大跨度連續剛構橋梁施工控制關鍵問題分析與研究

摘 要：在連續剛結構橋梁施工中，大跨度連續剛結構橋梁是一種使用比較廣泛的模式，由于橋梁的自身結構，這種橋梁結構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。基于此，文章對大跨度線序剛構橋梁施工控制關鍵問題進行分析和研究。

關鍵詞：大跨度連續剛構橋梁；施工控制；關鍵問題；分析研究

隨著建筑施工技術的不斷發展，預應力混凝土連續剛結構橋得到了廣泛的運用，由于連續鋼構造橋梁的跨徑比較大，為了保證橋梁使用過程中，連續剛構橋的受力性可以達到設計的要求，需要控制好橋梁的施工過程。一般情況下，大跨度連續剛結構橋主要使用多跨鋼構造和多跨連續鋼構造結構，整個結構為預應力混凝土結構，由于施工過程中，大跨度連續鋼構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，致使橋梁產生比較復雜的位移變化和應力變化，所以，控制大跨度剛結構橋梁的施工具有重要意義。

1 工程概況

徐州市三環高架快速通道上跨和平路大橋跨徑為預應力混凝土剛結構橋梁，橋梁的底板厚度和橋梁的高度都是按照1.8次拋物線進行設計的，箱梁分別設置了豎向、橫向、縱向三個方向的預應力，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，連續墩墩身的橫向寬度為6.1m，縱向寬度為3.6m，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。

2 施工監控方法及調控策略

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

3 施工監控系統

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

3.1 現場測試系統

根據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、控制截面的應變、結構溫度場等等。對結構計算采用的基本參數必須現場采集數據：混凝土的彈性模量、箱梁節段的重量、混凝土的收縮徐變參數、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Ⅰ

對采集的數據進行初步加工，采用適當的方法消除因測試方法和測試手段而產生的數據誤差。根據測量的溫度場計算溫度變化對關鍵控制工況下所采集數據的影響，這是進行后續誤差分析成敗的關鍵之一。

3.3 數據判斷處理系統

對經過第一次誤差分析處理后的數據分析判斷，分析當前控制工況下狀態數據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生的原因。

如果誤差經判斷為施工中某些不確定的、偶然的非結構性的原因產生的（如掛籃的非彈性變形、立模誤差等等）則這種誤差應采用人工分析判斷的方法確定誤差量，并根據主梁平順性等要求人工調整下一階段的施工控制數據。如果誤差過大經判斷為結構性的原因所產生的，如計算時的基本參數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Ⅱ

具體來講，該子系統包括參數識別、參數預測、反饋計算、再前進分析四部分。根據當前控制工況下采集的數據估計，可采用卡爾曼濾波法和最小二乘法識別當前結構真實狀態，并得到與之相適應的各基本計算參數真值的最小誤差估計值。由于誤差識別相對施工的滯后性，為對于一些具有統計規律性的基本參數在后續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的調整量。由于當前結構存在過大的誤差，為了使橋梁在成橋仍滿足設計的最優狀態，因此必須對后續梁段的立模標高進行調整。根據當前控制工況下的測量數據（已進行第一次誤差消除），計算與相應工況下采用已識別和預測過的參數進行前進分析得到的理論數據的誤差，采用有效方法計算后續節段立模標高的調整值，做為后續施工梁段的理論值。

3.5 正裝計算系統

正裝計算系統是整個施工控制系統的最基本的核心，因為最初的理論數據和誤差分析系統Ⅱ都是以它為基礎。根據實踐經驗，應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 大跨度連續剛構橋梁施工控制

4.1 大跨度連續剛構橋梁施工控制的線性控制

由于預應力混凝土剛構 - 連續箱梁橋施工過程復雜，影響參數有結構剛度、預應力、施工臨時荷載和溫度等因素。因此，對于由于預應力混凝土剛構 - 連續箱梁橋施工在理論計算時，對于施工監控參數取值都以理想的標準進行。但是在設計參數取值過程中，易產生誤差，而這些誤差會對施工過程中的線形和理論值產生影響，應在施工過程中參數進行必要的判斷和預測。

在大跨度連續剛構橋梁施工控制的線性控制中我們選取自適應控制方法，這種方法主要是對施工過程中的高程和內力進行比較，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剛構橋梁主要參數進行分析識別，從而在現有的數據中判斷差別的原因，進而對參數進行改正。對于設計橋梁中的參數誤差，需要有設計單位對設計方案進行適當的修改，對于出現的常規參數的誤差，通過必要的微調整，進行修改。對于在施工過程中主梁的線形調整，最有效、客觀的方法是通過整改澆筑節段的立模標高，對參數誤差進行調整，以適應整體的改變。 （下轉第243頁）

4.2 大跨度連續剛構橋梁施工控制的應力控制

4.2.1 應力控制的原理

應力控制的原理：對于實際的應力值應該是基于應變計所測應變后，根據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 代表對于應變計所測量的參數變化值。對于剛性材料而言，其彈性模量產生的誤差非常小，可以根據規范值求得：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生或多或少的變化，因此，混凝土材料具有時變效應的特性。

4.2.2 應力控制的目的和要求

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

4.2.3 應力控制的流程

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、預應力筋張拉前后、移動掛籃前后，在此基礎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，最后完成相應的評審匯報工作。

5 結語

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

參考文獻

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