【正文】 內(nèi)蒙古二連浩特至河口國(guó)道主干線 黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)與控制報(bào)告內(nèi)蒙古二連浩特至河口國(guó)道主干線黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)與控制報(bào)告第1章 概 述 黑溝特大橋簡(jiǎn)介 工程背景 黑溝特大橋位于內(nèi)蒙古二連浩特至河口國(guó)道主干線集寧至豐鎮(zhèn)段高速公路沿線上，該主干線是國(guó)家“五橫七縱”國(guó)道主干線系統(tǒng)的重要組成部分，是內(nèi)蒙古自治區(qū) “三橫九縱十二出口” 規(guī)劃中的一條縱線，是連接華北、西北和西南地區(qū)的重要干線。內(nèi)蒙古自治區(qū)東、南、西三面與黑龍江、吉林、遼寧、河北、山西、陜西、寧夏、甘肅八省相鄰，連接了我國(guó)的東部、中部及西部三大經(jīng)濟(jì)區(qū)，北面同蒙古及俄羅斯兩國(guó)接壤，是中國(guó)北部對(duì)外開放的前沿地區(qū)。黑溝特大橋是國(guó)家西部開發(fā)八條省際公路通道之一的銀武線上的一座重要橋梁。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，河谷深切、寬闊，架設(shè)橋梁在峽谷中設(shè)置橋墩非常困難，必須設(shè)置特大跨度徑橋梁，由此必然導(dǎo)致所采用的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋也應(yīng)是高墩、大跨度，使得相應(yīng)的設(shè)計(jì)與施工更趨復(fù)雜和富于特點(diǎn)。因此，結(jié)合大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為沿線同類橋梁的成功順利修建提供卓有成效的技術(shù)支撐將極具意義。黑溝特大橋由內(nèi)蒙古交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。全橋由雙向四車道分離的兩座橋構(gòu)成，該橋起點(diǎn)樁號(hào)K24+，終點(diǎn)樁號(hào)K25+，橋梁全長(zhǎng)327m。黑溝特大橋?yàn)橹骺?50m的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，其跨徑組合為（85+150+85）m。集寧方向部分位于R=4000m的圓曲線上，交點(diǎn)轉(zhuǎn)角15176。58′″，平曲線起終點(diǎn)樁號(hào)分別為K23+、K25+。黑溝特大橋上構(gòu)施工中：箱梁與主墩形成兩個(gè)Ｔ構(gòu)（左右幅共分為4個(gè)T構(gòu)），每個(gè)T構(gòu)分20施工節(jié)段，采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法分段對(duì)稱、獨(dú)立施工。全橋合攏順序?yàn)椋孩賰蛇吙绾蠑n；②中跨合攏；③二期恒載(包括:防撞墻、整平層的施工；瀝青混凝土的施工，以及橋面附屬工程施工)，以此順序進(jìn)行施工。 黑溝特大橋主橋布置（單位：m） (a)墩梁固結(jié)處截面　　　　　　　　　　　　　　　(b)主跨跨中截面　 黑溝特大橋主橋單幅箱梁截面（尺寸單位：m）結(jié)構(gòu)參數(shù)黑溝特大橋主橋結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋跨徑布置為85＋150＋85m。（1） 主梁主梁采用單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。，、 m。%的單向橫坡（單幅橋）。；；。 （2）主橋橋墩主橋橋墩采用雙壁墩，主墩最大高度45m，左右兩幅橋采用整體式承臺(tái)。（3）橋面系，主橋范圍橋面鋪裝層為8cm厚的瀝青混凝土+6cm厚40號(hào)混凝土調(diào)平層；。設(shè)計(jì)荷載荷載等級(jí)：汽－超20級(jí)，掛－120。材料參數(shù)主梁采用C50混凝土，橋墩采用C50混凝土，基礎(chǔ)承臺(tái)采用C30混凝土。黑溝特大橋的建設(shè)單位：二連至河口國(guó)道主干線內(nèi)蒙古自治區(qū)公路建設(shè)管理辦公室；設(shè)計(jì)單位：中交第一勘查設(shè)計(jì)研究院、內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司；施工單位：中國(guó)路橋（集團(tuán)）總公司集豐高速公路第一合同段項(xiàng)目經(jīng)理部；監(jiān)理單位：內(nèi)蒙古公路建設(shè)工程監(jiān)理公司；施工監(jiān)測(cè)與監(jiān)控單位：武漢理工大學(xué)。 監(jiān)測(cè)與施工監(jiān)控根據(jù)施工進(jìn)度，按照《黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控項(xiàng)目合同協(xié)議書》《黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控實(shí)施細(xì)則》的要求，武漢理工大學(xué)交通學(xué)院黑溝特大橋監(jiān)測(cè)監(jiān)控組于2005年6月進(jìn)駐察右前旗土貴烏拉鎮(zhèn)，開展黑溝特大橋施工控制工作，2006年9月現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作基本完成，橋面線形和橋面瀝青混凝土與防撞墻立模標(biāo)高確定后，監(jiān)控工作暫告一段落，完成監(jiān)控報(bào)告后，黑溝特大橋監(jiān)測(cè)監(jiān)控項(xiàng)目結(jié)束。 開展的監(jiān)測(cè)與施工控制工作①進(jìn)行了黑溝特大橋結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算與分析，提供了箱梁各施工節(jié)段的立模標(biāo)高(預(yù)拱度控制)，保證了正常施工和左右幅箱梁的順利合攏。②進(jìn)行了黑溝特大橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、風(fēng)荷載分析及結(jié)構(gòu)偏載分析。監(jiān)測(cè)了各種工況下各箱梁節(jié)段變形和撓度；并定期復(fù)核主梁高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)，使橋面線形處入受控狀態(tài)。③監(jiān)測(cè)了各種工況下箱梁混凝土控制截面上的應(yīng)變,并進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制，以報(bào)表的形式及時(shí)將測(cè)試結(jié)構(gòu)報(bào)告監(jiān)理、施工單位、業(yè)主等，當(dāng)應(yīng)力不夠時(shí)，通過補(bǔ)張拉，或補(bǔ)預(yù)應(yīng)力鋼束，保證了橋梁結(jié)構(gòu)的安全。④監(jiān)測(cè)了各種工況下主墩混凝土控制截面上的應(yīng)變,并進(jìn)行應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制，⑤重點(diǎn)部位的裂縫觀察，觀察表明，箱梁結(jié)構(gòu)重點(diǎn)部位無可見裂縫。 施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控工況主橋箱梁混凝土懸澆6～8天施工一節(jié)段，為一周期：①箱梁各節(jié)段掛籃前移、立模；②箱梁各節(jié)段混凝土箱梁懸澆后；③箱梁各節(jié)段預(yù)應(yīng)力索張拉后。此后有箱梁合攏階段：各跨剛性聯(lián)接前后、各跨合攏現(xiàn)澆段后、各跨剛性聯(lián)接解除后、各腹板索、頂板索、底板索和通長(zhǎng)索張拉后，即成橋前各施工工況發(fā)生較大變化等，隨著施工的進(jìn)展而開展監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作 監(jiān)測(cè)監(jiān)控組織機(jī)構(gòu)施工控制是個(gè)高難度的、系統(tǒng)的、相互關(guān)聯(lián)的施工技術(shù)問題，它涉及業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、監(jiān)控等單位的工作。為做好本主橋的監(jiān)控工作，在組織形式上分為兩個(gè)層次開展施工控制工作，即由業(yè)主、主管部門和監(jiān)理工程師等建立的施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)與黑溝特大橋施工檢測(cè)監(jiān)控辦公室。施工檢測(cè)和施工控制中的重大技術(shù)問題在領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下論證決定，必要時(shí)施工檢測(cè)監(jiān)控辦公室可向業(yè)主提出建議，組織專家論證。施工監(jiān)控分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等具體工作由聯(lián)合體組成的施工檢測(cè)監(jiān)控辦公室實(shí)施，并承擔(dān)合同賦予的權(quán)利和義務(wù)。 黑溝特大橋監(jiān)測(cè)監(jiān)控組織機(jī)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組由建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位和施工控制單位的領(lǐng)導(dǎo)或技術(shù)負(fù)責(zé)人參加，其中建設(shè)單位任組長(zhǎng)。施工控制領(lǐng)導(dǎo)小組不定期開會(huì)，由組長(zhǎng)召集，討論施工控制中出現(xiàn)的重大問題，并提出決策方案。組 長(zhǎng)： 陳東耀副組長(zhǎng)： 丁一軍、張謝東成 員： 白志平、向木生、王占剛、尚海龍、周寶和、李金星、劉元煒施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控實(shí)施小組施工監(jiān)控實(shí)施小組由建管辦、執(zhí)行辦、監(jiān)控單位、施工單位和監(jiān)理單位共同組建：建設(shè)單位：白志平、王占剛、李元生、李文斌、劉亞超監(jiān)控單位：向木生、王向陽、沈成武、李衛(wèi)華、汪娟娟、王 淳、李 偉、蔡素軍、劉 斌、蔡正東施工單位：王書濤、趙忠義、王合江、孫茂輝、蔡瑞祥、左天華、向忠寶、肖遠(yuǎn)權(quán)、王 偉、測(cè)工4人監(jiān)理單位：李愛軍、許永祥、測(cè)工2人施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作辦公室施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組下設(shè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作辦公室:由張謝東、向木生牽頭，施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控小組各成員具體實(shí)施。施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作辦公室，負(fù)責(zé)處理日常事務(wù)、匯總各方提交的文件資料。業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、監(jiān)控、。 施工監(jiān)控主要程序框圖 橋梁監(jiān)測(cè)監(jiān)控依據(jù)0《黑溝特大橋兩階段施工圖設(shè)計(jì)》0《黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控項(xiàng)目合同書》0《黑溝特大橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控實(shí)施細(xì)則》0《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ0197）0《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（TJT07198）0《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ00489）0《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ02189）0《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ02586）0《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ02285）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ02385）1《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ02485）1《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ0412000）1《焊縫符號(hào)表示法》（GB32488）1《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ01486）1《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ06291）1《公路工程施工監(jiān)理規(guī)范》（JTJ7795）第2章 結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算 施工控制結(jié)構(gòu)計(jì)算方法大跨度連續(xù)剛構(gòu)采用逐段懸臂澆筑施工方法，結(jié)構(gòu)的最終形成，經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)而又復(fù)雜的施工過程及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程。對(duì)施工過程中每一工況下結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，是橋梁控制中最基本的內(nèi)容。因此，通過合理的計(jì)算和理論分析來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個(gè)階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)，以便控制施工過程中的結(jié)構(gòu)行為，使其最終的成橋線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。從這個(gè)意義上講，施工控制中的結(jié)構(gòu)計(jì)算不僅能對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行描述，反映整個(gè)施工過程中結(jié)構(gòu)的受力行為，而且還能確定結(jié)構(gòu)各個(gè)階段的理想狀態(tài)，為施工提供中間目標(biāo)狀態(tài)。目前橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法主要包括：正裝分析法、倒裝分析法和無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法。雖然上述方法都能用于各種型式橋梁的結(jié)構(gòu)分析，但是不同型式的橋梁結(jié)構(gòu)所采用的施工方法往往是不同的，因而對(duì)于不同型式的橋梁結(jié)構(gòu)分析是有所側(cè)重的。黑溝特大橋施工控制結(jié)構(gòu)計(jì)算采用正裝分析法和倒裝分析法，這兩種計(jì)算方法均是以有限單元法原理為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。有限單元法是將連續(xù)體理想化為有限個(gè)單元的集合體，使單元僅在有限個(gè)結(jié)點(diǎn)上相連接，即以一個(gè)有限單元體系代替一個(gè)無限個(gè)自由度的連續(xù)體，作為物理上的近似。先進(jìn)行單元分析，用結(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)力，然后將單元再合成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行整體分析，建立整體平衡條件。通過結(jié)構(gòu)幾何條件、結(jié)點(diǎn)荷載等求出結(jié)構(gòu)單元中的結(jié)點(diǎn)位移和內(nèi)應(yīng)力。在求解力學(xué)問題時(shí)，最普遍的是以單元上結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，這種方法稱為位移有限元法。在有限單元法中，原來連續(xù)體的材料特性，如正交異性、非線性、彈塑性等可在單元中保留，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式、邊界條件及荷載情況，在這方法中均可以處理，因此有限單元法有很大的優(yōu)越性。 平面剛架有限單元法(1)坐標(biāo)系和符號(hào)規(guī)則平面剛架各桿方向不盡相同，為方便起見，在單元分析時(shí)宜采用局部坐標(biāo)系，而在整體分析時(shí)，又應(yīng)采用統(tǒng)一的整體坐標(biāo)系。兩種坐標(biāo)系都是右手坐標(biāo)系。結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系用表示，單元局部坐標(biāo)系用表示。力和位移的正方向規(guī)定如下：以坐標(biāo)軸的正方向作為線位移和作用力的正方向，以順時(shí)針方向作為角位移和力矩的正方向。根據(jù)以上規(guī)定，就可以確定力和位移的正負(fù)號(hào)。上述規(guī)則適用的范圍是：局部坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系中的單元桿端力和單元桿端位移；局部坐標(biāo)系中的單元非結(jié)點(diǎn)荷載；整體坐標(biāo)系中的結(jié)點(diǎn)荷載和結(jié)點(diǎn)位移。(2)單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣在平面剛架的矩陣分析中，需要建立單元桿端力或單元桿端位移在兩種坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。從軸正方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到軸正方向所形成的夾角為α角，局部坐標(biāo)系中的單元桿端力分量用、表示，整體坐標(biāo)系中則用、表示，兩者之間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系(21)(22)式中： —局部坐標(biāo)系中的單元桿端力列陣； —整體坐標(biāo)系中的單元桿端力列陣； —單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣是正交矩陣，其逆矩陣等于其轉(zhuǎn)置矩陣(23)同理，可以求出單元桿端位移在兩種坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。設(shè)局部坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系中的單元桿端位移列陣分別用和表示，則(24)(25)其中(3)單元?jiǎng)偠染仃囋O(shè)平面剛架單元的長(zhǎng)度為L(zhǎng),截面面積為A，截面慣性矩為I，彈性模量為E。在局部坐標(biāo)系中，單元桿端力和桿端位移的關(guān)系可用下式表示(26)其中 (27)式中的66階矩陣是局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?。在整體坐標(biāo)系中，單元桿端力和桿端位移的關(guān)系為(28)式中 —是整體坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃嚒Ｇ蟪隽藛卧鴺?biāo)轉(zhuǎn)換矩陣和局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃?，可以推?dǎo)得。把式(21)和式(23)分別代入式(28)(29)(210)顯然有(211)其中(4)總體剛度矩陣通過單元?jiǎng)偠染仃?，可建立結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣進(jìn)行整體分析。1)結(jié)構(gòu)剛度方程剛架的結(jié)點(diǎn)荷載列陣{P}和結(jié)點(diǎn)位移列陣之間的關(guān)系可寫成(212)式中—結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣。2)結(jié)構(gòu)剛度矩陣的集成由單元?jiǎng)偠染仃嚰山Y(jié)構(gòu)剛度矩陣，采用剛度集成法。利用單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)，能把單元?jiǎng)偠染仃嚫髟卣_地疊加到結(jié)構(gòu)剛度矩陣中。3)結(jié)構(gòu)剛度矩陣的特性結(jié)構(gòu)剛度矩陣有如下特性：第一，是對(duì)稱、正定矩陣；第二，是非奇異矩陣，可以直接求解； 第三，是帶形矩陣； 第四，在中，主對(duì)角元素由i的相關(guān)單元的剛度矩陣的主對(duì)角元素疊加而成；第五，對(duì)于非對(duì)角元素，若i和j是相關(guān)量，則；若i和j不是相關(guān)量，則。(5)結(jié)構(gòu)等效結(jié)點(diǎn)荷載結(jié)構(gòu)剛度方程反映了結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)荷載與結(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系。因此，平面剛架單元上作用的非結(jié)點(diǎn)荷載，應(yīng)該轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)的等效結(jié)點(diǎn)荷載。形成等效結(jié)點(diǎn)荷載的步驟為：第一，計(jì)算單元的固端內(nèi)力：在局部坐標(biāo)系中，把單元視為兩端固定梁，求得單元固端內(nèi)力為(213)第二，計(jì)算單元的等效結(jié)點(diǎn)荷載：將局部坐標(biāo)系中的單元固端力轉(zhuǎn)換成整體坐標(biāo)系中的單元固端力 (214)第三，形成結(jié)構(gòu)的等效結(jié)點(diǎn)荷載：求得單元等效結(jié)點(diǎn)荷載后，利用單元編號(hào)，就可將的各分量疊加到中去；在結(jié)構(gòu)上若還有直接結(jié)點(diǎn)荷載，則結(jié)構(gòu)總的結(jié)點(diǎn)荷載列陣為(215)(6)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算單元的桿端內(nèi)力由兩部分組成：?jiǎn)卧獥U端位移引起的桿端力和非結(jié)點(diǎn)荷載引起的單元固端力。在求出結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)位移后，利用單元編號(hào)，可以直接從中取出單元桿端位移，求出整體坐標(biāo)系中的單元桿端力，進(jìn)而求出局部坐標(biāo)系中的單元桿端力(216)再與單元固端力相疊加，可求出單元總的桿端力(217) ～GQJS系統(tǒng)于1998年8月正式推出Windows版，其前身是由交通部組織行業(yè)專家聯(lián)合開發(fā)的橋梁綜合程序。該程序1978年投入試用，1980年通過交通部技術(shù)鑒定，在公路系統(tǒng)推廣應(yīng)用20年多年來，歷經(jīng)許多橋梁界計(jì)算機(jī)專家的修改完善，在工程上得到廣泛的使用與驗(yàn)證。Windows版改變過去橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算只能以文本文件操作方式進(jìn)行的模式，對(duì)橋梁綜合程序輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做了改造，特別改變了單元坐標(biāo)和預(yù)應(yīng)力信息數(shù)據(jù)表達(dá)方式，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，并改為在仿Office的軟件界面中直接輸入、查詢和修改數(shù)據(jù)的全新運(yùn)行方式，使輸入數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、察看計(jì)算結(jié)果集成于同一界面系統(tǒng)