基于改進分數階GM(1,1)模型的橋梁懸臂施工節段高程預測研究

洪曉江， 郭寧， 錢波， 蘭飛， 李鴻鳴

(1.西昌學院 土木與水利工程學院, 四川 西昌 615000； 2.重慶交通大學 土木工程學院, 重慶市 400074；3.成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室， 四川 成都 610059)

1 前言

目前，大跨度懸臂施工橋梁主要采用對施工過程進行有限元模擬計算和對施工現場的關鍵截面、節點的力學參數(變形、內力和溫度)進行測量相結合的自適應控制方法來保證成橋時達到理想的設計狀態[1]。但結構的幾何非線性、材料非線性以及施工誤差等原因往往使得橋梁的實際狀態和理想狀態不一致。如：連續剛構橋梁采用懸臂澆筑法施工時，各澆筑節段的實測標高和設計標高(含預拱度)往往存在偏差。

從現代控制理論出發，橋梁施工系統是一個內外存在擾動、信息不確定的復雜控制系統。許多學者已將卡爾曼濾波法[2]、神經網絡法[3]和灰色模型預測法[4]引入橋梁施工控制和健康監測。但基于大數據的卡爾曼濾波法、神經網絡法在節段數量有限的懸臂橋梁施工監控中很難得到較好的標高預測精度。近年來，以“小數據”、“貧信息”、不確定性系統為研究對象的灰色模型預測技術在大跨度橋梁施工監控方面應用較廣泛，并取得了許多成果。張永水等[5]將GM(1,1)灰色模型引入重慶黃花園嘉陵江大橋施工監控，證明了灰色理論的適用性；孫永明等[6]進一步對GM(1,1)模型進行優化，建立了一套大跨度連續梁自適應施工控制系統。為了增強可操作性和提高預測精度，包儀軍[7]、包龍生[8]針對GM(1,1)灰色模型的背景值、初始值及數據序列生成方法進行了改進優化，并成功運用于橋梁施工節段高程預測。……