本科畢業(yè)論文(土木工程)淺談橋梁施工控制

1、山東大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))論文(設(shè)計(jì))題目: 淺談橋梁施工控制 姓 名 年 級 秋 專 業(yè) 土木工程 學(xué)習(xí)中心 上海 指導(dǎo)教師 職 稱 2014年 月 日15摘要摘要隨著大跨度橋梁建造數(shù)量的不斷增加，橋梁架設(shè)過程中的線形及應(yīng)力狀態(tài)控制工作越來越顯重要，在大跨度橋梁架設(shè)過程中，一般均需對線形及應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)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(shè)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，目前在已完成的橋梁中，不少就出現(xiàn)的線形不好、內(nèi)力狀態(tài)不合理的問題。大跨度橋梁施工是一系列復(fù)雜的體系轉(zhuǎn)換過程，不同橋型有不同的特點(diǎn)，針對它們的特點(diǎn)采用不同的對策是控制成功的關(guān)鍵，本文分別對橋梁施工控制的發(fā)展、橋

2、梁施工控制的作用、意義和它對橋梁施工的重要性，以及橋梁施工控制的目標(biāo)、影響因素、控制的方法分類和索力調(diào)整的幾種方法，進(jìn)行了簡單的介紹和分析，并結(jié)合幾座大跨度、典型橋梁施工控制實(shí)例，對大跨度橋梁施工控制必要性、目的性及控制重點(diǎn)進(jìn)行了概述。關(guān) 鍵 詞：控制目標(biāo)；意義作用；影響因素；方法分類。論文類型：理論研究目錄目 錄1緒論12 橋梁施工控制的研究背景32.1 橋梁施工控制的作用32.1.1 控制和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用32.1.2 確保施工工藝的作用32.1.3 施工監(jiān)測的作用42.2 橋梁施工控制的意義42.2.1 橋梁施工控制是橋梁施工質(zhì)量的重要保證52.2.2 橋梁施工控制是橋梁營運(yùn)中的綜合監(jiān)

3、測系統(tǒng)52.2.3 橋梁施工控制又是橋梁建設(shè)的安全保證62.3 橋梁施工控制的目標(biāo)63 施工控制方法分類73.1 開環(huán)控制73.2 反饋控制73.3 自適應(yīng)控制73.4 索力調(diào)整的方法83.4.1 斜拉索多次張拉法83.4.2 卡爾曼濾波法83.4.3 滿意滿足度法84 影響橋梁施工控制的因素94.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)94.2 施工工藝104.3 溫度變化104.4 材料收縮、徐變和剪滯效應(yīng)105 施工控制實(shí)例115.1 蘇通大橋輔橋(連續(xù)鋼構(gòu))115.1.1 工程概況115.1.2 施工控制重點(diǎn)和措施115.1.3 控制成果115.2 忠縣長江大橋(斜拉橋)115.2.1 工程概況115.2.2 施

4、工控制重點(diǎn)和措施125.2.3 控制成果126 結(jié)論與展望13致 謝15參考文獻(xiàn)17 預(yù)覽中看不見即可）： 山東大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文1 緒論隨著近年來我國社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對于橋梁工程的施工質(zhì)量要求也在不斷地加強(qiáng)。因此要想有效提高橋梁工程的施工質(zhì)量，就需要廣泛地運(yùn)用現(xiàn)代橋梁工程施工控制技術(shù)，以此來加強(qiáng)橋梁工程施工的先進(jìn)性和科學(xué)性。以往，在橋梁施工技術(shù)中并未突出施工控制的內(nèi)容，甚至沒有提到“施工控制”。而事實(shí)上，施工控制是施工技術(shù)的重要組成部分，并始終貫穿于橋梁施工中。施工控制在施工技術(shù)中未被重視的原因是由于過去所建橋梁一般跨徑不大、規(guī)模較小、影響因素少等，因?yàn)槭┕た刂撇涣Χa(chǎn)生的不良后果也就

5、不明顯，從而使人們忽視了它的重要性。橋梁施工控制技術(shù)的發(fā)展最早使用橋梁施工控制概念要追溯到20世紀(jì)50年代初,第一座現(xiàn)代斜拉橋stromsund橋施工時(shí),建橋者就如何使索力和標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求的問題進(jìn)行研究,這也是傳統(tǒng)意義上的施工控制。在1958年修建theodonness斜拉橋時(shí),設(shè)計(jì)者首次提出了采用“倒退分析”的方法計(jì)算出各施工階段結(jié)構(gòu)的標(biāo)高和初始索力,這種方法在1978年竣工的美國p-k橋中得到了應(yīng)用。后來,加拿大在修建安納西斯橋時(shí),也采用了同樣的施工控制技術(shù)。但真正較系統(tǒng)地把工程控制理論應(yīng)用到橋梁施工管理中的是日本。20世紀(jì)80年代初,日本修建日野預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋時(shí),就建立了施工控制

6、所需的應(yīng)力、撓度等參數(shù)的觀測系統(tǒng),并應(yīng)用計(jì)算機(jī)對所測參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場處理,然后將處理后的實(shí)測參數(shù)送回控制室進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析,最后將分析結(jié)果返回到現(xiàn)場進(jìn)行施工控制。上述方法也是國外傳統(tǒng)的施工監(jiān)控方法。到80年代后期,日本修建chichby斜拉橋和yokohama海灣斜拉橋時(shí),成功地利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)建立了一個(gè)用于拉索索力、主梁標(biāo)高、主梁傾角、塔垂直度調(diào)整的自動監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了施工過程中實(shí)測參數(shù)與設(shè)計(jì)值的快速驗(yàn)證比較,它對保證施工的質(zhì)量控制起了很大的作用。2橋梁施工控制的研究背景2.1橋梁施工控制的作用橋梁施工控制的作用是使施工實(shí)際狀態(tài)量最大限度地與理論設(shè)計(jì)狀態(tài)（線形與受力）相吻合，要實(shí)現(xiàn)其控制作

7、用就必須在施工過程對下列因素實(shí)施有效的控制2.1.1控制和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲得和調(diào)整是橋梁的施工控制的重要因素。結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性會直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。施工控制中通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工模擬分析。在施工中橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)總是會與設(shè)計(jì)參數(shù)存在一定的誤差。應(yīng)通過施工控制來調(diào)整誤差，使得結(jié)構(gòu)參數(shù)盡量最接近橋梁的真實(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)。然而實(shí)際上，由于上述各種誤差干擾的存在，各階段的計(jì)算值不可能完全正確。這就需要在施工過程中根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際反應(yīng)對撓度計(jì)算值進(jìn)行修正。由于各階段的撓度是各項(xiàng)參數(shù)的函數(shù)。所以撓度的修正可以通過參數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)干擾各階段撓度的誤差，除了參數(shù)的誤差外還有非參數(shù)系統(tǒng)誤差

8、和隨機(jī)誤差，對于這類誤差，也必須采取適當(dāng)?shù)姆椒右詼p除、估計(jì)、預(yù)測和調(diào)整。通過以上分析，確定控制方案為：通過參數(shù)調(diào)整、消除參數(shù)誤差、修正結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)，消除非參數(shù)誤差，通過反饋控制，濾除隨機(jī)誤差，確定預(yù)留拱度調(diào)整量。對于測量精度要求較高的橋梁施工，有時(shí)也引入第三方檢測的方法，運(yùn)用gps遠(yuǎn)程定位，實(shí)時(shí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，及時(shí)調(diào)整拋高系數(shù)，這對于橋梁的線形控制能起到積極作用。2.1.2確保施工工藝的作用橋梁施工控制是為施工服務(wù)的，它要求和確保施工工藝控制在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，在施工控制中必須計(jì)入施工條件非理想化而帶來就位安裝和梁段澆筑等方面誤差，使施工工藝保持在施工控制之中。在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁懸臂澆筑施工

9、中，隨著箱梁的延伸，結(jié)構(gòu)自重將逐步施加于已澆筑的節(jié)段上，使其饒度逐漸增大并且不斷變化，因此在節(jié)段施工中要有一定的預(yù)拱度，饒度控制將影響到合攏精度和成橋線形。因此必須進(jìn)行精確的計(jì)算和嚴(yán)格的控制，通過實(shí)測，對設(shè)計(jì)給出的預(yù)拱值在一定范圍內(nèi)適當(dāng)修正。除保證各跨線形在控制范圍內(nèi)以外主梁全程線形應(yīng)定期進(jìn)行通測，以確保全橋線形的協(xié)調(diào)性。另外，大體積混凝土澆筑施工控制對于結(jié)構(gòu)質(zhì)量是至關(guān)重要的，因此，在進(jìn)行澆筑時(shí)需要做好防范措施。優(yōu)選低水化熱水泥拌制混凝土，并適當(dāng)使用緩凝減水劑和微膨脹劑，減少大體積混凝土體積收縮影響，以降低混凝土可開裂的可能性。在保障混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)降低水灰比，摻加適量粉煤灰以降低

10、水泥用量。降低混凝土入模溫度，控制混凝土內(nèi)外溫差（當(dāng)無設(shè)計(jì)要求時(shí)，控制在25攝氏度以內(nèi)），如降低拌合水溫度、骨料用水沖洗降溫、避免暴曬等。適當(dāng)設(shè)置后澆帶，以減少外應(yīng)力和溫度應(yīng)力，也有利于散熱，降低混凝土內(nèi)部溫度。必須二次抹面，以減少表面收縮裂縫，緊接進(jìn)行保濕覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)?？深A(yù)埋冷水管，通過循環(huán)水將混凝土內(nèi)部熱量待帶出，進(jìn)行人工導(dǎo)熱。2.1.3施工監(jiān)測的作用橋梁施工控制的最基本作用就是其監(jiān)測作用。施工監(jiān)測控制是保證橋梁成功修建的重要工序，也是為以后營運(yùn)過程中的養(yǎng)護(hù)和調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要手段。它對應(yīng)力、變形、溫度、以及建材力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測、例如溫度變化的監(jiān)測、溫度對橋梁的結(jié)構(gòu)受力與變形影響很大。

11、溫度變化結(jié)構(gòu)應(yīng)力也相應(yīng)變化，在不同時(shí)刻對結(jié)構(gòu)狀態(tài)、溫度、應(yīng)力、變形進(jìn)行監(jiān)測，其結(jié)果是不同的，通常都是將控制理想狀態(tài)定位在一天的一個(gè)特定溫度下，監(jiān)測溫度變化能夠使其對結(jié)構(gòu)的影響程度降至最低。在施工控制過程中，保證測量的可靠性極為重要，除了要從測量設(shè)備、方法上盡量減少測量誤差外，在進(jìn)行控制分析時(shí)必須將誤差計(jì)入。2.2橋梁施工控制的意義隨著交通事業(yè)發(fā)展的需要，橋梁建設(shè)任務(wù)將更加艱巨，施工難度越來越大。事實(shí)上，任何橋梁施工，特別是大跨徑橋梁的施工，都是一個(gè)系統(tǒng)工程。在該系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)圖紙要求是施工的目標(biāo)，在為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)而必須經(jīng)歷的施工過程中，將受到許許多多確定和不確定因素（誤差）的影響，如何從各種失真

12、的結(jié)構(gòu)參數(shù)中找出相對真實(shí)之值，對施工狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識別（監(jiān)測）、調(diào)整（糾偏）、預(yù)測，使施工系統(tǒng)處于控制之中，對設(shè)計(jì)目標(biāo)安全、順利實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的。上述工作一般需以現(xiàn)代控制論為理論基礎(chǔ)來進(jìn)行，所以稱之為施工控制。在近年來的橋梁建設(shè)中，人們已經(jīng)普遍認(rèn)識到施工控制在施工技術(shù)中的重要地位與作用。實(shí)際上，橋梁施工控制早在以前的施工過程中就已被人們采用，如在施工中為了保證橋梁建成時(shí)的線形符合設(shè)計(jì)要求，在有支架施工時(shí)總是要在支架上設(shè)置預(yù)拱度；在懸臂施工中總是要使施工節(jié)段的立模標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高一定數(shù)值，這實(shí)質(zhì)上就是在對施工實(shí)施控制，這些處理的好壞常常被看作是施工技術(shù)水平高低的體現(xiàn)。橋梁施工控制是隨施工過程中的預(yù)

13、測、實(shí)測、評估及反饋、再預(yù)測的循環(huán)控制逐漸實(shí)現(xiàn)的，它是將實(shí)用的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場測試技術(shù)和計(jì)算分析技術(shù)應(yīng)用于施工，并結(jié)合施工過程形成結(jié)構(gòu)評估、監(jiān)測及反饋控制的安全及質(zhì)量技術(shù)控制系統(tǒng)。其目的是通過監(jiān)控監(jiān)測及計(jì)算預(yù)測、評估使施工過程處于安全、可控狀態(tài)，成橋后橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求；同時(shí)，通過監(jiān)控計(jì)算及詳細(xì)分析提高施工精度，優(yōu)化施工順序，保證施工順利進(jìn)行。橋梁施工控制不僅是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，而且也是實(shí)施難度相對較大的部分。對不同體系、不同施工方法、不同材料等的橋梁，其施工控制技術(shù)要求也不一樣。以鋼桁梁的懸臂架設(shè)為例，為使最終滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高，通常采用預(yù)設(shè)拱度的方法來解決，即將先架設(shè)的節(jié)點(diǎn)預(yù)先

14、抬高來考慮后架設(shè)節(jié)段的影響。由于鋼材的勻質(zhì)性和制造尺寸的準(zhǔn)確性，預(yù)設(shè)拱度方法在鋼桁梁懸臂拼裝過程中是較為成功的方法。但是，對于同樣采用懸臂法施工的混凝土橋梁就不那么簡單。因?yàn)榛炷翗蛄撼吮旧聿牧系姆莿蛸|(zhì)性和材料特性的不穩(wěn)定外，它還要受到溫度、濕度、時(shí)間等因素的影響，加上采用懸臂施工這種自架設(shè)體系施工方法，各節(jié)段混凝土或各層混凝土相互影響，且這種相互影響又有差異，這就必然造成各節(jié)段或?qū)拥膬?nèi)力和位移隨著混凝土澆筑或塊件拼裝過程變化而偏離設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)允許的內(nèi)力和位移。對這種情況，若不通過有效的施工控制及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)調(diào)整，就勢必會造成成橋狀態(tài)的線形與內(nèi)力不符合設(shè)計(jì)要求或在施工過程中

15、結(jié)構(gòu)的破壞。橋梁施工控制能確保在橋梁施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形始終處于結(jié)構(gòu)容許的安全范圍內(nèi)，以確保橋梁施工過程安全和成橋狀態(tài)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。它的作用體現(xiàn)在以下方面：2.2.1橋梁施工控制是橋梁施工質(zhì)量的重要保證橋梁施工控制是橋梁施工質(zhì)量的重要保證。二者目標(biāo)是一致的，我國交通事業(yè)的發(fā)展，使橋梁修建規(guī)模日漸擴(kuò)大，建設(shè)水平日益提高。造價(jià)相對較低的混凝土橋梁已經(jīng)逐漸與大跨度鋼橋并駕齊驅(qū)。鋼橋自架設(shè)體系施工法逐漸廣泛應(yīng)用于混凝土橋的施工中。這種將橋梁的上部結(jié)構(gòu)部分分節(jié)段或分層進(jìn)行施工，也就是無支架而靠自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行的施工方法使得混凝土橋得到了較大發(fā)展。隨著自架設(shè)體系施工方法的廣泛使用帶來了橋梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)

16、雜的內(nèi)應(yīng)力和位移變化，因此，在橋梁施工過程中要對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變化進(jìn)行系統(tǒng)的、嚴(yán)格的控制，從而保證橋梁施工質(zhì)量和安全，隨著計(jì)算機(jī)仿真模擬 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為施工控制人員預(yù)先對各階段、各工序的自架設(shè)體系施工方法進(jìn)行模擬提供了條件，能夠計(jì)算出的內(nèi)力和位移的預(yù)計(jì)值，這樣在施工中就能隨時(shí)根據(jù)實(shí)測結(jié)果調(diào)整實(shí)測值與預(yù)計(jì)值間的誤差，使其符合設(shè)計(jì)要求，以確保橋梁的施工質(zhì)量。2.2.2橋梁施工控制是橋梁營運(yùn)中的綜合監(jiān)測系統(tǒng)橋梁施工控制為橋梁的營運(yùn)創(chuàng)造綜合監(jiān)測系統(tǒng)。其中的監(jiān)測因素包括結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測等內(nèi)容。通過系統(tǒng)的、持久的監(jiān)測可以直接反映施工的質(zhì)量和成果。同時(shí)，應(yīng)注意監(jiān)測設(shè)備、監(jiān)測方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

17、方法等帶來的誤差，在調(diào)試過程中要考慮在內(nèi)加以更正，監(jiān)測系統(tǒng)還能提供長期預(yù)留觀測點(diǎn)，使橋梁即使面對交通事業(yè)的發(fā)展、荷載等級、交通流量、行車速度等要求的提高，以及一些不可預(yù)測的破壞力時(shí)也能通過監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，從而給橋梁營運(yùn)階段的養(yǎng)護(hù)工作提供科學(xué)的、可靠的數(shù)據(jù)，給橋梁安全使用可靠保證。方便了橋梁養(yǎng)護(hù)部門根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和橋梁的實(shí)際使用情況進(jìn)行有效的更換和維護(hù)。避免了以往只靠外觀檢查等簡單手段和粗略的數(shù)據(jù)進(jìn)行的實(shí)效不大的養(yǎng)護(hù)。為徹底改變我國目前橋梁養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)狀，為科學(xué)、靈活地預(yù)報(bào)橋梁各部位營運(yùn)情況提供保障。2.2.3橋梁施工控制又是橋梁建設(shè)的安全保證任何橋梁的建設(shè)和施工中，安全都是最關(guān)鍵的內(nèi)容。

18、進(jìn)行橋梁施工控制，能保證橋梁按預(yù)定的程序和施工方法有條不絮的進(jìn)行施工建設(shè)。同時(shí)可通過監(jiān)測方法，運(yùn)用相應(yīng)監(jiān)測設(shè)備能得到各施工階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力和變形的實(shí)際數(shù)據(jù)。根據(jù)預(yù)計(jì)數(shù)值調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形的誤差，還能進(jìn)行檢查和分析誤差原因，以便完全跟蹤掌握施工進(jìn)程和發(fā)展情況。從而避免了突發(fā)事故的出現(xiàn)的可能性。為橋梁的安全施工，及時(shí)交工提供了有力保障。橋梁施工控制系統(tǒng)就是橋梁建設(shè)的安全系統(tǒng)。為確保橋梁施工的安全，橋梁施工控制必不可少，尤其對造價(jià)昂貴的大跨度橋梁，更為重要。2.3橋梁施工控制的目標(biāo)橋梁施工控制的目標(biāo)可以分為兩個(gè)部分：成橋狀態(tài)總目標(biāo)和施工過程中的分目標(biāo)，各個(gè)目標(biāo)必須包括應(yīng)力狀態(tài)和線形狀態(tài)。成橋時(shí)合理

19、應(yīng)力狀態(tài)確定的方法在斜拉橋和拱橋設(shè)計(jì)中已經(jīng)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(biāo)必須是橋梁長期線形達(dá)到設(shè)計(jì)豎曲線，在橋梁竣工時(shí)應(yīng)保證足夠的徐變預(yù)拱度。 從成橋合理狀態(tài)確定施工階段控制目標(biāo)的理論方法主要有：倒拆法、無應(yīng)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(diǎn)長掛籃的使用，節(jié)段重量較大，如果完全追求按成橋狀態(tài)來反推施工的控制目標(biāo)，可能導(dǎo)致施工階段梁體應(yīng)力過大，施工中應(yīng)力控制在允許范圍內(nèi)的要求與成橋狀態(tài)的理想內(nèi)力狀態(tài)發(fā)生矛盾，這時(shí)就必須將施工階段的控制目標(biāo)與成橋狀態(tài)目標(biāo)分開考慮，在全橋合龍后進(jìn)行一次調(diào)索，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換

20、。 理論上這些方法可以用于確定施工階段的內(nèi)力及標(biāo)高狀態(tài)，由于徐變、幾何非線性、構(gòu)造問題（實(shí)際結(jié)構(gòu)不可能安裝帶有初應(yīng)力的構(gòu)件）等因素，它們只能用于初步確定施工階段的內(nèi)力狀態(tài)，不能用于確定施工階段的標(biāo)高。施工標(biāo)高控制過程是一個(gè)復(fù)雜的預(yù)拱度控制過程，施工階段的標(biāo)高狀態(tài)必須根據(jù)施工模擬計(jì)算所得的撓度反向確定。3施工控制方法分類3.1開環(huán)控制對于較簡單橋型施工，一般都是在設(shè)計(jì)中估計(jì)結(jié)構(gòu)的恒載和活載，由此計(jì)算出結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度，在施工過程中只要按照這個(gè)預(yù)拱度來施工，施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的線形和內(nèi)力。這就是一個(gè)開環(huán)的施工控制過程，因?yàn)槭┕み^程中控制是單向的，并不需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變施工中

21、的預(yù)拱度。對于早期的斜拉橋施工，從理論成橋狀態(tài)通過施工過程的倒退分析，求得每個(gè)施工階段主梁的位置和索力，在施工過程中只要按這樣的位置和索力進(jìn)行安裝，理論上即可達(dá)到理想的成橋狀態(tài)。這也是一個(gè)施工開環(huán)控制過程。在各部件的制造和安裝精度很高，且對結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性完全掌握的情況下，這種方法是可行的、方便的。3.2反饋控制當(dāng)斜拉橋在施工過程中出現(xiàn)施工狀態(tài)時(shí)，如不加以調(diào)整，就會造成結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)，甚至危及安全。對于預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，其施工中的精度保證相對較低，且設(shè)計(jì)計(jì)算所采用的各項(xiàng)參數(shù)與現(xiàn)場材料的參數(shù)存在一定的差距，因此預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的施工控制難度較大。反饋控制就是通過施工控制量

22、的實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)算，得出調(diào)整量，糾正偏差。3.3自適應(yīng)控制對于預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，施工中每個(gè)工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)所確定的理想目標(biāo)的重要原因是有限元計(jì)算模型中得計(jì)算參數(shù)（主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)）的取用等與施工中得實(shí)際情況有不一定的差距。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整量，必須在根據(jù)施工中實(shí)測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計(jì)算模型中得這些參數(shù)值，以使計(jì)算機(jī)模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)磨合一段時(shí)間后自動適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)識別過程，整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)測量的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí)，把誤差輸入到參數(shù)識別法中去計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的輸

23、出結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果相一致。得到修正的計(jì)算模型參數(shù)后，重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)，按反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。這樣，經(jīng)過幾個(gè)工況的反復(fù)辨識后，計(jì)算模型就基本上與實(shí)際機(jī)構(gòu)相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。由于斜拉橋均采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的施工方法，主梁在塔根部的相對線形剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，這對于上述自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用非常有利。經(jīng)過幾個(gè)節(jié)段的施工后，計(jì)算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好的條件。參數(shù)誤差識別過程自適應(yīng)控制的關(guān)鍵，其任務(wù)就是根據(jù)對控制目標(biāo)（如索力、標(biāo)高、塔的變位和結(jié)構(gòu)應(yīng)力）的測量

24、值與計(jì)算值之間的誤差反算施工過程模擬計(jì)算中選用的參數(shù)，如混凝土的彈性模量、主梁自重集度、掛籃剛度、徐變系數(shù)等。目前參數(shù)的識別算法有二類：一類是基于誤差最小化的算法，如最小二乘法等；另一類則是基于隨機(jī)狀態(tài)估計(jì)理論的算法，如推廣的卡爾曼濾波法等。自適應(yīng)控制是目前橋梁施工控制較理想的方法，但是對于不同的橋型，在具體實(shí)施中應(yīng)采取不同的對策，對計(jì)算模型的參數(shù)進(jìn)行正確估計(jì)是實(shí)現(xiàn)成功控制的基礎(chǔ)，施工誤差對控制結(jié)果的影響分析是制定允許施工誤差的關(guān)鍵。3.4索力調(diào)整的方法在斜拉橋的施工過程中必然會存在各種誤差，其中最主要的有兩種：一種是梁的標(biāo)高誤差，另一種是斜拉索索力的誤差。目前最常用的方法是通過調(diào)整斜拉索的索

25、力來使誤差保持在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。這種在斜拉橋施工控制過程中斜拉索索力調(diào)整糾偏的過程稱為斜拉橋的索力調(diào)整。主要的索力優(yōu)化的方法有三種，他們分別是斜拉索多次張拉法、卡爾曼濾波法、最大滿足度法。 3.4.1斜拉索多次張拉法確定合理的成橋索力，同時(shí)又能保證施工中的塔梁受力均勻合理，是目前進(jìn)行大跨度斜拉橋施工監(jiān)測控制的主要目標(biāo)。一般在大跨度斜拉橋的施上控制中，可以充分利用斜拉索的 “主動受力 ”的特征，通過多次張拉斜拉索使最終調(diào)索后的成橋索力與合理成橋狀態(tài)的索力相近。 3.4.2卡爾曼濾波法在大跨度斜拉橋施工階段的施工控制中，卡爾曼濾波法是一種比較理想的調(diào)整索力的方法。 3.4.3滿意滿足度法滿意滿

26、足度法是大跨度斜拉橋施工階段施工控制過程中調(diào)整索力、計(jì)算索力調(diào)整量的一種實(shí)用方法。該方法定義了目標(biāo)函數(shù)的最大滿意度和約束的最大滿足度，應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論和方法，求得索力調(diào)整量的滿意滿足解。利用該方法時(shí)可根據(jù)施工實(shí)際情況給出合適的滿意度函數(shù)、滿足度函數(shù)，從而能得到更符合工程實(shí)際的索力調(diào)整成果。4影響橋梁施工控制的因素影響橋梁施工控制的因素有：結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)截面尺寸、材料容重、材料彈性模量、材料熱脹系數(shù)、施工荷載、預(yù)應(yīng)力和索力等；施工工藝；施工監(jiān)測；結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；溫度變化；收縮、徐變；施工管理；監(jiān)控組織體系。特別是結(jié)構(gòu)參數(shù)、溫度變化、收縮徐變等影響因素，一般需要在前期施工控制計(jì)算時(shí)進(jìn)行敏感性分

27、析，確定對橋梁施工結(jié)構(gòu)行為影響較大的因素，以便于對計(jì)算模型、參數(shù)的修正調(diào)整。下面就幾個(gè)關(guān)鍵因素作簡單介紹：4.1結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)是施工控制中結(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。結(jié)構(gòu)參數(shù)是橋梁的施工控制必須考慮的重要因素。事實(shí)上，實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)一般是很難與設(shè)計(jì)所采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全吻合的，總是存在一定的誤差，施工控制中如何恰當(dāng)?shù)赜?jì)入這些誤差，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：（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸。任何施工都可能存在截面尺寸誤差，驗(yàn)收規(guī)范中也允許出現(xiàn)不超過限值的誤差，而這種誤差將直接導(dǎo)致截面特性誤差，從而直接影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形

28、等的分析結(jié)果。所以，控制過程中要對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行動態(tài)取值和誤差分析。（2）結(jié)構(gòu)材料彈性模量。結(jié)構(gòu)材料彈性模量和結(jié)構(gòu)變形有直接關(guān)系，對通常遇到的超靜定結(jié)構(gòu)來講，彈性模量對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果影響更大。但施工成品構(gòu)件的彈性模量（主要是混凝土結(jié)構(gòu)）總與設(shè)計(jì)采用值不完全一致，所以，在施工過程中要根據(jù)施工進(jìn)度作經(jīng)常性的現(xiàn)場抽樣試驗(yàn)，隨時(shí)在控制分析中對材料彈性模量的取值進(jìn)行修正。（3）材料容重。材料容重是引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形主要因素，施工控制中必須要計(jì)入實(shí)際容重與設(shè)計(jì)取值間可能存在的誤差，特別是混凝土材料，不同的集料與不同的鋼筋含量都會對容重產(chǎn)生影響，在施工過程中（特別是更換材料或者是材料變異較大時(shí)）要根據(jù)施工進(jìn)度作

29、經(jīng)常性的現(xiàn)場抽樣試驗(yàn)，對其進(jìn)行準(zhǔn)確識別。（4）施工荷載。在所有自架設(shè)體系中，都存在施工荷載，這部分臨時(shí)荷載對受力與變形的影響在控制分析中是不能忽略的，一定要根據(jù)實(shí)際取值。（5）預(yù)加應(yīng)力。預(yù)加應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形控制考慮的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，但預(yù)加應(yīng)力值的大小受很多因素的影響，包括張拉設(shè)備、管道摩阻、預(yù)應(yīng)力鋼筋斷面尺寸、彈性模量等，施工控制中要對其取值誤差做出合理估計(jì)。斜拉橋索力直接影響結(jié)構(gòu)變形與受力，真實(shí)了解各階段索力是非常必要的。預(yù)加索力是斜拉橋施工控制中考慮的重要因素。（6）材料熱膨脹系數(shù)。熱膨脹系數(shù)的準(zhǔn)確與否也將對施工控制產(chǎn)生影響，尤其是鋼結(jié)構(gòu)要特別注意。4.2施工工藝施工控制是為

30、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而帶來的構(gòu)件制作、安裝等方面的誤差，使施工狀態(tài)保持在控制之中。施工是設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，好的橋梁設(shè)計(jì)必須要有高水平的橋梁施工技術(shù)來支持。另一方面，橋梁施工技術(shù)的發(fā)展為橋梁設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)提供了靈活多樣的手段，為新結(jié)構(gòu)、新材料的推廣應(yīng)用提供了充分的技術(shù)保障。橋梁施工技術(shù)包含施工設(shè)計(jì)計(jì)算、施工方法、施工工藝、施工設(shè)備、施工控制等諸多內(nèi)容。其中，施工控制是施工技術(shù)的重要組成部分，并始終貫穿于橋梁施工中。4.3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

31、改變。在不同時(shí)刻對結(jié)構(gòu)狀態(tài)（應(yīng)力，變形狀態(tài)）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)（與控制理想狀態(tài)比較），從而也難也保證控制的有效性。所以，必須考慮溫度變化影響。溫度變化相當(dāng)復(fù)雜，包括季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場等，而在原定控制狀態(tài)中又無法預(yù)先知道溫度實(shí)際變化情況，所以在控制中是難以考慮的（要考慮也將是非常復(fù)雜的）。通常都是將控制理想狀態(tài)定位在某一特定溫度下，從而將溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響相對排除。一般是將一天中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)性溫差和橋體內(nèi)溫度殘余影響要予以重視。4.4材料收縮、徐

32、變和剪滯效應(yīng)無論在多低得應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土也會產(chǎn)生徐變。在恒定應(yīng)力和被測點(diǎn)與周圍介質(zhì)濕度、溫度平衡條件下，隨時(shí)間增加的應(yīng)變稱為基本徐變。如果在被測結(jié)構(gòu)干燥過程的同時(shí)，施加了荷載，通常認(rèn)為徐變和收縮是可以疊加的。邊干燥邊承受荷載測得的徐變大于基本徐變的代數(shù)和?？傊瑢τ诨炷翍?yīng)變的長期測量而言，要獲取準(zhǔn)確的機(jī)械應(yīng)變，消除徐變收縮的影響是必不可少的。在豎向荷載作用下，主梁應(yīng)力存在剪滯效應(yīng)。由于翼板存在剪切變形，彎曲應(yīng)力在截面橫向是不均勻的，這種效應(yīng)隨上下緣翼板的寬度而變化，翼板愈寬，梁高愈低，剪滯效應(yīng)就愈加突出。5施工控制實(shí)例5.1蘇通大橋輔橋(連續(xù)鋼構(gòu)) 5.1.1工程概況蘇通大橋d1標(biāo)(輔橋)

33、為( 140+268+140)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，上部結(jié)構(gòu)采用掛籃現(xiàn)澆。5.1.2施工控制重點(diǎn)和措施在蘇通大橋輔橋之前，已建成的大跨度混凝土剛構(gòu)橋混凝土收縮、徐變效應(yīng)問題突出，使得多座橋梁出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，對預(yù)拱度的設(shè)置影響較大，嚴(yán)重時(shí)危及高速行車。因此，對于本橋如何合理地提供預(yù)拱度，保證成橋線形合理成為監(jiān)控重點(diǎn)。(1)混凝土收縮、徐變對預(yù)拱度設(shè)置的影響。在施工監(jiān)控前期，對國內(nèi)同類大跨度混凝土橋梁進(jìn)行了大量調(diào)研工作，對梁體下?lián)蠁栴}進(jìn)行專題研究，作為預(yù)拱度設(shè)置的參考，最后按照成橋后3o年的收縮徐變計(jì)人到預(yù)拱度的設(shè)置。(2)預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量多，預(yù)應(yīng)力施工誤差對橋梁線形影響。理論計(jì)算考慮三向預(yù)應(yīng)力，施

34、工嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行控制。(3)施工節(jié)段重量誤差對線形影響。在實(shí)際控制過程中，由于跨度大，預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的混凝土量對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形有較大的影響，在計(jì)算分析中按照實(shí)際情況進(jìn)行精確模擬。(4)墩身內(nèi)力控制。在合龍前進(jìn)行縱向頂推，確保成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足要求。5.1.3控制成果(1)成橋主梁標(biāo)高實(shí)測值與計(jì)算值基本吻合，主梁整體線形平順。成橋標(biāo)高最大偏差46cm，絕大部分節(jié)段標(biāo)高差值在3cm以內(nèi)。(2)結(jié)構(gòu)內(nèi)力(監(jiān)測斷面測試應(yīng)力的變化規(guī)律與計(jì)算值吻合，且差值在23mpa內(nèi))滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。5.2忠縣長江大橋(斜拉橋) 5.2.1工程概況忠縣長江大橋主橋?yàn)樘卮笮碗p塔雙索面昆凝土斜拉橋(圖2 )，跨度組成為

35、( 205+460+205)m，結(jié)構(gòu)支承體系為漂浮體系，塔高 2 475m，主梁采用牽索掛籃懸臂灌筑法施工，于2 009年6月建成通車。5.2.2施工控制重點(diǎn)和措施由于該橋具有跨度大、塔高、施工過程雙懸臂大(最大雙懸臂時(shí)主跨長. 2 16m)、現(xiàn)澆段長、施工臨時(shí)配重多五大特點(diǎn)，使得施工控制具有相當(dāng)大的難度。施工中各種參數(shù)(如材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數(shù)、結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、斜拉索索力)的偏差，以及測量等方面產(chǎn)生的誤差，尤其是某些具有累積特性的偏差(如主梁的標(biāo)高誤差、軸線誤差等)，都對施工監(jiān)控的準(zhǔn)確分析、預(yù)測產(chǎn)生很大的影響。(1)施工節(jié)段目標(biāo)狀態(tài)確定的方法。本項(xiàng)目采用倒拆計(jì)算法、正裝計(jì)算法

36、確定各施工狀態(tài)的目標(biāo)。(2)牽索掛籃的模擬。由于在牽索掛籃施工過程中存在掛籃與已澆梁體及牽索之間的相互作用問題，因此，為準(zhǔn)確計(jì)算分階段牽索過程中以及主梁節(jié)段施工末結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，在計(jì)算過程中必須把掛籃也放到計(jì)算模型中去，并精確模擬其剛度及其與主梁、牽索的連接。此外，在主梁每個(gè)節(jié)段的施工模擬計(jì)算中應(yīng)包括掛籃前移就位、分次張拉牽索和澆筑混凝土、體系轉(zhuǎn)換及牽索終拉等環(huán)節(jié)。(3)一張、二張索力的確定。已澆梁段的應(yīng)力應(yīng)控制在安全的范圍之內(nèi)，不允許出現(xiàn)過大的拉壓應(yīng)力。掛籃的水平支反力和豎向支反力不能超過掛籃設(shè)計(jì)允許值。主梁前端撓度變化值不宜太大。(4)無應(yīng)力狀態(tài)法在索力調(diào)整中的應(yīng)用。混凝土澆注過程中，如

37、果以索力作為調(diào)索的依據(jù)，很難取得好的效果，而根據(jù)索力值與斜拉索無應(yīng)力長度的關(guān)系，換算成該索在梁端或塔端錨頭的拔出量(回縮量)在實(shí)際控制中取得良好效果；在主梁合龍后大范圍調(diào)索時(shí)，根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)法的原理，把需要調(diào)整的索力變化值換算成各斜拉索無應(yīng)力長度的調(diào)整值，調(diào)整過程用錨頭伸長量控制，提高了調(diào)索精度，優(yōu)化了調(diào)索施工，加快了施工進(jìn)度。5.2.3控制成果(1)斜拉橋成橋線形測量時(shí)共測量87個(gè)斷面，174個(gè)測點(diǎn)，其中偏差小于1cm的有76個(gè)測點(diǎn)，占437；偏差在12cm的有35個(gè)測點(diǎn)，占2 01；偏差在23cm的有33個(gè)測點(diǎn)，占1 90；偏差大于3cm的有30個(gè)測點(diǎn)，占172，最大偏差為35 cm。由此可以看出線形與理論值接近，總體平順。(2)恒載作用下，單