連續(xù)梁橋施工控制的研究論文
關(guān)鍵字：大跨徑；連續(xù)梁橋；施工控制
摘要：我國(guó)在懸索橋、拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等方面的研究與實(shí)踐取得了較好的成果，但對(duì)大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工控制技術(shù)研究相對(duì)較少。因此研究和應(yīng)用大跨預(yù)應(yīng)力混凝上連續(xù)梁橋施工控制技術(shù)具有極現(xiàn)實(shí)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(duì)施工控制的內(nèi)容及方法、施工控制的基本原理等進(jìn)行了的闡述。
1序言
大跨度橋梁的施工要經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在此過(guò)程中將受到許多確定和不確定因素的影響，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)偏離理論計(jì)算分析狀態(tài)。因此，橋梁施工控制的重點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的偏差進(jìn)行分析識(shí)別，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行糾偏，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的后續(xù)階段進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工系統(tǒng)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(shí)際狀態(tài)最大限度地與理想設(shè)計(jì)狀態(tài)（線形與受力）相吻合。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理論設(shè)計(jì)狀態(tài)的所有因素，以便對(duì)施工實(shí)施有的放矢的有效控制。
2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)[2]
不論何種橋梁的施工控制，結(jié)構(gòu)參數(shù)都是必須考慮的重要因素，結(jié)構(gòu)參數(shù)是控制中的結(jié)構(gòu)施工模擬分析的基本資料，其準(zhǔn)確性直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。事實(shí)上，實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)一般很難與設(shè)計(jì)所用的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全吻合，總是存在一定的誤差，施工控制中如何恰當(dāng)?shù)赜浫脒@些誤差，使結(jié)構(gòu)參數(shù)盡量接近橋梁的真實(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)，是首先需要解決的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數(shù)、施工荷載、預(yù)加應(yīng)力或索力等內(nèi)容。
2.2施工工藝
施工控制是為施工服務(wù)的，反過(guò)來(lái)，施工的好壞又直接影響控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。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(jì)入施工條件非理想化帶來(lái)的構(gòu)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(cè)
監(jiān)測(cè)是橋梁施工控制的最基本手段之一。監(jiān)測(cè)包括應(yīng)力監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)等。因測(cè)量?jī)x器、儀器安裝、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等存在誤差，所以，結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)總是存在誤差的。在控制過(guò)程中，除要從測(cè)量設(shè)備、方法上盡量設(shè)法減小測(cè)量誤差外，在進(jìn)行控制分析時(shí)必須將其計(jì)入。
2.4溫度變化
溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)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(shí)刻對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)（應(yīng)力、變形）進(jìn)行量測(cè)，其結(jié)果是不一樣的，如果施工控制中忽略了該項(xiàng)因素，就必然難以得到結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間。但對(duì)季節(jié)溫差和橋梁體內(nèi)的溫度殘余影響要予以重視。
2.5材料收縮、徐變
對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，材料收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)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(rèn)真研究，以期采用合理的、符合實(shí)際的徐變參數(shù)和計(jì)一算模型。收縮、徐變還將影響成橋后運(yùn)營(yíng)階段的結(jié)構(gòu)變形，這也是設(shè)定預(yù)拱度需要考慮的因素。
3施工控制的任務(wù)與工作內(nèi)容
橋梁施工控制的任務(wù)就是對(duì)橋梁施工過(guò)程實(shí)施控制[3]，確保在施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)，確保成橋狀態(tài)（包括成橋線形與成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力）符合設(shè)計(jì)要求。橋梁施工控制圍繞上述控制任務(wù)而展開(kāi)，其施工控制的工作內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
3.1幾何（變形）控制
不論采用什么施工方法，橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中總要產(chǎn)生變形（撓曲），并且結(jié)構(gòu)的變形將受諸多因素的影響，極易使橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的實(shí)際位置（立面標(biāo)高，平面位置）狀態(tài)偏離預(yù)期狀態(tài)，使橋梁難以順利合攏，或成橋線形形狀與設(shè)計(jì)要求不符，所以必須對(duì)橋梁實(shí)施控制，使其結(jié)構(gòu)在施工中的實(shí)際位置狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍之內(nèi)和成橋線形狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。
3.2應(yīng)力控制
橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設(shè)計(jì)相符合是施工控制要明確的重要問(wèn)題。通常通過(guò)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)來(lái)了解實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與理論（計(jì)算）應(yīng)力狀態(tài)的差別超限就要進(jìn)行原因查找和調(diào)控，使之在允許范圍內(nèi)變化。結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制的`好壞不像變形控制那樣易于發(fā)現(xiàn)，若應(yīng)力控制不力將會(huì)給結(jié)構(gòu)造成危害，嚴(yán)重者將發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞（我國(guó)寧波的招寶山大橋主梁斷裂就是一個(gè)例子），所以，必須對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力實(shí)施嚴(yán)格控。對(duì)應(yīng)力控制的項(xiàng)目和精度還沒(méi)有明確的規(guī)定，需根據(jù)實(shí)際情況確定，通常包括：
①結(jié)構(gòu)在自重下的應(yīng)力（實(shí)際應(yīng)力與設(shè)計(jì)相差宜控制在+5%）。②結(jié)構(gòu)在施工荷載作用下的應(yīng)力（實(shí)際應(yīng)力與設(shè)計(jì)相差宜控制在+5%）。③結(jié)構(gòu)預(yù)加力除對(duì)張拉實(shí)施雙控（油表控制和伸長(zhǎng)量控制，伸長(zhǎng)量誤差允許在±6%以內(nèi)）外，還必須考慮管道摩阻影響（對(duì)于后張結(jié)構(gòu)）。④溫度應(yīng)力，特別是大體積基礎(chǔ)、墩柱等。⑤其他應(yīng)力，如基礎(chǔ)變位、風(fēng)荷載、雪荷載等引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。⑥施工中用到的對(duì)橋梁施工安全有直接影響的支架、掛籃、纜索吊裝系統(tǒng)等的應(yīng)力在安全范圍內(nèi)。
3.3穩(wěn)定控制
橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，它與橋梁的強(qiáng)度有著同等的甚至更重要的意義。世界上曾經(jīng)有過(guò)不少的橋梁在施工過(guò)程由于失穩(wěn)而導(dǎo)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(cè)錨錠析架快要架完時(shí)，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(guó)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(guò)大的軸力而失穩(wěn)破壞。因此橋梁施工過(guò)程中不僅要嚴(yán)格控制應(yīng)力和變形，而且要嚴(yán)格地控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。目前主要通過(guò)穩(wěn)定分析計(jì)算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況來(lái)綜合評(píng)定、控制其穩(wěn)定性。橋梁施工過(guò)程中安全控制是橋梁施工控制的重要內(nèi)容，只有保證了施工過(guò)程中的安全，才談得上其他控制與橋梁的建設(shè)，其實(shí)，橋梁施工的安全控制是上述變形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制的綜合體現(xiàn)，上述各項(xiàng)得到了控制，安全也就得到了控制（由于橋梁施工質(zhì)量問(wèn)題引起的安全問(wèn)題除外）。由于結(jié)構(gòu)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(jù)實(shí)際情況，確定其安全控制重點(diǎn)。
4施工控制的方法
連續(xù)梁橋是施工→監(jiān)測(cè)→識(shí)別→調(diào)整→預(yù)告→施工的循環(huán)過(guò)程，其實(shí)質(zhì)就是使施工按照預(yù)定的理想狀態(tài)（主要是施工標(biāo)高）順利推進(jìn)。而實(shí)際上不論是理論分析得到的理想狀態(tài)，還是實(shí)際施工都存在誤差，所以，施工控制的核心任務(wù)就是對(duì)各種誤差進(jìn)行分析、識(shí)別、調(diào)整，對(duì)結(jié)構(gòu)未來(lái)做出預(yù)測(cè)。
4.1預(yù)測(cè)控制法
預(yù)測(cè)控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對(duì)結(jié)構(gòu)的每一施工階段（節(jié)段）形成前后進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行。由于預(yù)測(cè)狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)免不了有誤差存在，某種誤差對(duì)施工目標(biāo)的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預(yù)測(cè)予以考慮，以此循環(huán)，直到施工完成和獲得與設(shè)計(jì)相符合的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這種方法適用于所有橋梁，而對(duì)于那些已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)具有不可調(diào)整性的橋梁施工控制必須采用此法。預(yù)測(cè)控制以現(xiàn)代控制論為理論基礎(chǔ)，其預(yù)測(cè)方法常見(jiàn)的有卡爾曼濾波法、灰色系統(tǒng)理論控制法等。
4.2自適應(yīng)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(duì)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(yīng)控制法對(duì)其進(jìn)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(guò)對(duì)懸臂箱梁撓度與懸臂長(zhǎng)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(jié)建立撓度線形回歸數(shù)學(xué)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(yù)測(cè)待施工梁段的撓度。但它無(wú)法對(duì)溫度和施工引起的誤差進(jìn)行修正，并且要求有較多有規(guī)律的數(shù)據(jù)才行，在梁段數(shù)比較少時(shí)所得到的回歸曲線的精度難以保證。
5小結(jié)
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(wù)與工作內(nèi)容以及施工控制的方法。我國(guó)在橋梁施工控制的理論與實(shí)踐還未建立起一套完善的施工控制技術(shù)系統(tǒng)和組織管理系統(tǒng)。因此，深入研究橋梁施工控制理論，研制更加合理、實(shí)用的控制軟件以及更加方便、精確的監(jiān)測(cè)設(shè)備，建立完善的橋梁施工控制技術(shù)系統(tǒng)和組織管理系統(tǒng)是今后橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展迫切需要進(jìn)行的工作。
參考文獻(xiàn)
[1]劉來(lái)君.大跨徑橋梁施工控制不確定因素分析[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.
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[3]顧安邦，常英，樂(lè)云樣.大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制的理論與方法[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，199918(4):47~53.
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