大跨度预应力混凝土刚构桥的施工监测系统研究
关键词：大跨度预应力混凝土刚构桥，施工监测系统，管道预应力摩阻损失
施工监测与施工控制提供必要的反映施工实际情况的数据和技术信息。在主梁每一块段和工期序施工过程中，都需要观测箱梁顶面挠度，为反馈控制分析提供实测状态。在浇筑块件混凝土、张拉预应力及挂篮移走的前后也需要观测其挠度变化和相应的应力变化，以便为理想状态修正提供依据。在进行这些观测内容的同时，还应对环境温度、截面尺寸变异、预应力和建桥材料相关力学指标进行监测，为误差分析和参数调整提供数据。
一、主梁结构部分设计参数的测定
在进行结构设计时，结构设计参数主要是按规范取用，由于部分设计参数的取值一般小于实测值，因此，大多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于结构施工控制来说是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求。因此，应对部分主要设计参数提前进行测定，以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，从而进一步修正原设计结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。
悬臂浇筑施工过程模拟分析包括构件形成、预应力筋作用、施工荷载作用和结构体系转换等；非线性分析主要涉及到时变非线性，即混凝土徐变和收缩非线性变形分析；温度影响主要通过固定状态测量时刻来消除短期（日）温差的影响，而长期（年）温差对结构状态的影响较小。连续梁桥悬臂浇筑施工过程的结构分析并不复杂，但其计算精度直接影响到成桥状态的结构理想控制目标，为了达到足够的计算精度，必须认真测定下列几个基本参数：
1、构件实际尺寸
构件实际尺寸同理论值之间会由于放样误差、模板走样等因素产生一定的偏差，这种偏差在结构分析中造成截面几何特性与恒载等偏离原设计计算参数。因此，在每一节段施工完成后，必须进行构件尺寸测量工作，为修正截面几何特性和调整恒载积累基本资料。
2、结构弹性参数
结构弹性参数的实测一般可以通过两种途径同时进行，一是节段混凝土抽样试块试验，二是利用挂篮前移工况的结构变位及其它一些实测参数分析，推算结构实际弹性参数。其中，试块数据主要用于确定混凝土弹性模量及其随混凝土龄期变化的规律，而挂篮变位实测结果与试块数据相结合，可用于推算结构实际截面刚度和模量。根据实测弹性参数，调整理论参数，可以预测未建立结构状态。
3、节段重量参数
节段实际重量与理论值的差异可以从下列几种途径中得到，一是从混凝土试块中测定混凝土容重；二是利用结构实测弹性参数和变化，同时结合截面特性和施工荷载等，推算混凝土节段的重量；另外，也可根据节段实际尺寸的测量数据在扣除含钢量后，换算出混凝土节段重量。
4、混凝土收缩和徐变系数
由于影响混凝土收缩、徐变的因素很多，首先必须把确定性因素定义准确，例如加载龄期、荷载、气温等，并在分析时计入截面配筋的影响。对于其它难以预先估计的因素，均归入对计算时段内的混凝土收缩和徐变的调整，并根据实测数据修改收缩和徐变系数。混凝土收缩和徐变实际影响，主要根据节段混凝土浇筑后养护期内控制点标高的变化来确定。
5、挂篮支反力及变形
通过试验可得到在设计荷载情况下挂篮的支反力分布和弹性、非弹性变形参数，为箱梁施工控制计算提供立模依据。
二、主梁结构变形监测
1、变形监测内容
变形观测是控制成桥线形最主要的依据。主梁变形监测主要包括主梁标高测量、主梁中心线及里程测量两部分。作为标高或位移的控制测量结果，一般包括下列五个工序中的标高测量和控制：
（1）零号块标高
零号块控制标高由理想控制目标几何线形标高及其预变位、支架变形及基础沉降抛高以及支座受压变形抛高组成。其中，支架变形及其基础沉降抛高对标高影响最大，为了减小结构线形的初始误差，起始段支架的刚度应增强、基础宜加固。
（2）挂篮就位标高
挂篮就位标高涉及到三部分，即理想控制目标几何线形标高、结构施工期预变位和挂篮变形附加抛高。挂篮就位标高是直接控制结构几何线形的关键内容，因此，在挂篮就位操作过程中，应保证前吊带完全均匀受力、后吊带与后锚收紧、控制点标高正确。
（3）混凝土浇筑后标高
混凝土浇筑后各控制点标高数值主要用于已建结构几何线形的校核，以便修正已建结构标高的计算值和预测未浇节段的计算参数，调整与优化成桥状态几何线形，确定出待浇节段的控制标高。
（4）预加应力后标高
预应力作用后结构控制标高测量的目的，在于利用实测结构分析参数，了解预加力值是否发生偏差，以便决定是否修改预加力的理论值。
（5）合拢段标高
合拢段施工标高是根据未浇节段线形平顺并且与设计标高偏差最小的原则确定的。由于节段施工标高的误差，预计的合拢段标高将不被修正，直至结构合拢。因此，节段标高的偏差虽然发生在局部，但从结构几何线形平顺的要求出发，却是个影响整体几何形状的问题。
2、测点布置
在每个0号块件的顶板各布置11个高程测点，以控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇节段高程观测的基准点。
在每个悬浇块件上布置两个对称的高程观测点，观测点布置在离块件前端10cm处，利用16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，并要求竖直。测点露出箱梁混凝土表面5cm，测头磨平并用红漆标记。
具体测试时，采用精密水准仪测量测点标高。
在进行主梁中线偏差测量时，以两墩柱中心处预先设置的几何定位点的连线为基准线，利用全站仪进行照准，采用视准线法直接用钢尺测量每节段主梁中线的偏离值。里程测量采用全站仪进行。
3、观测时间
为尽量减少温度对观测的影响，观测时间安排在早晨太阳出来之前。在施工过程中，对每一节段需进行数次（至少一次）的观测，以便观察各点的挠度及箱梁梁轴曲线的变化历程，以保证箱梁悬臂端的合拢精度及桥面的线形。
三、主梁应力监测
结构截面的应力监测是施工监测的主要内容之一，它是施工过程的安全预警系统。在大跨度预应力混凝土连续刚构桥的施工过程中，主要测试桥墩和箱梁控制截面的应力。桥墩上测点布置在墩底及墩顶截面处，主梁上测点布置在悬臂根部、L/4、L/2等关键截面上，以观察施工过程中这些截面的应力变化与应力分布情况。
1、测试仪器的选择
考虑要适合长期观测并能保证足够的精度，选用丹东市电器厂生产的钢弦式应力计和配套的频率接收仪作为应力观测仪器。该应力计的温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，适合于应力长期观测。
2、测点布置
应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。上部结构（箱梁）选取悬臂根部、L/4、L/2共计11个截面，每个截面8个测点，总共布置88个应力量测点。两个T构的8个根部截面各布置8个测点，共计64个测点。全桥共计152个应力量测点。
四、温度场观测
温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节温度变化和日照温度变化两个部分。在季节温度变化和日照温度变化两种因素中，日照温度变化最为复杂，尤其是日照作用会引起主梁顶、底板的温度差，使主梁发生挠曲，同时，也会引起墩身两侧的温度差，使墩身产生偏移。而季节温差对主梁挠度的影响比较简单，由于其变化的均匀性，既不会使主梁发生挠曲，也不会使墩发生偏转，而是通过使墩身产生轴向伸缩从而对主梁的挠度产生影响。由于日照温度变化的复杂性，在挠度理想状态计算时难以考虑日照温度的影响，日照温度的影响只能通过实施观测来加以修正。
1、测试方法
日照温差测试包括表面温度测量和体内温度测量两部分。体内温度测试采用在测点埋设铂电阻，引出测试导线，再用温度测试显示仪进行适当的观测，摸清箱梁日照温变的情况。对表面温度采用表面温度点测计测量，大气温度采用水银温度计进行。
2、测点布置
每个T构上每侧选取墩顶、L/3，2L/3断面，两侧共5个测试断面，全桥共10个测温断面，每个断面布置10个测点。全桥共计有100个温度测点。墩柱的温度场测量在墩顶和墩底进行，共有8个测试断面，采用表面温度点测计测量其表面温度。
3、观测时间
在施工期间，选择有代表性的天气进行连续观测。
五、混凝土弹模、容重及收缩、徐变系数的测试
混凝土的收缩、徐变对主梁的内力与挠度均有较大影响，应专门进行混凝土7天、14天、28天、90天四个加载龄期的徐变、收缩试验，得出相应的收缩、徐变系数和弹模值。同时，采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、14天、28天、60天龄期的弹模值，以得到完整的E—t曲线，为主梁预拱度的修正提供数据。混凝土容重的测定也应采用现场取样，在实验室用常规方法测定。
六、管道预应力摩阻损失的测定
本测试旨在定量地测定长钢绞线的摩阻损失，以确定实际有效的预应力吨位和预应力筋的延伸量。如果张拉千斤顶不宜回缩，可采用将波纹管开孔，在钢绞线上贴电阻片的方式来进行测量。一般情况下，选择竖弯钢束和平、竖弯空间钢束各一组进行。
参考文献：
【1】JoeNasvik，CastingBridgeSegments，ConcreteConstruction．April2001
【2】武鹏燕.马水河特大桥悬臂浇筑施工监测技术[J].铁道建筑技术,2009（12）.
【3】黄伟.大跨度连续梁桥施工监测控制技术[J].土工基础,2009(3)