大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制關(guān)鍵問題分析與研究

摘 要：在連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋梁施工中，大跨度連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋梁是一種使用比較廣泛的模式，由于橋梁的自身結(jié)構(gòu)，這種橋梁結(jié)構(gòu)在施工后期或者運營的過程中仍然會有一系列的問題存在?；诖?，文章對大跨度線序剛構(gòu)橋梁施工控制關(guān)鍵問題進行分析和研究。

關(guān)鍵詞：大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁；施工控制；關(guān)鍵問題；分析研究

隨著建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋得到了廣泛的運用，由于連續(xù)鋼構(gòu)造橋梁的跨徑比較大，為了保證橋梁使用過程中，連續(xù)剛構(gòu)橋的受力性可以達到設(shè)計的要求，需要控制好橋梁的施工過程。一般情況下，大跨度連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋主要使用多跨鋼構(gòu)造和多跨連續(xù)鋼構(gòu)造結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)為預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，由于施工過程中，大跨度連續(xù)鋼構(gòu)造橋梁主要是使用懸臂施工的方法進行施工，在施工的過程中，會有比較多的不確定因素，致使橋梁產(chǎn)生比較復雜的位移變化和應(yīng)力變化，所以，控制大跨度剛結(jié)構(gòu)橋梁的施工具有重要意義。

1 工程概況

徐州市三環(huán)高架快速通道上跨和平路大橋跨徑為預應(yīng)力混凝土剛結(jié)構(gòu)橋梁，橋梁的底板厚度和橋梁的高度都是按照1.8次拋物線進行設(shè)計的，箱梁分別設(shè)置了豎向、橫向、縱向三個方向的預應(yīng)力，橋梁的主墩為單薄壁箱形墩，墩身的厚度都是60cm，承臺配置了六根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，連續(xù)墩墩身的橫向?qū)挾葹?.1m，縱向?qū)挾葹?.6m，封底混凝土的厚度為0.9m，承臺一共配備了六根直徑為兩米的鉆孔灌注樁做基礎(chǔ)。

2 施工監(jiān)控方法及調(diào)控策略

預應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)箱梁橋施工過程復雜，影響參數(shù)較多，如：結(jié)構(gòu)剛度、梁段重量、預應(yīng)力、混凝土的收縮徐變、施工臨時荷載和溫度等。在理論計算時，都假定這些施工監(jiān)控參數(shù)值為橋梁規(guī)范規(guī)定的理想值。為了消除設(shè)計參數(shù)取值的誤差所引起的施工中結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線形和理論值的偏差，應(yīng)在施工過程中對這些參數(shù)進行識別和預測。本橋采用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制方法，即對施工過程中的高程和內(nèi)力的實測值與理論值進行比較，對橋梁結(jié)構(gòu)的主要基本參數(shù)進行識別，找出實測值與理論值產(chǎn)生差別的原因，從而對參數(shù)進行修正，達到主梁線形控制的目的。對于重大的設(shè)計參數(shù)誤差，提請設(shè)計方進行理論設(shè)計值的修改，對于常規(guī)的參數(shù)誤差，通過優(yōu)化進行調(diào)整。對于主梁線形的調(diào)整，最直接的手段是調(diào)整當前澆筑節(jié)段的立模標高，將參數(shù)誤差引起的主梁標高的變化通過箱梁節(jié)段立模標高的調(diào)整予以修正。

3 施工監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)對大跨度橋梁施工控制系統(tǒng)的長期研究和對104國道徐州北擴趙莊京杭大運河大橋施工控制實踐，本橋施工控制系統(tǒng)包括以下五個子系統(tǒng)。

3.1 現(xiàn)場測試系統(tǒng)

根據(jù)控制要求測量能夠反映橋梁狀況的物理量：主梁標高、墩頂偏位、控制截面的應(yīng)變、結(jié)構(gòu)溫度場等等。對結(jié)構(gòu)計算采用的基本參數(shù)必須現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)：混凝土的彈性模量、箱梁節(jié)段的重量、混凝土的收縮徐變參數(shù)、施工臨時荷載等。測試工作盡量采用全自動的測試儀器完成，減少工作量和提高測試精度。

3.2 誤差分析系統(tǒng)Ⅰ

對采集的數(shù)據(jù)進行初步加工，采用適當?shù)姆椒ㄏ驕y試方法和測試手段而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差。根據(jù)測量的溫度場計算溫度變化對關(guān)鍵控制工況下所采集數(shù)據(jù)的影響，這是進行后續(xù)誤差分析成敗的關(guān)鍵之一。

3.3 數(shù)據(jù)判斷處理系統(tǒng)

對經(jīng)過第一次誤差分析處理后的數(shù)據(jù)分析判斷，分析當前控制工況下狀態(tài)數(shù)據(jù)是否滿足施工控制允許的精度要求，并進一步分析判斷誤差過大產(chǎn)生的原因。

如果誤差經(jīng)判斷為施工中某些不確定的、偶然的非結(jié)構(gòu)性的原因產(chǎn)生的（如掛籃的非彈性變形、立模誤差等等）則這種誤差應(yīng)采用人工分析判斷的方法確定誤差量，并根據(jù)主梁平順性等要求人工調(diào)整下一階段的施工控制數(shù)據(jù)。如果誤差過大經(jīng)判斷為結(jié)構(gòu)性的原因所產(chǎn)生的，如計算時的基本參數(shù)誤差引起的等等原因，則需進行第二次誤差分析。

3.4 誤差分析系統(tǒng)Ⅱ

具體來講，該子系統(tǒng)包括參數(shù)識別、參數(shù)預測、反饋計算、再前進分析四部分。根據(jù)當前控制工況下采集的數(shù)據(jù)估計，可采用卡爾曼濾波法和最小二乘法識別當前結(jié)構(gòu)真實狀態(tài)，并得到與之相適應(yīng)的各基本計算參數(shù)真值的最小誤差估計值。由于誤差識別相對施工的滯后性，為對于一些具有統(tǒng)計規(guī)律性的基本參數(shù)在后續(xù)施工階段的誤差可采用灰色理論GM（1，1）模型提前進行預測，以減少誤差識別的工作量和控制參數(shù)的調(diào)整量。由于當前結(jié)構(gòu)存在過大的誤差，為了使橋梁在成橋仍滿足設(shè)計的最優(yōu)狀態(tài)，因此必須對后續(xù)梁段的立模標高進行調(diào)整。根據(jù)當前控制工況下的測量數(shù)據(jù)（已進行第一次誤差消除），計算與相應(yīng)工況下采用已識別和預測過的參數(shù)進行前進分析得到的理論數(shù)據(jù)的誤差，采用有效方法計算后續(xù)節(jié)段立模標高的調(diào)整值，做為后續(xù)施工梁段的理論值。

3.5 正裝計算系統(tǒng)

正裝計算系統(tǒng)是整個施工控制系統(tǒng)的最基本的核心，因為最初的理論數(shù)據(jù)和誤差分析系統(tǒng)Ⅱ都是以它為基礎(chǔ)。根據(jù)實踐經(jīng)驗，應(yīng)用空間桿系有限元計算原理進行正裝計算具有足夠的計算精度。

4 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制

4.1 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制的線性控制

由于預應(yīng)力混凝土剛構(gòu) - 連續(xù)箱梁橋施工過程復雜，影響參數(shù)有結(jié)構(gòu)剛度、預應(yīng)力、施工臨時荷載和溫度等因素。因此，對于由于預應(yīng)力混凝土剛構(gòu) - 連續(xù)箱梁橋施工在理論計算時，對于施工監(jiān)控參數(shù)取值都以理想的標準進行。但是在設(shè)計參數(shù)取值過程中，易產(chǎn)生誤差，而這些誤差會對施工過程中的線形和理論值產(chǎn)生影響，應(yīng)在施工過程中參數(shù)進行必要的判斷和預測。

在大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制的線性控制中我們選取自適應(yīng)控制方法，這種方法主要是對施工過程中的高程和內(nèi)力進行比較，即對理想值與實際值進行分析對比，通過這樣的方法對大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁主要參數(shù)進行分析識別，從而在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中判斷差別的原因，進而對參數(shù)進行改正。對于設(shè)計橋梁中的參數(shù)誤差，需要有設(shè)計單位對設(shè)計方案進行適當?shù)男薷?，對于出現(xiàn)的常規(guī)參數(shù)的誤差，通過必要的微調(diào)整，進行修改。對于在施工過程中主梁的線形調(diào)整，最有效、客觀的方法是通過整改澆筑節(jié)段的立模標高，對參數(shù)誤差進行調(diào)整，以適應(yīng)整體的改變。 （下轉(zhuǎn)第243頁）

4.2 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制的應(yīng)力控制

4.2.1 應(yīng)力控制的原理

應(yīng)力控制的原理：對于實際的應(yīng)力值應(yīng)該是基于應(yīng)變計所測應(yīng)變后，根據(jù)實際彈性模量值分析得到的，其基本表達式如下：

δ=Eε

式中，E 代表材料的彈性模量的實際值，ε 代表對于應(yīng)變計所測量的參數(shù)變化值。對于剛性材料而言，其彈性模量產(chǎn)生的誤差非常小，可以根據(jù)規(guī)范值求得：E=1.95×105Pa，混凝土材料隨著年齡的增加，對于彈性模量而言會產(chǎn)生或多或少的變化，因此，混凝土材料具有時變效應(yīng)的特性。

4.2.2 應(yīng)力控制的目的和要求

通過對箱梁自重、預應(yīng)力鋼束張拉對箱梁應(yīng)力等產(chǎn)生的影響進行分析，并與測試結(jié)果進行對比，從而正確對以后的施工進行指導；對應(yīng)力的分析可以保證整個轉(zhuǎn)換的安全；根據(jù)預應(yīng)力的張拉情況對整個預應(yīng)力進行次內(nèi)力分析。通過對應(yīng)力的分析與檢測，可以對橋梁結(jié)構(gòu)整體的受力狀況有一個宏觀的了解，進而性能和質(zhì)量是否達到設(shè)計要求，為應(yīng)力控制提供依據(jù)和經(jīng)驗。

4.2.3 應(yīng)力控制的流程

首先通過對傳感器的標定預先接著對傳感器的值進行測量和分析，在此基礎(chǔ)之上對對施工階段進行分析和測量，包括混凝土澆筑前后、預應(yīng)力筋張拉前后、移動掛籃前后，在此基礎(chǔ)上對對理論和實際值進行對比，進行分析鑒定，判斷其是否適合開工，最后完成相應(yīng)的評審匯報工作。

5 結(jié)語

在橋梁施工中，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋是一種比較常用的橋梁類型，文章通過實際案例對剛構(gòu)橋梁的控制問題進行了分析和研究，根據(jù)大跨度連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋的基本原理，分析了剛構(gòu)橋梁控制中的誤差，并分析的具體的影響因素。工程施工完成后，整個橋梁的結(jié)構(gòu)受力達到了設(shè)計的要求，值得同類工程借鑒引用。

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作者簡介：王強（1976- ），男，江蘇徐州人，工程師，本科，從事交通工程監(jiān)理工作。