摘 要

第一章 引言 3

第二章  悬臂施工 4

2.1悬臂施工工艺 4

2.2工程概况 5

第三章 数值模拟 7

3.1建模基本参数 7

3.2查看结果及结果分析 8

第四章  现场监测 12

4.1仪器及其原理介绍 12

4.2计算公式 13

4.3传感器安装 14

4.4数据处理 17

4.4.1单日数据处理 17

4.4.2挂篮行走过程数据分析 20

4.4.3现场监测和数值模拟分析 21

第五章  结论与展望 25

5.1结论 25

5.2展望 25

参考文献 27

致 谢 28

摘要

悬臂施工是我国现代桥梁施工的重要组成部分，但近年来，由于施工过程监测方法的不完善，出现了许多施工事故，因此本次研究采用新型光纤光栅传感器监测系统，对成昆铁路，沙坝安宁河双线特大桥垮安宁河段15#墩挂篮施工过程中桥面不均匀沉降进行实时监测。借助Midas civil对悬臂梁桥施工过程进行数值模拟，作为监测结果的参考。通过对现场的实验研究，结合数值模拟对比分析，获得了以下成果：

（1）总结了悬臂技术施工过程中容易出现的问题，为新型光纤光栅传感器监测系统的现场应用提供了参考；

（2）采用新型光纤光栅传感器监测系统对悬臂施工中各个环节的桥面不均匀沉降进行实时监测，发现混泥土浇注和张拉施工环节桥面的不均匀沉降相对较大；

（3）现场使用数据分析结果和Midas civil数值模拟结果对比发现，两者在施工阶段的变化趋势一致，在挠度变化大小方面，现场试验数据相对较大；

（4）在室内实验的基础上，开展了新型光纤光栅传感器监测系统的现场试验研究，获得了光纤光栅传感器受温度和施工影响的变化规律，为新型光纤光栅传感器监测系统的推广使用提供了参考。

关键词：光纤光栅倾角计；悬臂施工技术；实时监测；挠度变化；成昆铁路Abstract

Cantilever construction is to the important part of modern bridge construction in our country, but in recent years, as a result of the construction process monitoring method is imperfect, appeared a lot of construction accidents, so the study USES the new type of fiber Bragg grating sensor monitoring system, the bar anling river two-line super major bridge collapse peace reach 15 # pier hanging basket bridge deck uneven settlement in the construction process of real-time monitoring. The construction process of cantilever beam bridge is simulated by Midas civil as a reference for monitoring results. The following results are obtained through field experimental research and numerical simulation comparative analysis:

(1) summarize the problems that are easy to appear in the construction of cantilever technology, and provide references for the field application of the new optical fiber grating sensor monitoring system;

(2) adopts the new type of fiber Bragg grating sensor monitoring system of cantilever construction in each link of the bridge deck uneven settlement for real-time monitoring, concrete pouring and tension by two link bridge the uneven settlement of relatively large;

(3) the data analysis results and Midas civil found that the results of numerical simulation, the change trends in the construction stage are the same, in terms of deflection change size, field test data is relatively large;

(4) on the basis of laboratory experiments, conducted a field test of the new type of fiber Bragg grating sensor monitoring system research, the optical fiber grating sensor affected by temperature and construction change rule, for the promotion of new fiber Bragg grating sensor monitoring system using provides reference.

Key words: real-time monitoring of deflection change in the construction of fiber grating sensor cantilever; chengkun railway

第一章 引言

随着我国国民经济的增长，我国大力推进基础设施的建设，公路和铁路建设是基础建设的重要组成部分，在公路和铁路建设过程中需要建设大量桥梁。由于悬臂挂篮技术具有成本低，施工速度快，操作方便等优点，在现代桥梁建设中占有较大比例。但悬臂梁桥施工受到多种因素的影响，施工环境复杂，施工精度要求高，因此，悬臂梁桥施工的质量和安全监测尤为重要。然而当前我国建筑施工安全生产形势不容乐观，各种事故频发。巫金炜等人对某连续梁桥悬臂浇注过程中1号块节段顶板混泥土发生崩裂做了分析和处理^[1]；陈哲对悬臂结构工程施工中事故做了分析，并提出了相应对策^[2]；蔡学伦对悬臂梁施工中易出现的问题做了分析^[3]；黄波在连续梁桥悬臂浇注施工关键技术研究中对于悬臂浇注合拢时需要进行挠度监测做了具体分析^[4]。面对各种施工安全，进行挠度实时监测是一种重要的解决措施。因此，对悬臂梁施工过程进行实时监测具有重大的现实意义。

光纤光栅传感器种类繁多，在民用工程结构、电力工业、航空航天业、石油化工业、船舶航运业、核工业、医学等许多方面光纤光栅都有较为广泛的应用^[5]。由泽伟等人将光纤光栅传感器应用在爆破冲击的测量上^[6]；鲍文忠等人将光纤光栅传感器应用在桥梁的健康监测上^[7]：郭玲等人将光纤光栅传感器应用在城轨桥梁监测中^[8]；莫淑华将光纤光栅传感器成功应用于桥梁预应力张拉、桥梁静载实验和桥梁实际运营阶段应用光纤光栅传感器监测大桥的应变情况^[9]。

桥梁施工中一般采用全站仪并在桥面上预埋监测点对其进行沉降监测，需要由专人对其进行长期监测，但没法实现实时监测，特别是一些重要施工环节对桥梁沉降的影响没法进行动态捕捉。针对以上问题文章采用光纤光栅传感技术，基于光纤光栅传感原理，以光信号替代传统电信号传感器，结合实际工程，研究光纤光栅传感器监测系统在悬灌梁施工中的实际应用。通过Midas civil进行数据模拟，。、数值模拟的结果为光纤光栅倾角计监测结果提供参考，对比分析两种结果，为悬灌施工提供依据

第二章  悬臂施工

2.1悬臂施工工艺

悬臂施工的定义：是使用一对可以移动的挂篮，当进行绑扎钢筋，浇注混泥土和进行张拉时，挂篮固定在之前的施工节段上，完成本节段的施工后，解除固定，两端的挂篮对称向外移动一个节段，进行下一步的施工，循环前行，直到悬臂段浇注完成的桥梁施工技术。

图2.1 挂篮主段悬臂浇注施工的主要工艺程序

在桥墩顶部托架上浇注混泥土并对0#块两端进行临时固结，临时固结混泥土都装有卸落设备，以便在完成桥梁合拢之后拆除。在完成0#块的浇注之后在0#块两端安装挂篮，向两侧依次对称施工，直到合拢之前。完成悬臂段的混泥土浇注以后依次进行边跨主梁合龙和中跨主梁合拢，最终形成连续梁体系。

悬臂挂篮是悬臂施工中的重要措施，其本身的安装质量直接影响到悬臂施工的质量和进度。悬臂挂篮伴随悬臂的施工的整个过程， 如果安装不合格，不仅仅会对施工产生重大影响，浪费建设资源，还会威胁人员安全。

张拉就是对混泥土施加预应力，一般顶板设有横向和纵向张拉，腹板设有纵向和竖向张拉，竖向张拉使用螺纹钢筋，其他的都是提前布置预应力刚束。张拉刚束对称布置，张拉时主要借助千斤顶，对称施加预应力。在纵向张拉的过程中，一方面混泥土被压紧，另一方面，桥面会有所抬升。

悬臂施工具有结构简单、跨越能力大、受桥墩高度影响较小、挂蓝移动灵活、操作性强，不需要大型的掉运设备等众多优点，因此，在我国桥梁建设中，悬臂施工法占有较大的比例，特别是大跨度、高桥墩的桥梁，悬臂施工法占有绝对的优势。

2.2工程概况

沙坝安宁河双线特大桥垮安宁河段采用连续悬灌梁施工，全长193.75m，预应力混泥土结构，采用挂篮悬臂施工。主墩为15#、16#墩，墩身采用圆端型空心墩，基础采用钻孔桩。墩身高度分别为53.5m和51.5m，承台尺寸为20.19m×17.15m×4m承台，桩基为20根Φ1.8m钻孔桩，桩长分别为59m和57m。14～17#墩（52 88 52）m连续箱梁，梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁体全长193.5m，中跨中部10m梁段和边跨端部13.75m梁段为等高梁段，梁高4m，中墩处梁高7m，其余梁段按照二次抛物线变化。

工程施工进度安排：0号段施工45d；挂篮拼装及预压15天d；中跨合拢15天d；边跨合拢15天d；中间每节段12天d，节段施工周期计算见表2.1

表2.1悬臂梁施工进度指标表（1个节段）

悬臂挂篮技术是我国桥梁建设中重要和使用最平凡的技术之一，在我国桥梁施工中发挥着越来越大的作用^[10]。悬臂施工具有灵活性高、使用范围广泛、跨度大、桥梁结构牢固等众多优点。在我国桥梁建设中悬臂梁桥施工中占有较大的比重^[11]。

该悬灌梁横跨沙坝安宁河，桥墩水工施工，桥面到水面50多米，桥梁跨度较大，早晚风速较大，桥下时常有淘沙船通过，施工环境复杂，施工难度较大，施工工期紧。文章开展新型光纤传感智能监测系统在悬灌施工过程中的现场试验研究，采用光纤光栅倾角计对施工过程中桥面不均匀沉降进行实时监测，预测工程潜在危险，优化施工参数，为悬灌施工保驾护航。

第三章 数值模拟

Midas是用途非常广泛的有限元分析软件，可用于多种空间结构的模拟。对于特定的空间结构，Midas开发了特定的功能，其中civil模块主要用于桥梁的有限元分析，为提高建模的效率，Midas civil提供了可以直接导入CAD图和表格等其他软件程序等许多便捷的方法，，应用非常的灵活。

Midas本身提供多个国家桥梁的材料和截面设计和国家规范，在建模的过程中调用非常的方便。建模过程中不仅仅考虑施工的影响，还综合考虑混泥土的收缩徐变、日照、温差等多种因素的影响，模拟结果较为可靠。其处理结果可以查看桥梁给部位的受力情况，位移与形变等多种模拟结果，结果可以由图形、表格、动画的形式输出，可以满足多方面的需要。基于Midas的各种优点，本次数值模拟采用Midas civil对悬臂梁的施工过程进行数值模拟，模拟主要考虑施工过程中的悬臂的不均匀沉降。

3.1建模基本参数

根据实际施工情况和实验进展，本次建模只考虑0#到4 #块的施工情况，总长3900cm。模型共17个节点16个单元，其中第9节点为桥墩永久支座，8、10为桥墩临时支座，共分为0#1块、0#2、1#块、2#块、3#块、4#块六个模块，模型结构和尺寸如图3.1所示

图3.1 （单位：cm）

建模材料：混泥土:a.梁体采用C55混泥土

b.保护层采用C40纤维混泥土

c.基座和挡水凸台采用C40混泥土

钢筋:a.普通钢筋采用HRB400钢筋和HP300钢筋

b.预应力钢筋采用JBG04(S)规范strand1860钢筋

本次建模不仅仅考虑了自重、挂篮的重量和预应力的影响，还充分考虑了日照温差的影响和混泥土的收缩徐变。为了更好的分析浇筑和张拉对之前施工节段的影响，将每一段块的浇筑和张拉分为两个施工阶段，方便之后查看施工结果。具体的施工阶段定如图3.2

图 3.2 施工阶段定义图

3.2查看结果及结果分析

在模型建立结束之后，进行运行分析，运行结束后可以查看各个施工阶段的结果，本次模拟主要是查看各施工阶段队之前施工沉降的影响。在查看变形结果时，按图3.3选择进行查看。

为需求精确的模拟结果，因此在施工组合的地方选择“CS：合计”，综合考虑各种因素的影响；本次监测主要是监测悬臂梁桥的沉降变化，因此在位移的地方选择“DZ”;为了更更直观的查看变形的大小和趋势，在现实类型中选择“数值”和“图例”；选择“当前步骤位移”是为之后的数据分析，各个传感器的误差分析已经各个阶段挠度变化趋势分析准备。通过查看结果，由各节段两端相减得到悬臂施工过程的各节段挠度变化表3.1。

图3.3 变形结果查看

通过查看数值模拟结果，整理数据得到各节段挠度变化表3.2、3.2。

表3.1小里程各节段挠度变化模拟汇总表（ ：抬升 -：下沉 单位:mm）

表3.2大里程各节段挠度变化模拟汇总表（ ：抬升 -：下沉 单位:mm）

模拟结果分析：

（1）从表格可以发现，每次混泥土浇注，在悬臂自重的作用下，悬臂有所沉降，由于目前悬臂较短，沉降变化较小；每次张拉，在张拉力的作用下，悬臂有所抬升；

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