橋梁施工控制對策分類分析
發布時間：2010-01-14 共2頁
【摘 要】大跨徑橋梁施工控制已經越來越受到橋梁建設者的重視，但是隨著橋梁跨度的增大，控制中的問題越來越多，難度也越來越大，針對不同的橋型選擇合理的控制思路，是控制成功的關鍵，本文作者在幾種橋型控制實踐的基礎上，對橋梁施工控制的對策進行分析比較，以期尋求橋梁施工控制最合理的方法。
【關鍵詞】斜拉橋 施工 施工控制
隨著大跨度橋梁建造數量的不斷增加，橋梁架設過程中的線形及應力狀態控制工作越來越顯重要，在大跨度橋梁架設過程中，一般均需對線形及應力狀態進行專門的分析研究。但是，施工過程的控制工作仍然是大跨度橋梁建設中的一個薄弱環節，目前在已完成的橋梁中，不少就出現的線形不好、內力狀態不合理的問題。大跨度橋梁施工是一系列復雜的體系轉換過程，不同橋型有不同的特點，針對它們的特點采用不同的對策是控制成功的關鍵，本文作者根據自己的工程實踐，對斜拉橋、大跨度連續梁、組合拱橋的控制對策進行了比較分析。
一、橋梁施工控制的目標
橋梁施工控制的目標可以分為兩個部分：成橋狀態總目標和施工過程中的分目標，各個目標必須包括應力狀態和線形狀態。
成橋時合理應力狀態確定的方法在斜拉橋和拱橋設計中已經有了大量的研究；由于橋梁跨度的增大，混凝土收縮、徐變對橋梁線形的影響不可忽視，線形控制目標必須是橋梁長期線形達到設計豎曲線，在橋梁竣工時應保證足夠的徐變預拱度。
從成橋合理狀態確定施工階段控制目標的理論方法主要有：倒拆法、無應力法等。隨著橋梁跨徑的增大，主梁相對剛度逐漸減小，再加上前支點長掛籃的使用，節段重量較大，如果完全追求按成橋狀態來反推施工的控制目標，可能導致施工階段梁體應力過大，施工中應力控制在允許范圍內的要求與成橋狀態的理想內力狀態發生矛盾，這時就必須將施工階段的控制目標與成橋狀態目標分開考慮，在全橋合龍后進行一次調索，實現兩個目標之間的轉換。 理論上這些方法可以用于確定施工階段的內力及標高狀態，由于徐變、幾何非線性、構造問題（實際結構不可能安裝帶有初應力的構件）等因素，它們只能用于初步確定施工階段的內力狀態，不能用于確定施工階段的標高。施工標高控制過程是一個復雜的預拱度控制過程，施工階段的標高狀態必須根據施工模擬計算所得的撓度反向確定。
二、施工控制方法分類
橋梁施工控制方法經歷了從簡單到復雜的過程，從控制思路上可以分為三種形式：開環控制，反饋控制和自適應控制。
1．開環控制
對于較簡單橋型施工，一般按設計中估計的預拱度施工，施工完成后的結構就基本上能達到設計所要求的線型和內力。這就是一個開環的施工控制過程，因為施工過程中控制是單向的，并不需要根據結構的反應來改變施工中的預拱度。在各部件的制造和安裝精度很高，或者結構安裝誤差影響不大時，這種方法是可行的、方便的，大部分中小橋采用的都是這種方法。
2．反饋控制
實際上施工狀態和計算狀態之間存在誤差，隨著橋梁跨度的增大，積累誤差將不可忽略，以致到施工結束時結構的線型和內力遠遠地偏離了理想的成橋狀態。在出現誤差之后就必須即時地糾正，而糾正的措施和控制量的大小是由誤差經反饋計算所決定的，這就形成了一個閉環反饋控制過程。
3．自適應控制
反饋控制方法將注意力集中在實際結構上。但是，每個工況達不到設計時所確定的施工階段目標的重要原因是有限元計算模型中計算參數的取值，與實際情況有一定的差距。即使在某一工況，以前的累計誤差已經被調整掉，由于計算模型中參數差距的存在，以后的施工中仍然會出現新的誤差，因此又需要新一輪的狀態調整，這樣將大大增加施工的工序。要控制誤差的產生，必須分析誤差產生的原因--結構計算參數取值與實際結構的差距，正確估計參數的實際值。
參數估計是根據施工中實測到的結構反應修與計算預報值的比較來實現的。經過幾個階段的施工，與實際結構磨合一段時間的，計算模型就適應了實際結構的物理力學規律。在閉環反饋控制的基礎上，再加上一個系統辯識過程，整個控制系統就成為自適應控制系統。 當結構測量到的受力狀態與模型計算結果不相符時，把誤差輸入到參數辨識算法中去調節計算模型的參數，使模型的輸出結果與實際測量到的結果相一致。得到修正的計算模型參數后，重新計算各施工階段的理想狀態，按上節所述的反饋控制方法對結構進行控制。這樣，經過幾個工況的反復辨識后，計算模型就基本上與實際結構相一致了，在此基礎上可以對施工狀態進行更好的控制。圖1為自適應施工控制系統的控制原理圖。
上述自適應控制思路特別適用于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的方法施工橋梁。主梁在塔根部的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數不準確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，經過幾個節段的施工后，計算參數已得到修正，為跨中變形較大的節段的控制創造了良好的條件。
三、不同橋型控制對策比較
雖然橋梁施工控制的方法大致可分為上述三種類型，但是，具體橋型的控制有不同的特點，應采取不同的對策。
1．懸臂澆筑混凝土斜拉橋
懸臂澆筑混凝土斜拉橋是我國最常見的斜拉橋形式。成橋后的理想受力狀態通常由剛性支承連續梁法、優化方法和內力平衡法確定。施工中的控制目標常用倒拆法、考慮非線性因素的倒拆法、倒拆正裝交替迭代法以及無應力狀態法等得到。
懸澆混凝土斜拉橋施工的主要特點是：①結構參數的準確性較差，而且要等到節段施工完成后才能確定；②主梁的剛度較大，節段的局部變形很小；③素力調整對局部線形的調整作用很小，調整范圍受到混凝土應力的限制；④掛籃剛度對局部變形有較大影響；⑤未施工節段的立模標高可以任意確定，與已澆筑梁段無關。
上述自適應控制方法是懸澆混凝土斜拉橋控制的理想方法。根據上述特點應采取下列對策：
（1）對于已建成梁段的線形誤差在一定程度上可以通過斜拉索索力的調整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不可能通過索力調整糾正所有誤差。殘斜的誤差可以通過下一節段的立模標高來調整。
（2）及時識別誤差產生的原因，估計計算程序參數的實際值，主要是混凝土的彈性模量,材料的比重、徐變系數等，重新計算施工階段索力及相應的標高目標值，避免出現新的誤差。
（3）由于立模標高可以隨時滿整，索力值應該作為控制的依據，某節段標高只要控制在允許范圍之內即可認為滿足要求。如果索力到達設計值時標高同時達到預計值，說明計算模型與實際結構是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對參數進行重新估計。
（4）掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標高，但由此引起的誤差將永遠存在于主梁線形中，因此必須充分估計準確。
