大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术研究.pdf

文章编号:():./.大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术研究李振兵(中铁九局集团第七工程有限公司 沈阳市)摘 要:随着交通建设的快速发展钢制桥塔在桥梁工程中得到越来越广泛的应用 文章以昆山西路与 国道连通 高架桥工程为研究案例聚焦大温差环境下钢制桥塔施工的难点问题深入分析光照、环境温度等外部因素对钢制桥塔不均匀变形的影响以及温度变化对线形的影响探讨了温度 位移数据处理在施工中的核心作用提出了一套切实可行的线形测控方法 研究可为钢制桥塔施工质量和安全性保障提供研究依据和技术支持 关键词:独塔斜拉桥温度 位移监控线形控制中图分类号:.文献标识码:引言随着我国桥梁建设不断推进钢制桥塔因其结构轻便、施工便利的优势在桥梁工程中得到广泛应用 为避免桥塔表面受不均匀温度变化影响进而影响线形通常需在夜间施工和测设极大制约了施工效率 因此文章致力于研究大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术旨在解决影响施工效率的瓶颈问题 工程背景昆山西路与 国道连通高架桥工程项目西起丁香铁路道口以东沿现状广业路向东铺设终至昆山西路 主桥采用独塔斜拉桥跨径布置为()主跨上跨京沈、京哈等 余条客运专线铁路 主桥主塔高度为.横截面积为.是典型的细长空腔式钢结构 夏季施工期间桥塔表面昼夜温差近 工程实景图见图 图 转体后实景图 大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术理论研究.大温差环境下钢制桥塔线形变化分析在大温差环境挑战下钢制桥塔的线形受温度变化影响较大 温度波动引起钢制桥塔材料膨胀收缩从而显著影响桥塔线形 为确保桥塔垂直度必须准确控制温度引起的线形变化 测量数据成为施工线形控制的基础 通过实时测量钢制桥塔的线形变化可以迅速获知桥塔的形变状况及时调整施工参数确保桥塔的垂直度 因此测量数据对于钢制桥塔施工而言至关重要为保障大温差环境下钢制桥塔施工的质量和安全性文章提出一种有效的线形测控方法并通过对比分析两种理论计算方式进一步验证可行性 研究旨在为工程实践提供技术支持确保钢制桥塔在不同温度条件下的施工达到预期线形控制要求.理论计算.位移计算索塔的 个侧面分别命名为、其中 与、与 为相对面 根据模型建立的坐标系 面由于温差引起的位移沿 轴方向 面由于温差引起的位移沿 轴方向每个面根据温度变化引起的位移计算公式如式:()年 第 期 北方交通式 中:为弯矩图面积伸长侧取正值缩短侧取负值为轴力图面积受拉为正受压为负 为线膨胀系数表示温度升高为正降低为负由式 可以计算出:()()式 和式 中:表示已完成本节段(节段)面在温度影响下的理论模型偏移值为已完成本节段(节段)面在温度影响下的理论模型偏移值.调差公式根据温度 位移公式节段长度与位移变形成正比 因此将 面位移的比例关系表示为式:()式 中:()为下一节段(节段)方向预测线形偏移值为已完成本节段(节段)方向温度影响下的理论模型偏移值 为下一节段(节段)方向线形长度为已完成本节段(节段)方向线形长度故下一节段预测偏移值公式如式:()式 中 包含温度影响和施工操作导致的偏差可取实测偏移值和模型计算得到的理论偏移值的差值作为下一节施工偏差纠正值 基于此可得到式:()式 中:表示已完成本节段(节段)方向实测偏移值 同理可将 面位移的比例关系表示为式(推导过程同 面):()式 中:为已完成本节段(节段)方向实测偏移值 整理可得放样阶段下节段、方向的坐标调整结果如式:().有限元建模计算根据温度传感器测量数据结果建立已施工节段钢制桥塔温度变化有限元模型生成温度 位移分析模型如图 所示 获取温度作用下不同节段塔顶钢索塔位移理论值采用有限元分析法计算每个施工节段控制点的理想变形和位移图 温度 位移有限元建模因建立该模型花费时间较长且现场气温随时间变化较大有限元计算方式仅作为理论计算所做公式推导的复核使用 大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术理论研究.线形测控原理()测量设备选择为确保大温差环境下施工的准确性和实时性选择适用的测量设备 几何测量方面采用塔顶棱镜测量结合物理测量的方式物理测量包括环境温度和索塔表面温度 在施工放样的下一阶段使用塔顶棱镜校正环境因素对测量的潜在影响 需要注意的是索塔施工中应力水平相对较低故应力并非索塔施工的主要控制条件 这种综合测量策略旨在确保测量数据的可靠性提高整体施工效率这一方法有助于及时发现并解决潜在问题而且能够在施工过程中提供实时关键信息为顺利施工提供技术保障温度传感器共 个吊装施工时每节段 个传感器传感器数量随吊装索塔数量增加 传感器精度不低于.实时获取塔身温度情况并导出北方交通 年 第 期留用 安装示意图如图 所示传感器实物图见图、图 图 索塔节段棱镜及温度传感器布置示意图图 温度 应力监控集成系统图 磁吸式温度传感器图 桥塔观测结果图 测量机器人使用徕卡 首次观测时设置测站信息和定向点信息每个监测点学习测量 次再对每个监测点的测回数、监测时间段、异常情况处理措施等进行设置后即可进行无值守自动化观测得到的数据导出留用.线形测控流程.数据分析以施工至第 节段距离桥面.高处单日测量数据为例对数据进行处理分析建立各时间段内桥塔各节段观测成果图表如图 所示 掌握桥塔线形变化情况为施工参数调整提供依据由图 可以验证钢材表面温度与位移结果成正比且实测位移与理论影响值的偏差在斜拉桥索塔轴线偏移允许范围内.施工误差对比根据桥塔偏移值预测公式预测下一节段桥塔位移偏差得到误差调整值和下一节段放样数据保证钢制桥塔的竖直度和线形 再次测量得到施工过 年 第 期 李振兵:大温差环境下钢制桥塔施工线形测控关键技术研究程中实际偏差将实际偏差与放样调差数值进行整理并与理论模型(图)进行对比汇总为图 图 坐标偏差值汇总图(单位:)由图 可知最大坐标偏差值为.最小坐标偏差值为 均小于斜拉桥索塔轴线偏移允许值 施工坐标成果合格线形测控预测结果准确可用 结语文章聚焦大温差环境下钢制桥塔施工线形测控的关键技术提出一套有效的线形测控方法 该方法通过选择测量设备建立温度变化模型处理分析测量数据以及调整施工参数等步骤确保钢制桥塔在大温差环境下的施工质量和安全参考文献 岳东杰郑德华.现代大型斜拉桥塔梁施工测控技术.北京:科学出版社.张鸿.千米级斜拉桥施工关键技术研究与实践.北京:人民交通出版社股份有限公司.龙驭球包世华袁驷.结构力学 基础教程 第 版.北京:高等教育出版社.项海帆.高等桥梁结构理论.北京:人民交通出版社.林元培.斜拉桥.北京:人民交通出版社.范立础.桥梁工程(第 版)上册.北京:人民交通出版社股份有限公司.(.).(下转第 页)北方交通 年 第 期图 钢护筒一阶屈曲模态()采用 厚钢护筒撞击施工过程中结构的弹性屈曲稳定系数大于 满足稳定性要求参考文献 胡健马新风.超厚砂卵石层地质条件下大直径钢护筒沉放技术.中国水运(下半月)():.张立奎米长江欧阳祖亮等.大直径长钢护筒陆地施工方案比选.桥梁建设():.张海顺陈宁贤唐友刚等.海上超长大直径永久钢护筒合理壁厚计算.铁道工程学报():.孙平宽.海洋环境桥梁桩基钢护筒设计与施工技术研究.西安:长安大学.吴纬功胡伟才.水下大直径桩基钢护筒施工技术.中国水运.航道科技():.尚龙章欣韩志忠.芜湖长江公路二桥钢护筒制作、运输与沉放技术.中国港湾建设():.彭明刚黄顺佩杜长铃等.大直径长桥桩钢护筒贯入施工参数优化研究.水利水电快报():.王俊召周小棚吴志敏.基于有限元的钢护筒埋深设计及应用研究.西部交通科技():.姚帅彪商朋朋李浩师等.某桥梁深水基础施工中钢护筒变形原因分析及对策.沈阳大学学报(自然科学版)():.(.).(上接第 页).北方交通 年 第 期