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【摘 要】 由于我国的面积是非常辽阔的,而且地形也是非常复杂多样,所以我国的道路桥梁也是在逐渐的进步和发展着,我们应该不断的提高我们的施工水平以及对于质量的管理,不断的对公路桥梁施工中的主要问题进行控制,并且不断的积累丰富的施工经验,从而达到更高质量和标准。本文对桥梁施工控制的内容和方法进行了探讨。
【关键词】 桥梁施工;控制;内容;方法
一、桥梁施工控制的必要性
大部分的施工材料本身并不是均匀性的,材质特性也相对不稳定,受到温度、适度以及时间耐久性影响。在大型桥梁采用的自架设体系施工中,各段的混凝土以及各层的混凝土都是有差异的,必然会造成各段和上下层之间的内力和位移在施工过程中不断变化,甚至偏离设计值。在桥梁施工还要保证工程安全性,在施工的每一个阶段要通过监测手段得到结构内的实际内力和变形位移,完全的对施工进程进行跟踪,预测结构内力和变形特性,掌握施工发展状况。
目前由于计算机的发展,可以通过对整个施工过程进行数值模拟,得到各个阶段的内力和变形值,以用来和实际值进行比较分析,一旦在监测过程中出现问题,就要及時的进行检查分析,停止施工。所以施工控制是保证桥梁施工最终达到设计要求,质量安全可靠必不可少的。施工控制中不确定因素主要是指和时间因素有关的,常见的有温度效应的控制和徐变、收缩的控制。
二、桥梁施工控制的内容
桥梁施工控制顾名思义就是对桥梁施工的质量控制,这里主要是指桥梁主体结构内力与结构变形的控制,这两方面作为桥梁建筑施工的主体在桥梁建筑中起到了关键性的作用,故此在建筑施工中我们要严格的控制的这两方面的建筑施工质量,在条件允许的范围内进行适当的改变,下面就重点进行一下论述:
1、几何(变形)控制
几何变形是指桥梁结构在施工过程中产生的桥梁几何形状的变化,桥梁结构在施工过程中的实际由于受到不同的外力和自身状态的影响,桥梁中心会偏置原来位置具有一定的挠度,这将使桥梁整个结构在受力状态转换会遇到不同程度的困难,也就是施工实施合拢具有偏差,这就会导致曲线的连续性与桥梁结构设计状态不一致,所以必须对桥梁结构实施必要的实时控制,使其结构在施工中的实际位置状态与预期状态之间的误差在容许范围之内和成桥线形状态符合设计要求。
2、应力控制
在桥梁施工建设中,要想做到对桥梁施工的全面控制以及掌握桥梁施工的受力情况等就要清楚的了解到桥梁在设计的过程中是否与实际情况完全相符。在桥梁施工过程中必须采取相应的措施来进行监督检查,这样做的主要目的就是为了更好的了解桥梁应力的情况。及时发现施工过程中应力状态与实际不相符时要查明其原因,以满足桥梁建设符合设计规范要求。应力控制分为两种,其中相比较而言,结构应力控制要比变形应力控制难的多,也不容易被发现。为了避免桥梁应力控制不力对桥梁自身产生的危害,从而导致对整个桥梁结构的破坏,为此在施工过程中必须加强对其检查监督,做好施工过程中的监控工作。
3、稳定控制
在桥梁施工建设中不仅仅要严格控制应力和徐变问题,同时还要注意各个阶段的施工稳定性,因稳定性的好坏直接关系到桥梁结构建设的安全。稳定性强调的不仅仅是局部的稳定,更是整体桥梁施工建设的稳定过程。桥梁设计人员在进行施工建设的过程中,待施工完成以后必须对其进行稳定性的测试估算,稍有偏差就要及时上报进行总结分析,快速的进行解决,避免造成更大的损失。
三、桥梁施工控制的方法
1、温度效应
1.1温度效应的基本特点
温度效应具有明显的不确定性,随着时间的变化不断改变,混凝土桥梁构件的表面和内部的各点都在随时的变化着。温度效应反映在温度应力上,也即是温度荷载,具有时间性和非线性的基本特点,温度应力可以分为两种,一种,是温度的自应力,也即是某一构件内部中,纤维间由于温度的不同,会产生应变差,在受到纤维的相互约束时引起应力;另一种,是各构件之间产生的温度次约束应力,是由各构件外支撑约束变形引起的次内力。
在温度条件作用下,混凝土内部和表面的温度状态,由于导热系数较小的原因,在温度变化的情况下,会存在较大的差异,形成非线性的分布。在大体积混凝土施工时,每层混凝土所得到或者散失的热量都不相同,这种各层面的温度状态也叫做温度分布。影响温度分布的外部因素包括太阳辐射、寒流、风和雨引起的大气温度变化,在构件内部混凝土材料的物理性质以及构件的形状决定温度分布的状况。
对于影响温度应力的各种条件,可以大致上分为三类:日照温度荷载、骤然降温荷载和年温度变化荷载,各种温度荷载的特点:日照温度在时间上短时间变化快,分布不均匀,具有局部性的特点,在局部日照下应力较大,是一种复杂的温度荷载;骤然降温,这种荷载收到强冷空气的影响,和日照温度相比变化缓慢,但仍然属于短时间内的改变,对结构具有整体性的特点,作用效果均匀,应力普遍较大,较为复杂。
年变化荷载,温度变化缓慢,具有整体性和均匀性的特点,对整个结构会产生较大的位移,荷载变化最为简单。
1.2温度荷载
温度荷载是一个随时间变化的函数,由于其不确定性和在几何分布上的多维性,得到具体的函数表达形式和具体的解会非常麻烦,通常温度荷载在工程结构上的分析方法有热传导方程求解、变分法求解和半理论半经验公式三种方法。以热传导为例,热传导方程中,某一时刻的温度T可以表示为:T=f(x,y,z,t)的一个函数,温度不仅和坐标x,y,z有关还和时间t有联系,可以假设各项的均质性得到三维非稳定的热传导方程:
λ为混凝土的导热系数;c为混凝土的比热;γ为混凝土容重;q为单位体积混凝土放出的热量。
热传导状态可以近似为一个一维的传导逼近,例如可以忽略在桥梁长度上温差的影响,在横断面上,由于辐射的影响垂直方向的热传导处于主要变化,可以忽略水平方向小的传导作用,这样在工程计算中就方便很多。 计算时根据初始条件,也即是假设时间t为零,认为温度Tf(x,y,z,0)为一个常数,然后根据边界条件:混凝土表面的温度是已知的;混凝土表面的热流量是已知的;在混凝土和空气的接触面上可以假定热流量和混凝土表面温度具有一定的关系。就可以得到一维状态下温度热传导方程的解。
2、混凝土的收缩、徐变
2.1收缩徐变对桥梁结构的影响
混凝土的收缩、徐变是随时间变化的,具有一定的不确定性,对桥梁结构的影响主要表现在:
构件收缩、徐变变形中会受到构件内部钢筋的约束,引起内部的应力重分布,对于预应力构件会造成预应力的一部分损失;
构件之间的衔接部分,例如现浇和预制之间的结合会因为构件之间徐变、收缩变形的不同,导致应力的重分布,组成构件各部分由于材料的不均匀性,收缩、徐变也会引起其各部分的内力和应力的变化;
分阶段施工过程中,前期施工产生的徐变会在后一阶段施工结构中收到约束,导致支点反力和结构内应力的重分布;
上部结构支点标高调整引起的约束内力,会部分逐渐释放,在混凝土徐变、收缩过程中发生变化。对细长的杆状构件,徐变还会产生附加挠度,进一步破坏构件。
2.2影响收缩、徐变的因素
徐变和收缩主要受水泥浆的物理结构性质影响,而对于不同化学性质的水泥则没有明显得变化。徐变主要是在应力的作用下产生,收缩则与混凝土中的应力无关。
徐变的原因和机理是水泥浆在应力和附水层的作用下会发生润滑滑动,从而造成水泥石的变形,并且由于层间水的转移使水泥浆收缩,骨架产生变形,在水泥胶体的影响下还会有弹性滞后性,所以表现出徐变状态。而材料内部晶体的破坏和重组合是产生永久变形的原因。
收缩的原因是参与水化反应的水泥体积大于水泥水化物的体积,是水化反应的固有自發收缩;混凝土内部吸附水消失会引起干燥收缩,这是收缩的主要原因;混凝土中的水泥水化物和二氧化碳会发生化学反应,造成碳化收缩。
2.3徐变、收缩的数学模型
徐变系数的求解,要先确立基本曲线函数式,理论假定不同加载龄期徐变的增长率都是相同的,目前徐变系数的表达式可以表示为一系列系数的乘积,或者表达成若干个性质互异的分项系数之和,每一个系数代表着一个主要的影响因素。实际上徐变增加速度是随着龄期的增长而单调衰减的,所以用指数函数或者幂函数等形式更加确切,指数函数表达式也代表着老化理论表达式:
φ(t,τ)=φ(∞,0)e-βτ[1-e-β(t-τ)]
其中t和τ表示计算龄期和加载龄期;φ是指从0到无穷大的徐变系数;β是徐变速率。
收缩应变的数学表达式可以表达为应变终值和时间函数的乘积:ε(t,τ)=εt,∞f(t-τ)
εt,∞是收缩应变的终值;f(t-τ)是收缩应变发展的时间函数。
四、结束语
在桥梁的施工过程中,建立有效的控制系统,能够保证桥梁建设的质量与安全,使各方面信息畅通、协调一致,并能有效节约资源。
参考文献:
[1]李春林,朱永宏.分析桥梁施工控制系统的建立[J].黑龙江交通科技,2007,30(7).
[2]任艳红.桥梁施工控制系统的内容探析[J].科技创新导报,2011,2(20)
【关键词】 桥梁施工;控制;内容;方法
一、桥梁施工控制的必要性
大部分的施工材料本身并不是均匀性的,材质特性也相对不稳定,受到温度、适度以及时间耐久性影响。在大型桥梁采用的自架设体系施工中,各段的混凝土以及各层的混凝土都是有差异的,必然会造成各段和上下层之间的内力和位移在施工过程中不断变化,甚至偏离设计值。在桥梁施工还要保证工程安全性,在施工的每一个阶段要通过监测手段得到结构内的实际内力和变形位移,完全的对施工进程进行跟踪,预测结构内力和变形特性,掌握施工发展状况。
目前由于计算机的发展,可以通过对整个施工过程进行数值模拟,得到各个阶段的内力和变形值,以用来和实际值进行比较分析,一旦在监测过程中出现问题,就要及時的进行检查分析,停止施工。所以施工控制是保证桥梁施工最终达到设计要求,质量安全可靠必不可少的。施工控制中不确定因素主要是指和时间因素有关的,常见的有温度效应的控制和徐变、收缩的控制。
二、桥梁施工控制的内容
桥梁施工控制顾名思义就是对桥梁施工的质量控制,这里主要是指桥梁主体结构内力与结构变形的控制,这两方面作为桥梁建筑施工的主体在桥梁建筑中起到了关键性的作用,故此在建筑施工中我们要严格的控制的这两方面的建筑施工质量,在条件允许的范围内进行适当的改变,下面就重点进行一下论述:
1、几何(变形)控制
几何变形是指桥梁结构在施工过程中产生的桥梁几何形状的变化,桥梁结构在施工过程中的实际由于受到不同的外力和自身状态的影响,桥梁中心会偏置原来位置具有一定的挠度,这将使桥梁整个结构在受力状态转换会遇到不同程度的困难,也就是施工实施合拢具有偏差,这就会导致曲线的连续性与桥梁结构设计状态不一致,所以必须对桥梁结构实施必要的实时控制,使其结构在施工中的实际位置状态与预期状态之间的误差在容许范围之内和成桥线形状态符合设计要求。
2、应力控制
在桥梁施工建设中,要想做到对桥梁施工的全面控制以及掌握桥梁施工的受力情况等就要清楚的了解到桥梁在设计的过程中是否与实际情况完全相符。在桥梁施工过程中必须采取相应的措施来进行监督检查,这样做的主要目的就是为了更好的了解桥梁应力的情况。及时发现施工过程中应力状态与实际不相符时要查明其原因,以满足桥梁建设符合设计规范要求。应力控制分为两种,其中相比较而言,结构应力控制要比变形应力控制难的多,也不容易被发现。为了避免桥梁应力控制不力对桥梁自身产生的危害,从而导致对整个桥梁结构的破坏,为此在施工过程中必须加强对其检查监督,做好施工过程中的监控工作。
3、稳定控制
在桥梁施工建设中不仅仅要严格控制应力和徐变问题,同时还要注意各个阶段的施工稳定性,因稳定性的好坏直接关系到桥梁结构建设的安全。稳定性强调的不仅仅是局部的稳定,更是整体桥梁施工建设的稳定过程。桥梁设计人员在进行施工建设的过程中,待施工完成以后必须对其进行稳定性的测试估算,稍有偏差就要及时上报进行总结分析,快速的进行解决,避免造成更大的损失。
三、桥梁施工控制的方法
1、温度效应
1.1温度效应的基本特点
温度效应具有明显的不确定性,随着时间的变化不断改变,混凝土桥梁构件的表面和内部的各点都在随时的变化着。温度效应反映在温度应力上,也即是温度荷载,具有时间性和非线性的基本特点,温度应力可以分为两种,一种,是温度的自应力,也即是某一构件内部中,纤维间由于温度的不同,会产生应变差,在受到纤维的相互约束时引起应力;另一种,是各构件之间产生的温度次约束应力,是由各构件外支撑约束变形引起的次内力。
在温度条件作用下,混凝土内部和表面的温度状态,由于导热系数较小的原因,在温度变化的情况下,会存在较大的差异,形成非线性的分布。在大体积混凝土施工时,每层混凝土所得到或者散失的热量都不相同,这种各层面的温度状态也叫做温度分布。影响温度分布的外部因素包括太阳辐射、寒流、风和雨引起的大气温度变化,在构件内部混凝土材料的物理性质以及构件的形状决定温度分布的状况。
对于影响温度应力的各种条件,可以大致上分为三类:日照温度荷载、骤然降温荷载和年温度变化荷载,各种温度荷载的特点:日照温度在时间上短时间变化快,分布不均匀,具有局部性的特点,在局部日照下应力较大,是一种复杂的温度荷载;骤然降温,这种荷载收到强冷空气的影响,和日照温度相比变化缓慢,但仍然属于短时间内的改变,对结构具有整体性的特点,作用效果均匀,应力普遍较大,较为复杂。
年变化荷载,温度变化缓慢,具有整体性和均匀性的特点,对整个结构会产生较大的位移,荷载变化最为简单。
1.2温度荷载
温度荷载是一个随时间变化的函数,由于其不确定性和在几何分布上的多维性,得到具体的函数表达形式和具体的解会非常麻烦,通常温度荷载在工程结构上的分析方法有热传导方程求解、变分法求解和半理论半经验公式三种方法。以热传导为例,热传导方程中,某一时刻的温度T可以表示为:T=f(x,y,z,t)的一个函数,温度不仅和坐标x,y,z有关还和时间t有联系,可以假设各项的均质性得到三维非稳定的热传导方程:
λ为混凝土的导热系数;c为混凝土的比热;γ为混凝土容重;q为单位体积混凝土放出的热量。
热传导状态可以近似为一个一维的传导逼近,例如可以忽略在桥梁长度上温差的影响,在横断面上,由于辐射的影响垂直方向的热传导处于主要变化,可以忽略水平方向小的传导作用,这样在工程计算中就方便很多。 计算时根据初始条件,也即是假设时间t为零,认为温度Tf(x,y,z,0)为一个常数,然后根据边界条件:混凝土表面的温度是已知的;混凝土表面的热流量是已知的;在混凝土和空气的接触面上可以假定热流量和混凝土表面温度具有一定的关系。就可以得到一维状态下温度热传导方程的解。
2、混凝土的收缩、徐变
2.1收缩徐变对桥梁结构的影响
混凝土的收缩、徐变是随时间变化的,具有一定的不确定性,对桥梁结构的影响主要表现在:
构件收缩、徐变变形中会受到构件内部钢筋的约束,引起内部的应力重分布,对于预应力构件会造成预应力的一部分损失;
构件之间的衔接部分,例如现浇和预制之间的结合会因为构件之间徐变、收缩变形的不同,导致应力的重分布,组成构件各部分由于材料的不均匀性,收缩、徐变也会引起其各部分的内力和应力的变化;
分阶段施工过程中,前期施工产生的徐变会在后一阶段施工结构中收到约束,导致支点反力和结构内应力的重分布;
上部结构支点标高调整引起的约束内力,会部分逐渐释放,在混凝土徐变、收缩过程中发生变化。对细长的杆状构件,徐变还会产生附加挠度,进一步破坏构件。
2.2影响收缩、徐变的因素
徐变和收缩主要受水泥浆的物理结构性质影响,而对于不同化学性质的水泥则没有明显得变化。徐变主要是在应力的作用下产生,收缩则与混凝土中的应力无关。
徐变的原因和机理是水泥浆在应力和附水层的作用下会发生润滑滑动,从而造成水泥石的变形,并且由于层间水的转移使水泥浆收缩,骨架产生变形,在水泥胶体的影响下还会有弹性滞后性,所以表现出徐变状态。而材料内部晶体的破坏和重组合是产生永久变形的原因。
收缩的原因是参与水化反应的水泥体积大于水泥水化物的体积,是水化反应的固有自發收缩;混凝土内部吸附水消失会引起干燥收缩,这是收缩的主要原因;混凝土中的水泥水化物和二氧化碳会发生化学反应,造成碳化收缩。
2.3徐变、收缩的数学模型
徐变系数的求解,要先确立基本曲线函数式,理论假定不同加载龄期徐变的增长率都是相同的,目前徐变系数的表达式可以表示为一系列系数的乘积,或者表达成若干个性质互异的分项系数之和,每一个系数代表着一个主要的影响因素。实际上徐变增加速度是随着龄期的增长而单调衰减的,所以用指数函数或者幂函数等形式更加确切,指数函数表达式也代表着老化理论表达式:
φ(t,τ)=φ(∞,0)e-βτ[1-e-β(t-τ)]
其中t和τ表示计算龄期和加载龄期;φ是指从0到无穷大的徐变系数;β是徐变速率。
收缩应变的数学表达式可以表达为应变终值和时间函数的乘积:ε(t,τ)=εt,∞f(t-τ)
εt,∞是收缩应变的终值;f(t-τ)是收缩应变发展的时间函数。
四、结束语
在桥梁的施工过程中,建立有效的控制系统,能够保证桥梁建设的质量与安全,使各方面信息畅通、协调一致,并能有效节约资源。
参考文献:
[1]李春林,朱永宏.分析桥梁施工控制系统的建立[J].黑龙江交通科技,2007,30(7).
[2]任艳红.桥梁施工控制系统的内容探析[J].科技创新导报,2011,2(20)