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大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的內(nèi)容與方法探析
論文關(guān)鍵字：大跨徑；連續(xù)梁橋；施工控制
論文摘要：我國在懸索橋、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)過一個(gè)復(fù)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(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)就是通過對施工過程中出現(xiàn)的偏差進(jìn)行分析識別，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)進(jìn)行糾偏，同時(shí)對結(jié)構(gòu)的后續(xù)階段進(jìn)行預(yù)測，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，反過來，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
監(jiān)測是橋梁施工控制的最基本手段之一。監(jiān)測包括應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測等。因測量儀器、儀器安裝、測量方法、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等存在誤差，所以，結(jié)構(gòu)監(jiān)測總是存在誤差的。在控制過程中，除要從測量設(shè)備、方法上盡量設(shè)法減小測量誤差外，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)刻對結(jié)構(gòu)狀態(tài)（應(yīng)力、變形）進(jìn)行量測，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)測數(shù)據(jù)的采集時(shí)間。但對季節(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
對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，材料收縮、徐變對結(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)就是對橋梁施工過程實(shí)施控制[3]，確保在施工過程中橋梁結(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，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題。通常通過結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測來了解實(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（我國寧波的招寶山大橋主梁斷裂就是一個(gè)例子），所以，必須對結(jié)構(gòu)應(yīng)力實(shí)施嚴(yán)格控。對應(yīng)力控制的項(xiàng)目和精度還沒有明確的規(guī)定，需根據(jù)實(shí)際情況確定，通常包括：
�、俳Y(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)加力除對張拉實(shí)施雙控（油表控制和伸長量控制，伸長量誤差允許在±6%以內(nèi)）外，還必須考慮管道摩阻影響（對于后張結(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)有過不少的橋梁在施工過程由于失穩(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(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(nèi)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(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)量問題引起的安全問題除外）。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→識別→調(diào)整→預(yù)告→施工的循環(huán)過程，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)就是對各種誤差進(jìn)行分析、識別、調(diào)整，對結(jié)構(gòu)未來做出預(yù)測。
4.1 預(yù)測控制法
預(yù)測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，對結(jié)構(gòu)的每一施工階段（節(jié)段）形成前后進(jìn)行預(yù)測，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行。由于預(yù)測狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)免不了有誤差存在，某種誤差對施工目標(biāo)的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預(yù)測予以考慮，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)測控制以現(xiàn)代控制論為理論基礎(chǔ)，其預(yù)測方法常見的有卡爾曼濾波法、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(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)測待施工梁段的撓度。但它無法對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]劉來君.大跨徑橋梁施工控制不確定因素分析[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.
[2]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2001.
[3]顧安邦，常英，樂云樣.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)，1999 18(4): 47~53.
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