高速大转弯互通式立交T型刚构桥施工控制
高速大转弯互通式立交T型刚构桥施工控制
【摘要】本文介绍自适应控制原理在预应力混凝土T构桥中的应用，同时详细阐述了预应力混凝土T型刚构桥施工控制的特点及其采用的相应对策，重点介绍了参数识别、预抛高设置、曲率影响、应力监测、横隔梁应力分析等相关内容。
关键词：T型刚构 施工控制 预抛高设置
1、 桥梁概况
沈彰高速公路大转弯A、B匝道立交桥跨越转弯桥火车站站场。A匝道桥梁全长140米，桥梁位于加宽渐变段内，平面曲线半径R=400m，桥面宽度16.26~18.09m。桥跨布置为70＋70m预应力混凝土箱型变截面T型刚构桥，下部结构采用柱式墩、桩基础。T型刚构横断面为单箱三室截面。B匝道桥跨布置亦为70＋70m预应力混凝土箱型变截面T型刚构桥。
2、 施工控制的必要性
大跨桥梁结构的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，同时还取决于合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在成桥时得到预先设计的应力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键与困难的问题。大跨度T型刚构桥的超静定次数虽然不高，但是随着跨径的不断增大，简单地按照设计方提供的施工预拱度进行施工很难达到要求。因此，需要对大跨度T型刚构桥进行施工全过程的线形和应力控制。
3、 施工控制方法
目前，大跨度桥梁施工控制一般采用自适应控制的思路。主要思路是：桥梁结构在荷载作用下，结构的实际反应和理论预测不一致的主要原因是结构计算参数不准确，通过参数识别调整结构模型计算参数，重新计算各施工阶段的理想状态。经过反复辨析，计算模型将和实际结构基本一致。自适应控制主要分为上、下半环。上半环主要是参数估计。下半环主要是反馈调整。
与斜拉桥施工控制同时控六维论文网毕业论文http://www.751com.cn/ 论文网http://www.Lwfree.com/略上，对于T构桥已经完成节段的误差，调整的方法只有张拉已完成节段的备用索，而这样的调整余地很小。因此可以说，T构桥已完成节段的施工误差基本无法调整。待施工的节段可以通过调整立模标高来实现。因此，和斜拉桥中自适应控制控制不同，T构桥中自适应控制的下半环基本不起作用。因此，T构桥的控制主要依靠自适应控制的上半环：参数识别。所以，在大跨度T构桥的施工控制中，要特别重视参数识别。这也是本次T构桥施工控制进行大量现场参数试验与参数识别的原因。
4 主桥线形控制
4.1 主桥曲率的影响
大转弯互通式立交A匝道T构桥于半径400 m的平曲线上。为了考虑曲线梁的弯扭耦合效应，对施工节段进行了平面和空间的对比分析。一般圆心角大于15°，曲率的影响比较明显。采用直线梁和空间计算，弯矩相差约2%，剪力相差很小，根部扭距约为根部弯矩的5％。
导致箱梁扭转的因素有两个方面：一是箱梁本身的扭转，这部分包括纯扭转和畸变；另一部分包括墩柱的影响。对于本桥而言，由于墩柱高度不是很高，所以两者的比重相差不大。
沿桥梁纵向，扭转角沿桥梁纵向轴线的大小是不相同的，最大扭转角发生在约L/4处，而不是最大悬臂处。沿桥梁纵向，扭转角直接导致节段桥梁竖向挠度偏差，竖向挠度偏差的大小与扭转角直接相关。
沿桥梁横向，扭转角直接导致节段桥梁横向偏位，较大偏位发生在墩顶。墩顶向内侧横向偏位最大发生在施工至最大悬臂时。
4.2结构系统参数的影响
4.2.1综述
预应力混凝土T构桥的结构力学计算模型对于具体的桥梁来说是确定的。但是由于各种干扰的影响，使得桥梁计算结构与施工阶段测量的各项桥梁状态值存在误差。必须通过恰当的滤波方法，消除误差，并修正原设计参数，利用真实的结构控制计算参数重新进行结构控制计算的分析，并重新给出结构预测状态，从而确保施工控制的正确实施。
参数识别首先要进行参数敏感性分析，即确定对桥梁施工结构行为影响较大的参数。具体表现在结构参数发生一定幅度变化后，由此引起的结构控制部位的位移以及内力变化幅度的大小。依据参数敏感性分析，将待识别参数初步分为主要控制参数和次要控制参数。初步的含义是此处的参数敏感性大并不表明该参数就是重要控制参数，还要分析该控制参数的变化幅度，如果该参数的实际变化幅度很小，则该参数有可能不是主要控制参数，而是次要控制参数。
参数明感性分析包括位移、内力与应力三个方面。对于T构桥而言，位移是主要的，内力和应力仅作为参考。根据本T构桥实际情况，分别对混凝土的容重γ、弹性模量E、管道摩阻系数 、管道偏差系数k进行了各自独立的参数敏感性分析。由于上述4个参数的敏感性对结构各部分在不同的施工阶段是不同的，所以初步选取施工合拢前最大悬臂端位移为统一计算的参考量。
初步分析表明，在同等变化幅度条件下，敏感性较大的参数依次是混凝土的容重γ、弹性模量E，敏感性较小的参数是管道摩阻系数 、管道偏差系数k。
4.2.2 混凝土容重、弹性模量、徐变的影响
混凝土的容重γ、弹性模量E、弹性继效系数、收缩徐变的终极值、收缩徐变的速度、热膨胀系数等各参数，从本质上讲是随混凝土各组成部分成分的变化而变化的，其中任何一个参数的变化都会导致其它参数的相应变化，绝对独立的参数是不存在的，但是混凝土的容重γ、弹性模量E的变化更明显，与其它参数的相关性较弱。
混凝土强度、弹性模量及容重的测试采用现场取样的方法，分别对2天、3天、4天、5天、6天、7天、14天、21天、28天、35天60天等11个龄期的混凝土试块进行弹性模量和强度试验。为对比分析取28天龄期作两组试件，分别置于现场自然条件和实验室标准养护条件下养护。共计84个试块。
混凝土容重的测定采用现场取样，在实验室用常规方法测定。
混凝土弹性模量的测定以尺寸150 150 300mm的直角棱柱体为标准混凝土试块，以6个试件为一组，采用压力实验机及混凝土弹性模量测定仪进行静力弹性模量试验。试验按照规范标准程序进行。
混凝土徐变试验采用钢筋混凝土小梁，进行自然条件下混凝土3天、5 天、7天、14天、21天、28天6个加载龄期的徐变、收缩试验，得出在现场自然条件下混凝土徐变系数的变化规律和加载龄期的关系。徐变试验小梁共计12片，2片一组，共计6组。
试验的初步结果表明：实测混凝土容重γ变比设计取值大0.7％，即变化幅度约为0.7％；实测混凝土2天弹性模量35074Mpa、14天弹性模量37562Mpa、21天弹性模量38197Mpa，21天弹性模量E比设计值大3％，即变化幅度为3％。且弹性模量随时间增长明显，因此在施工控制计算中，应该随混凝土龄期的不同，修正既有结构的弹性模量，这样才能反应结构的真实情况。
4.2.3预应力管道摩阻损失的影响
根据钢绞线预应力损失的计算原理可知，与计算有关的主要参数有：管道摩阻系数 、管道偏差系数k、锚具变形△L、钢筋松弛终极值。其中锚具变形△L、钢筋松弛终极值由大量试验确定，现场实际取值和规范规定基本符合。因此，施工控制现场需要识别的参数主要有管道摩阻系数 、管道偏差系数k。而管道摩阻系数 、管道偏差系数k其值与混凝土无关的，这两个参数本身也是相互独立的。
现行公路桥涵施工规范规定，曲线预应力钢材或长度大于25米的直线预应力钢材，宜在两端张拉。沈彰高速大转弯互通式立交A、B匝道T构桥大部分预应力钢束的长度都在25米以上，为了更准确的计算该桥的预应力损失，通过理论计算和现场试验，对该桥的预应力摩阻损失进行了细致研究。
现场摩阻试验选取双端张拉的w5-2、w5-3 、w5-4、w5-5、w5-6、 w5-7进行现场试验。试验共分三组，即w5-2与w5-7 、w5-3与w5-6、w5-4与 w5-5。
试验步骤如下：
（1）在选取的预应力筋两端装千斤顶后同时充油，保持一定的数值（约4Mpa）；
（2）乙端封闭（被动端）,甲端张拉（主动端）。甲端张拉时分三级进行（0.2P、0.6P、1.0P，P为控制张拉力），测得乙端的应力值；
（3）按照上述方法，但甲端封闭，乙端张拉，测得甲端的应力值；
（4）按照如下方法计算摩阻系数：
首先假定k为固定值，通过预应力损失来计算 值；或确定 为固定值（0.35）计算k值。计算公式如下：
（1）
（2）
设计方提供k、 值分别是：k＝0.0015， ＝0.17；试验的初步结果表明实测的k、 值都比设计取值大，实测的k、 值分别是k＝0.0025、 =0.28。同时，从试验中发现，张拉的应力越大，摩阻损失越大。合理准确地计算孔道预应力损失是长索预应力结构设计的关键问题。运用现场测得的实际孔道摩阻损失进行结构重新分析，可以更加准确地对节段线形进行控制，同时可以到达张拉预应力时双控的目的。
显然，和混凝土的容重γ、弹性模量E的变化幅度相比，管道摩阻系数 、管道偏差系数k的变化幅度大得多。对于本T构桥而言，虽然管道摩阻系数 、管道偏差系数k的敏感性较小，但是变化幅度很大，所以和混凝土的容重γ、弹性模量E相比，管道摩阻系数 、管道偏差系数k对施工控制的同样重要。
4.2.4 施工控制预标高的影响
在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，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。如果在确定立模标高时考虑的因素比较全面比较符合实际，同时加以正确的控制，则最终桥面线形就会控制很好。1305