大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的內容及方法探析

陳富強

摘要：我國在懸索橋、拱橋、連續(xù)剛構橋等方面的研究與實踐取得了較好的成果，但對大跨預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工控制技術研究相對較少。因此研究和應用大跨預應力混凝上連續(xù)梁橋施工控制技術具有極現實的工程意義。本文首先分析了大跨橋梁影響施工控制的因素，其次對施工控制的內容及方法、施工控制的基本原理等進行了的闡述。

關鍵字：大跨徑；連續(xù)梁橋；施工控制

1 序言

大跨度橋梁的施工要經過一個復雜的過程，在此過程中將受到許多確定和不確定因素的影響，導致橋梁結構的實際狀態(tài)偏離理論計算分析狀態(tài)。因此，橋梁施工控制的重點就是通過對施工過程中出現的偏差進行分析識別，發(fā)現問題并及時進行糾偏，同時對結構的后續(xù)階段進行預測，使施工系統始終處于控制之中。

2 影響施工控制中的因素[1]

大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的主要目的是使施工實際狀態(tài)最大限度地與理想設計狀態(tài)（線形與受力）相吻合。要實現上述目標，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理論設計狀態(tài)的所有因素，以便對施工實施有的放矢的有效控制。

2.1 結構參數[2]

不論何種橋梁的施工控制，結構參數都是必須考慮的重要因素，結構參數是控制中的結構施工模擬分析的基本資料，其準確性直接影響分析結果的準確性。事實上，實際橋梁結構參數一般很難與設計所用的結構參數完全吻合，總是存在一定的誤差，施工控制中如何恰當地記入這些誤差，使結構參數盡量接近橋梁的真實結構參數，是首先需要解決的問題。結構參數主要包括結構構件截面尺寸、結構材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數、施工荷載、預加應力或索力等內容。

2.2 施工工藝

施工控制是為施工服務的，反過來，施工的好壞又直接影響控制目標的實現。除要求施工工藝必須符合控制要求外，在施工控制中必須計入施工條件非理想化帶來的構件制作、安裝等方面的誤差，使施工狀態(tài)保持在控制中。

2.3 施工監(jiān)測

監(jiān)測是橋梁施工控制的最基本手段之一。監(jiān)測包括應力監(jiān)測、變形監(jiān)測等。因測量儀器、儀器安裝、測量方法、數據采集、環(huán)境情況等存在誤差，所以，結構監(jiān)測總是存在誤差的。在控制過程中，除要從測量設備、方法上盡量設法減小測量誤差外，在進行控制分析時必須將其計入。

2.4 溫度變化

溫度變化對橋梁結構的受力與變形影響很大，這種影響隨溫度的改變而改變，在不同時刻對結構狀態(tài)（應力、變形）進行量測，其結果是不一樣的，如果施工控制中忽略了該項因素，就必然難以得到結構的真實狀態(tài)數據，從而也難以保證控制的有效性，所以，必須考慮溫度變化的影響。一般是將一天中的溫度變化較小的早晨作為控制所需實測數據的采集時間。但對季節(jié)溫差和橋梁體內的溫度殘余影響要予以重視。

2.5 材料收縮、徐變

對混凝土橋梁結構而言，材料收縮、徐變對結構內力、變形有較大的影響，這主要是由于大跨徑連續(xù)梁橋施工中混凝土普遍加載齡期短、各階段齡期相差大等引起的，控制中要予以認真研究，以期采用合理的、符合實際的徐變參數和計一算模型。收縮、徐變還將影響成橋后運營階段的結構變形，這也是設定預拱度需要考慮的因素。

3 施工控制的任務與工作內容

橋梁施工控制的任務就是對橋梁施工過程實施控制[3]，確保在施工過程中橋梁結構的內力和變形始終處于容許的安全范圍內，確保成橋狀態(tài)（包括成橋線形與成橋結構內力）符合設計要求。橋梁施工控制圍繞上述控制任務而展開，其施工控制的工作內容主要包括以下幾個方面：

3.1 幾何（變形）控制

不論采用什么施工方法，橋梁結構在施工過程中總要產生變形（撓曲），并且結構的變形將受諸多因素的影響，極易使橋梁結構在施工過程中的實際位置（立面標高，平面位置）狀態(tài)偏離預期狀態(tài)，使橋梁難以順利合攏，或成橋線形形狀與設計要求不符，所以必須對橋梁實施控制，使其結構在施工中的實際位置狀態(tài)與預期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍之內和成橋線形狀態(tài)符合設計要求。

3.2 應力控制

橋梁結構在施工過程中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設計相符合是施工控制要明確的重要問題。通常通過結構應力的監(jiān)測來了解實際應力狀態(tài)，若發(fā)現實際應力狀態(tài)與理論（計算）應力狀態(tài)的差別超限就要進行原因查找和調控，使之在允許范圍內變化。結構應力控制的好壞不像變形控制那樣易于發(fā)現，若應力控制不力將會給結構造成危害，嚴重者將發(fā)生結構破壞（我國寧波的招寶山大橋主梁斷裂就是一個例子），所以，必須對結構應力實施嚴格控。對應力控制的項目和精度還沒有明確的規(guī)定，需根據實際情況確定，通常包括：

①結構在自重下的應力（實際應力與設計相差宜控制在+5%）。②結構在施工荷載作用下的應力（實際應力與設計相差宜控制在+5%）。③結構預加力除對張拉實施雙控（油表控制和伸長量控制，伸長量誤差允許在±6%以內）外，還必須考慮管道摩阻影響（對于后張結構）。④溫度應力，特別是大體積基礎、墩柱等。⑤其他應力，如基礎變位、風荷載、雪荷載等引起的結構應力。⑥施工中用到的對橋梁施工安全有直接影響的支架、掛籃、纜索吊裝系統等的應力在安全范圍內。

3.3 穩(wěn)定控制

橋梁結構的穩(wěn)定性關系到橋梁結構的安全，它與橋梁的強度有著同等的甚至更重要的意義。世界上曾經有過不少的橋梁在施工過程由于失穩(wěn)而導致全橋破壞的例子，最典型的是加拿大的魁北克（Quebec）橋。該橋在南側錨錠析架快要架完時，由于懸臂端下弦桿的腹板屈曲而發(fā)生突然崩塌墜落。我國四川州河大橋也因懸臂體系的主梁在吊裝主跨中段承受過大的軸力而失穩(wěn)破壞。因此橋梁施工過程中不僅要嚴格控制應力和變形，而且要嚴格地控制施工各階段結構構件的局部和整體穩(wěn)定。目前主要通過穩(wěn)定分析計算（穩(wěn)定安全系數），并結合結構應力、變形情況來綜合評定、控制其穩(wěn)定性。

3.4 安全控制

橋梁施工過程中安全控制是橋梁施工控制的重要內容，只有保證了施工過程中的安全，才談得上其他控制與橋梁的建設，其實，橋梁施工的安全控制是上述變形控制、應力控制、穩(wěn)定控制的綜合體現，上述各項得到了控制，安全也就得到了控制（由于橋梁施工質量問題引起的安全問題除外）。由于結構形式不同，直接影響施工安全的因素也不一樣，在施工控制中需根據實際情況，確定其安全控制重點。

4 施工控制的方法

連續(xù)梁橋是施工→監(jiān)測→識別→調整→預告→施工的循環(huán)過程，其實質就是使施工按照預定的理想狀態(tài)（主要是施工標高）順利推進。而實際上不論是理論分析得到的理想狀態(tài)，還是實際施工都存在誤差，所以，施工控制的核心任務就是對各種誤差進行分析、識別、調整，對結構未來做出預測。

4.1 預測控制法

預測控制法是指在全面考慮影響橋梁結構狀態(tài)的各種因素和施工所要達到的目標后，對結構的每一施工階段（節(jié)段）形成前后進行預測，使施工沿著預定狀態(tài)進行。由于預測狀態(tài)與實際狀態(tài)免不了有誤差存在，某種誤差對施工目標的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預測予以考慮，以此循環(huán)，直到施工完成和獲得與設計相符合的結構狀態(tài)。這種方法適用于所有橋梁，而對于那些已成結構狀態(tài)具有不可調整性的橋梁施工控制必須采用此法。預測控制以現代控制論為理論基礎，其預測方法常見的有卡爾曼濾波法、灰色系統理論控制法等。

4.2 自適應控制法

鑒于連續(xù)梁橋已完成節(jié)段的不可控性以及施工中對線形誤差的糾正措施有限，控制誤差的發(fā)生就顯得極為重要，所以，采用自適應控制法對其進行控制也是很有效的。

4.3 線形回歸分析法

線形回歸分析法是通過對懸臂箱梁撓度與懸臂長度、懸臂重量的一元線形回歸處理或二元線形回歸處理，總結建立撓度線形回歸數學模型。它可以用于分析箱梁撓度變形的規(guī)律，也可以用于預測待施工梁段的撓度。但它無法對溫度和施工引起的誤差進行修正，并且要求有較多有規(guī)律的數據才行，在梁段數比較少時所得到的回歸曲線的精度難以保證。

5 小結

主要討論了影響大跨度連續(xù)梁橋施工控制的因素、施工控制的任務與工作內容以及施工控制的方法。我國在橋梁施工控制的理論與實踐還未建立起一套完善的施工控制技術系統和組織管理系統。因此，深入研究橋梁施工控制理論，研制更加合理、實用的控制軟件以及更加方便、精確的監(jiān)測設備，建立完善的橋梁施工控制技術系統和組織管理系統是今后橋梁建設事業(yè)發(fā)展迫切需要進行的工作。

參考文獻

[1]劉來君.大跨徑橋梁施工控制不確定因素分析[D].長安大學碩士學位論文，2002.

[2]向中富.橋梁施工控制技術[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3]顧安邦，常英，樂云樣.大跨徑預應力連續(xù)剛構橋施工控制的理論與方法[J].重慶交通學院學報，1999 18(4): 47~53.