统建立

（5）施工监测系统是大跨度桥梁施工控制系统中的一个重要部分，各种桥梁施工控制中都必须根据实际情况与控制目标建立完善的施工监测系统。不论何种类型的桥梁，其施工监测系统中一般都包括结构设计参数监测、几何状态监测、应力监测、动力监测、温度监测等几个部分。通过施工监测系统的建立，跟踪施工过程并获得结构的真实状态，不仅可以修正理论设计参数，保证施工控制预测的可靠性，同时又是一个安全警报系统，通过警报系统可及时发现和避免桥梁结构在施工过程中出现的超出设计范围的参数（如变形、截面应力等）以及结构的破坏。另外，该监测系统还可在桥梁使用中对其安全状况进行监测，为科学的管理与维护提供数据资料。

6.2 施工监测内容

施工监测方法很多，具体应根据监测对象、监测目的、监测频度、监测时间长短等情况选定最实用、可靠的监测方法。 6.2.1几何形态监测

几何形态监控的目的主要是获取（识别）已形成的结构几何形态，其内容包括高程、跨长，结构的线形、结构变形或位移等。它对施工控制、预报非常关键。 6.2.2温度监控

对于连续梁（刚构）梁体的混凝土结构测量，包括表面温度测量和体内温度测量两方面。对结构表面测试采用表面温度点测计测量，点测计测量灵活性大，可对任意点处的表面温度进行测量，对体内测量通常是选好

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的温度传感器贴在钢筋上。在作防潮和防机械损伤处理后埋入指定截面的混凝土内并引出导线，通过温度测量显示仪读取测量值。 6.2.3．应力监控

桥梁结构分段施工过程中，结构的安全是第一位的，通常通过监控结构应力来了解结构的实际应力状态，以确保结构受力安全。若发现实际应力状态与理论应力状态的差别超限就要进行原因查找和，使之在允许范围内变化。但结构应力控制的好坏不像变形控制那样易于发现，应力控制不力将会给结构造成危害，甚至使结构破坏。

应变计埋设在关键截面应力大处，例如底板下缘和顶板上缘。应变计的埋设位置要距离预应力锚固处一定距离，以免受到局部应力的影响。

在每一个对结构内力影响较大的施工工序后测量（浇筑完成后、张拉预应力后）；当施工工序间隔时间较长时，每隔3~5天测量一次。

7 桥梁施工控制管理

7.1 预应力混凝土连续梁桥悬臂施工

7.1.1 挂篮试验

在连续梁桥梁悬臂施工中，挂篮在承受混凝土梁段重量时会发生弹性变形。在制造和使用挂篮时，施工单位应对挂篮进行静力加载试验以验证其安全性并确定其弹性刚度，并通过分析计算确定其刚度在合理范围之内。挂篮加工完成后，进行预拼验证挂篮加工的精度。试拼后即对每套挂篮进行静载试验，根据浇注梁段重量并考虑一定的安全储备确定加载吨位。试验采取逐级加载方式，每级荷载加载完成后并持荷半小时以上，检查各杆件的安全状况，同时记录力与位移的关系。加载至试验加载吨位后，逐级卸载，检查各杆件的安全状况，同时记录力与位移的关系。挂篮试验应进行数次加卸载循环（3-5次），尽量完全消除非弹性变形。由试验测出力与

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位移的关系曲线，求出挂篮弹性和非弹性变形，作为施工控制时调整立模标高的依据。

在施工过程工作中，监控单位根据每个悬臂浇注节段的实际变形情况，分析校核挂篮的变形与刚度，并采用预测手段推演随后节段施工的挂篮变形值。

挂篮刚度测试试验由施工单位组织完成，监控单位配合完成相关计算工作和数据处理工作。 7.1.2 立模高程的确定

在主梁的悬臂浇筑过程中，很多因素会与事先估计的理想状态有差别，如：混凝土模量，混凝土收缩徐变，箱梁截面尺寸，张拉预应力效果，施工温度等，不可能与设计理论变形值完全符合。这些偏差必然会对桥梁的变形产生某些影响，使实际变形与理论变形存在一定的差异，从而影响成桥高程，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工实际情况相符，再按照修正模型确定新的立模高程，从而达到高程控制目的。

1．设计理论高程

理论上，设计高程即为桥梁正常使用下的高程，在总体上服从线路纵断面线型设计。或者说，桥梁的设计高程就是看桥梁竣工多年以后，在承受1/2静力活载情况下高程。在这里要求“竣工多年（一般3~5年）以后”是为了保证混凝土后期收缩徐变大体完成，桥梁不再发生明显的后期变形；承受1/2静力活载近似模拟桥梁正常使用下的活载工况。

高程监控的目的就是要使桥梁的线形满足设计要求。因此设计高程是高程监控的依据。

2．竣工高程

竣工高程即为桥梁刚刚竣工时的成桥高程。

如前所诉，桥梁在竣工后还要发生后期徐变变形及活载变形，因此可

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得：

H竣工—H后期徐变—H1/2静力活载=H设计

式中：

H竣工——桥梁竣工高程；

H后期徐变——桥梁竣工后混凝土徐变引起的变形，以向下为正； H1/2静力活载——桥梁承受1/2静力活载引起的变形，以向下为正； H设计——桥梁设计高程。 3．立模高程

立模高程即施工时模板的放样高程。悬臂浇筑施工的立模高程：

H立模=H设计+H计算预拱度+H挂蓝变形+H施工调整值

式中:

H设计——箱梁顶面（底面）中轴处设计高程，采用设计值； H计算预拱度——采用施工计算分析值，主要包括恒载，施工期间收缩徐变，温度影响，二期恒载，成桥后收缩徐变以及1/2静力活载等产生竖向变形；

H挂蓝变形——挂蓝变形调整值，一般由试验确定。 H施工调整值——施工过程中产生竖向变形的调整值

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模高程合理确定，是关系到主梁线形是否平顺，是否符合设计的一个重要问题。要使最终桥面线形较为良好，在确定立模高程时考虑的因素需要符合实际，并且加以正确控制，否则最终桥面线形会与设计线形有较大偏差。 7.1.2 挠度观测

挠度观测工作是结构线形控制工作的基础。在通常情况下，由施工单位承担桥梁施工的测量工作，监控单位则直接采用经监理认可的测量数据。

挠度观测在每个施工块件上布置两个对称的高程观测点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，

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对每一截面需进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力钢筋张拉前，预应力钢筋张拉后的高程观察，以便观察个点的挠度及箱梁曲线的变化历程，保证箱梁悬臂的合龙精度及桥面线形。高程控制点布置在离块件前端10cm处，采用Φ16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋牢固连接，并要求竖直。测点（钢筋）露出箱梁混凝土表面1cm，测点磨平并用红油漆标记。

测点布置如图7.1所示：

图7.1 测点布置图

7.1.3应力监测

应力监测主要是测试连续梁桥主梁的控制截面应力。一般来说，主梁上测点布置在悬臂根部、L/4、L/2等关键截面上。在施工过程中，阶段立模、混凝土浇筑，预应力张拉前后均需要进行测试，并与分析预测值作比较，如相差较大并超过设计要求，则必须进行详细的理论分析且通过对预应力钢筋张拉控制应力的调整来实现对内力调整使之符合结构内力的设计要求。由于设计误差和施工误差的存在，结构应力的理论值永远不可能与实际值一致。当结构应力理论值与实际值的差值在允许范围之内，结构内力不予调整。当理论值与实际值的差值超限时，则通过施工监测获得的结构真实状态参数，对结构重新进行分析，确定一个合理的预应力钢筋的张拉控制应力使结构内力符合设计要求。

桥梁结构应力监测的仪器

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目前应力监控主要采用电阻应变片传感器、钢弦式传感器等。电阻应变片传感器只能用于短暂的荷载增量下的应力测试，并且使用不便、耐久性差，所以，一般用于辅助应力测试与校核。对于适合于现场复杂情况、连续时间较长且量测过程始终要以初始零点作为起点的应力监测，目前基本采用钢弦式传感器，主要是钢弦式传感器具有较好的稳定性，自然具有应变累计功能，抗干扰能力较强，数据采集方便等。

如图所示为常用的钢弦式传感器，图为埋入式应变传感器，用于混凝土结构内部的应变（应力测量）。图为SCJM-ZH1综合测试仪。配合钢弦式传感器直接测量构件的应力、应变。

图7.2应力监控仪器

SCJM-ZH1测试仪是一种便携式、多功能、智能式读数仪。该测试仪监测速度快、精度高、使用简单方便等特点。仪器体积小、重量轻，可充电电池供电，使用携带极为方便。该传感器能在传感器内自动记录传感器编号、自动计算应变、自动监测温度的结果，保存记录测试结果。 7.1.4 传感器布置方案

实践表明；箱型截面整体性好，结构刚度大，承受正、负弯矩及抗扭能力强，是一种经济合理的截面形式。单箱单室薄壁截面，可提高单位面积的惯性矩，可采用箱梁顶板横向预应力与腹板内竖向预应力配筋来解决长悬臂箱梁的受力问题。对于大跨度三向预应力混凝土连续梁桥，箱梁结构在混凝土悬浇中各截面的应力分布有很大的差别。考虑到施工先后顺序、施工人员、施工时间、预应力索应力损失测定等因素，箱梁应力测试断面

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选择在0#块附近(悬梁根部)、L/4和合龙段(L/2)等处(L为桥梁主跨)。应力控制截面见图7.3所示。共9个断面（其中0#块附近(悬梁根部)截面4个、L/4处截面2个、合龙段1个和边跨1/2处2个），特殊桥梁可增加测试截面个数；应力监测的目的，是了解箱梁实际应力状态（与施工有关），应力控制截面不能太少，否则无法了解箱梁的应力状态和预应力损失等情况。

图7.3应力控制截面

考虑到箱梁应力测试断面的重要性，混凝土材料应力测试的离散性、应力滞后性和剪力滞后性等影响因素,在箱梁关键控制截面（箱梁根部、L/4处和L/2处截面 ）上拟布置4个应变传感器(顶板和底板分别2个)，顶板传感器安装在顶层纵向钢筋上，顶板传感器安装在底层纵向钢筋。如下图所示：

图7.4 3号截面应变传感器布置图

图7.5 号截面应变传感器布置图计

图7.61、6、9号截面应变计布置图 图7.72、7、8号截面应变计布置图

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通过纵向传感器测量箱梁的受力应变大小，获取控制截面的应力分布信息；并与设计值比较，作出合理的评价，并及时将分析结果反馈给设计、现场监理和施工单位等，完成信息化施工控制全过程。

传感器的安装方法。在传感器的安装过程中，要尽量保证安装精度，使安装的传感器受力状态能尽量反映梁体的实际受力情况。由于在有限元模型计算中，模型的计算结果是每一个梁体单元的顶缘应力和底缘应力，因此安装混凝土传感器时，顶板的传感器绑扎在顶层钢筋上，底板的传感器要绑在底层钢筋上。遵循的原则是使传感器尽量靠近梁体顶板的顶部和底板的底部。在传感器的绑扎过程中，传感器用扎丝牢靠的绑扎在顺桥向的主筋上，禁止焊接。由于每根传感器和长导线连接，在混凝土浇筑过程中为了不使导线损坏，导线要顺着钢筋走，用扎丝固定。为了保证埋设的成活率和测量的高精度，需对埋设质量进行细致的检查，防止由于混凝土浇筑过程中对传感器的破损、位移，防止导线断路，走线位置尽量避免各种施工干扰因素。在施工过程中，要做好相应的防护工作。 箱梁结构应力测量

混凝土箱梁结构在悬浇过程中，按下述三个工序循环推进：①挂篮前移、立模；②混凝土浇筑、养护；③预应力钢绞线张拉。因此，应力测量也按上述三个工况划分(并考虑到施工中特殊工况和温度大幅变化等情况)，分别对施工中三个工况及特殊情况下的应力进行跟踪监测；然后对体系转换后箱梁结构各工况改变后的应力监测，直至全桥竣工。由于混凝土应力测量的特殊性（当结构较大时应变滞后时间较长），测量时间选定在每一工况结束后3-6小时为宜，同时，在每一施工阶段，各工况测量时的温度变化不能太大。

测试应力误差分析

混凝土结构的应力是通过应变测量获得的。桥梁结构的实际状况与理论状况总是存在着一定的误差，究其原因，主要由设计参数误差、施工误

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差、测量误差、结构分析模型误差等综合因素干扰所致。只有通过理论分析、误差分析等手段，使测试应力结果尽可能地接近于结构实际，才能较准确地掌握结构的真实应力状态。由于混凝土材料的特殊性，测量应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的测量和混凝土的收缩徐变的计算。

在大跨度预应力混凝土梁桥施工中，应力测试是监测监控的重要手段之一。事实上，由于混凝土材料的特殊性及施工工艺的复杂性，影响应力测试结果的因素太多，尚待深入探索和研究。同时，大跨度预应力混凝土梁桥的有限元计算结果也受到诸多因素的影响。因此，测试应力与设计应力的相互比较与印证在大跨度预应力混凝土梁桥的施工中尤为重要。

箱梁温度变化对内力有一定的影响，温度变化可由振弦仪测出，通过温度变化数据对应力进行进一步评估。 7.1.5 测试数据的处理

由于几何形态参数监测结果将直接反馈给施工控制系统，所以，不但要求其结果具有准确性，同时还要求数据整理及时，这可通过监测数据实时处理分析系统完成。对于定期监测的数据，按照不同等级水准测量的国家规范等有关标准规定的作业成果记录整理方法，采用手记录、现场外业手薄联测的闭合差，测量中误差以及观测点的变形或变形位移。对全过程动态跟踪的几何参数监测，首先对现场手工记录的角度、距离等原始观测值进行100%的检查，在观测数据满足有关规定，标准规定的限差要求的前提下，对观测成果进行必要的改正，并将其结果直接与施工控制系统相联系。

8 与各单位的协作

我单位将参加与桥梁监控相关的工作例会和技术讨论，与各方保持紧

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密联系，与建设方、设计方、施工方和监理方进行监控工作协调。

在监控工作中，需要得到施工单位的大力支持，主要包括以下事项： (1)配合监控单位在现场进行测点布设等工作。 (2)负责在施工过程中对测点的保护。

(3)负责按施工规范和施工控制测量的要求，完成相应施工阶段的主梁线形数据的采集工作，提交标高、轴线等的测量资料。

(4)配合监控单位完成主要施工信息的收集工作。

(5)提供具体的施工组织设计、施工工序及进度计划，有调整时，及时通报监控单位，供监控单位安排实施监控方案和监控进度计划。

(6)提供各施工阶段中实际施工荷载的大小和布置情况。按施工控制组的要求控制施工临时荷载的布置。

(7)为监控工作中必要的工地交通、供电、照明和操作安全防护等提供支持。

9.附表

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主梁施工测量数据

大桥 幅 #墩 ( )＃梁段施工 编号：

混凝土浇筑时间： 年 月 日 时~ 年 月 日 时 天气： 温度： 预应力张拉时间： 年 月 日 时~ 年 月 日 时 天气： 温度： 测点钢筋头高断面号 施工步骤 测点号 测点标高（m） 度 备注 （cm） 测点1 混凝土浇筑前 测点2 测量时间： 测点3 年 月 日 环境温度： 测点4 - 测点5 测点1 混凝土浇筑后 测点2 测量时间： 测点3 年 月 日 环境温度： 测点4 - 测点5 测点1 张拉预应力前 测点2 测量时间： 测点3 年 月 日 环境温度： 测点4 - 测点5 测点1 张拉预应力后 测点2 测量时间： 测点3 年 月 日 环境温度： 测点4 - 测点5 备注：1、测点布置，见右图： 2、施工单位应定期测量轴线坐标， 并将数据反馈给监理单位和监控单位。 测量： 复核：

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新建铁路淮北至萧县北客车联络线 桥立模标高施工监控指令表

号墩 号梁段

指令编号： 本梁段控制数据 截面号 里程桩号(m) 号墩 号梁段 梁底设计标高(m) 理论预拱度值(mm) 挂篮变形值(mm) 施工调整值(mm) 梁底立模标高(m) DK DK 说明： （1）立模误差满足允许误差值要求,0≤标高误差≤+5mm； （2）本指令标高是指梁端点理论值，实际测点可能向后退10cm，测量值需要修正； （3）立模测量工况应选择在温度场稳定时段（日落三小时后，日出一小时前）； 计算： 复核： 年 月 日

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