橋梁施工及控制技術(shù)

1、橋梁施工及控制技術(shù)第一章 緒論第一節(jié) 橋梁工程建設(shè)情況與發(fā)展趨勢橋梁工程為土木工程的重要組成部分，其功能除主要為道路交通需要而跨越河流、峽谷、海域等天然屏障，變天塹為通途外，它也是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。橋梁工程的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的歷史過程。與其他工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展一樣，橋梁工程在其發(fā)展過程中，無不受到各發(fā)展階段當(dāng)時的橋梁設(shè)計理論、橋用材料和施工技術(shù)發(fā)展水平的制約，特別是在橋梁的跨越能力上受到的制約更為明顯。在21世紀(jì)的今天，橋梁工程事業(yè)隨著整個科學(xué)技術(shù)水平的提高而得到了迅猛發(fā)展。橋梁跨越能力是體現(xiàn)橋梁建設(shè)水平的重要指標(biāo)。梁式橋梁加拿大魁北克橋世界最大跨徑的鋼連續(xù)橋跨徑549m，1917

2、年建成。武漢長江大橋跨徑為128m，1957年建成。九江長江大橋(鋼桁梁與鋼拱組合體系)其跨徑也達(dá)到了216m ，1993年建成的。奧地利阿爾姆橋目前世界最大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋1977年建成，跨徑為76m。挪威Raft Sundet橋最大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋1999年建成，跨徑298m。我國最大跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋于1985年在浙江飛云江建成，跨徑為62m。虎門輔航道橋跨徑為270m連續(xù)剛構(gòu)橋1997年建成。拱式橋梁湖南鳳凰鳥巢橋跨徑120m，石拱橋，1990年建成。山西晉城丹河大橋跨徑146m，石拱橋。法國博浪加斯脫橋，跨徑186m，砼拱橋，1930年建成。南斯拉夫克拉克橋

3、，跨徑390m，1979年建成，當(dāng)時世界第一并保持了近20年世界紀(jì)錄。1999年建成的跨徑為330m的貴州江界河大橋(預(yù)應(yīng)力混凝土桁式組合拱橋)1997年建成的跨徑達(dá)420m的重慶萬縣長江大橋斜拉橋1955年建成世界第一座現(xiàn)代斜拉橋跨徑182.6m的瑞典斯特羅姆海峽鋼斜拉橋1991年建成的挪威斯卡思圣特橋（混凝土斜拉橋），跨徑為530m而1995年建成的法國諾曼底橋采用鋼質(zhì)中孔和鋼筋混凝土邊孔的混合結(jié)構(gòu)，其路徑達(dá)到了856m日本890m多多羅鋼斜拉橋則雄居世界鋼斜拉橋首位懸索橋美國1937年建成了主跨達(dá)1280的金門大橋1981年英國建成了跨徑為1410m的享伯爾橋日本建成跨徑為1991m的明

4、石海峽大橋（課本中1990米為設(shè)計主跨建設(shè)期間遭遇地震建成后主跨多一米）中國1999年建成的跨徑為1385m的江蘇江陰長江大橋第二節(jié) 橋梁建設(shè)與施工技術(shù)建設(shè)一座橋梁通常要經(jīng)過規(guī)劃工程可行性研究勘測設(shè)計和施工施工是具體體現(xiàn)橋梁規(guī)劃、設(shè)計思想和意圖的一個過程，其最終目的是建設(shè)一個既滿足交通需要，又能作為一種空間藝術(shù)品(結(jié)構(gòu))存在于社會之中的工程實體，而施工技術(shù)無論是在設(shè)計階段還是在施工階段都起著非常重要的作用。高水平的橋梁設(shè)計必須要有高水平的橋梁施工技術(shù)來支持，橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展依賴于橋梁施工技術(shù)的發(fā)展。橋梁施工技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)橋梁設(shè)計意圖提供了靈活多樣的手段，為增大橋梁跨越能力、新型橋梁結(jié)構(gòu)體系

5、的開發(fā)、新型材料的應(yīng)用、成橋狀態(tài)受力與線形的改善、工程質(zhì)量的提高、建設(shè)工期的縮短和工程造價的降低等提供了充分的條件和技術(shù)保障。所以，要提高橋梁建設(shè)水平，就必須提高其施工技術(shù)水平。第三節(jié) 橋梁施工技術(shù)與施工控制橋梁施工技術(shù)包含內(nèi)容施工設(shè)計計算施工方法手段與工藝施工控制等內(nèi)容隨著交通事業(yè)發(fā)展需要，大量的公路需要建設(shè)，橋梁作為公路的咽喉工程，其建設(shè)任務(wù)更加艱巨。從過去十年我國的交通建設(shè)中就可以看出橋梁建設(shè)的艱辛。事實上，任何橋梁施工，特別是大跨徑橋梁的施工，都是一個系統(tǒng)工程。在該系統(tǒng)中，設(shè)計圖只是目標(biāo)，而在自開工到竣工整個為實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)而必須經(jīng)歷的過程中，將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響

6、，包括設(shè)計計算、橋用材料性能、施工精度、荷載、大氣溫度等諸多方面在理想狀態(tài)與實際狀態(tài)之間存在的差異，施工中如何從各種受誤差影響而失真的參數(shù)中找出相對真實之值，對施工狀態(tài)進(jìn)行實時識別(監(jiān)測)、調(diào)整(糾偏)、須測，對設(shè)計目標(biāo)的實現(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。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。橋梁施工控制是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量的關(guān)鍵。衡量一座橋梁的施工宏觀質(zhì)量標(biāo)推就是其成橋狀態(tài)的線形以及受力情況符合設(shè)計要求。第二章 橋梁施工與施工控制第

7、一節(jié) 橋梁施工方法發(fā)展回顧19世紀(jì)中期以前，橋梁一般采用有支架施工。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，19世紀(jì)中期，美國等國家修建了為數(shù)不多的連續(xù)桁梁。對連續(xù)梁經(jīng)過修正使無支架施工方法得以廣泛采用。懸索橋以它固有的特點，使它在19世紀(jì)及20世紀(jì)中期成為大跨度橋梁采用的唯一橋型。20世紀(jì)70年代，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土工藝的完善，尤其是后張學(xué)會于1976年的成立，使用于橋梁上的預(yù)應(yīng)力混凝土工藝更加成熟。第二節(jié) 橋梁施工方法及施工中需注意的問題一、梁式橋梁(一)簡支梁(板)橋 簡支梁(板)橋在小跨徑橋梁中廣泛采用，其施工方法分為有支架現(xiàn)澆和預(yù)制安裝兩種。采用支架現(xiàn)澆這種方法施工時，要特別注意支架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性(

8、包括局部和整體穩(wěn)定)問題，支架地基可靠、澆注順序合理、預(yù)應(yīng)力(預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋時)張拉控制有效等技術(shù)問題。預(yù)制安裝施工中關(guān)鍵是控制好預(yù)制精度、預(yù)應(yīng)力體系的建立、預(yù)拱度的設(shè)置，避免梁體在預(yù)制時由于張拉不當(dāng)引起的開裂，對架橋機(jī)等安裝設(shè)備的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定予以重視。（二）等截面連續(xù)梁(板)橋 在中小路徑的橋梁(特別是立交橋)中采用等截面連續(xù)梁(板)橋較多。其施工方法包括1.逐孔現(xiàn)澆法逐孔現(xiàn)澆法又分為在支架上逐孔現(xiàn)澆和移動模架逐孔現(xiàn)澆兩種。施工中同樣要注意支架或模架的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定。另外，對不斷進(jìn)行的體系轉(zhuǎn)換(施工接頭位于跨間，連續(xù)孔數(shù)逐漸增多)時的結(jié)構(gòu)受力與變形要特別注意。2.先簡支后連續(xù)法這種

9、施工與簡支梁預(yù)制安裝施工相似，但橋面系施工往往在己成的連續(xù)體系上進(jìn)行，需注意梁體的受力變化。3.頂推法頂推法是指在橋臺后平臺上預(yù)制梁體，逐節(jié)向前推出，如圖2-1。這種橋梁施工的關(guān)鍵包括：梁體預(yù)制精度(特別是梁體底面平整度)、頂推同步、臨時支墩(如果有)的變形、梁體在頂推過程中的內(nèi)力、撓度變化等。(三)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋變截向連續(xù)梁橋主要用于大中跨徑連續(xù)梁橋，常用施工方法有：1支架現(xiàn)澆法支架現(xiàn)澆法適用于旱地且跨徑不太大的橋梁，施工中支架的安全、變形等是必須引起重視的問題。2懸臂施工法懸臂施工法是大跨徑連續(xù)梁橋常用的施工方法，屬于一種自架設(shè)方式，分為懸臂拼裝與懸臂澆筑兩種，如圖2-2。（四

10、）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋通常用在較大跨徑的梁式橋梁上，一般采用懸臂澆筑施工，如圖2-2。確保成橋線形與內(nèi)力狀態(tài)符合要求顯得非常重要。（五）鋼梁橋鋼梁橋包括簡支或連續(xù)體系的鋼板梁和鋼桁梁橋。鋼梁橋一般為工廠加工，現(xiàn)場架設(shè)施工。拖拉法與懸臂拼裝法使用較多。拖拉法施工流程如圖2-3所示。拖拉法必須對施工中梁體各桿件的應(yīng)力、穩(wěn)定進(jìn)行控制。懸臂拼裝法是將鋼梁桿件在橋跨中依次懸臂拼裝至前方墩(臺)或合攏。如圖2-4所示，懸臂拼裝施工中，首先要控制好鋼梁的穩(wěn)定性；其次是懸拼過程中各桿件應(yīng)力及局部穩(wěn)定；三是懸拼時梁的撓度同樣需要觀測、調(diào)整，使其撓度在控制范圍內(nèi)，保證合攏順利和梁體線形符合

11、要求；四是懸拼過程中的梁體振動也應(yīng)注意；五是做好合攏控制。二、拱式橋梁（一）石拱橋主拱圈施工拱圈內(nèi)的應(yīng)力是逐漸形成的，施工中必須對拱圈應(yīng)力，特別是先期形成的拱環(huán)應(yīng)力進(jìn)行全程觀測， 避免結(jié)構(gòu)在施工過程中 出現(xiàn)過大的應(yīng)力。施工工藝如圖2-5所示（二）普通型鋼筋混凝土拱橋施工1主拱施工采用勁性骨架澆筑施工時，往往因橋梁跨徑大(如420m的重慶萬縣長江大橋)，要在不太強(qiáng)大的骨架上經(jīng)過很多工序和較長時間外包混凝土形成拱圈，其施工中的安全尤為重要，施工過程控制就顯得格外受重視。外置式拱架施工方法(如圖2-6)勁性骨架法是特大跨徑拱橋的主要施工方法(如圖2-7)無支架纜索吊裝施工法應(yīng)用更為廣泛。如圖2-8。

12、施工的關(guān)鍵在于吊運系統(tǒng)(包括錨碇、塔架、天線)的可靠性以及吊裝與扣掛的安全以及工段位置確定。根據(jù)兩岸地形情況，在兩岸制作半拱，然后繞拱座作水平或豎直轉(zhuǎn)動至合攏成拱的轉(zhuǎn)體施工法也時有采用。如圖2-9所示。轉(zhuǎn)體施工的成敗在于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的可靠性和轉(zhuǎn)動過程中懸扣系統(tǒng)、拱圈等的受力、穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)。鋼筋混凝土拱也可采用懸臂施工法施工。拱的懸臂施工主要有兩種方式：一是塔架斜拉扣掛方式，如圖2-10所示。需特別注意斜拉索力、拱圈受力、標(biāo)高的變化。二是桁架式如圖2-11。鑒于其屬于自架設(shè)施工方式，除需注意施工中結(jié)構(gòu)的受力、穩(wěn)定外，特別要加強(qiáng)施工標(biāo)高的控制。鋼管混凝土拱通常是采用纜索吊裝法架設(shè)鋼管拱然后再灌注管

13、內(nèi)混凝土，相當(dāng)于在較柔的鋼管拱架上施加非常大的荷載。2拱上結(jié)構(gòu)施工包括上承式拱橋的拱上建筑，施工可采用支架現(xiàn)澆，更多的是預(yù)制拼(吊)裝。中、下承式拱橋的懸吊結(jié)構(gòu)(橋道梁)。施工既可在支架上現(xiàn)澆或拼裝，也可采用吊裝。施工必須注意拱上結(jié)構(gòu)施工過程中主拱的受力、變形以及穩(wěn)定性。(三)系桿拱橋施工對鋼筋很凝土系桿拱橋，最簡便的施工方法是支架法。施工時需特別控制好預(yù)應(yīng)力施加的時間、大小，使之與拱圈的形成過程協(xié)調(diào)，保證拱肋或系桿受力、變形符合要求。大跨徑系桿拱橋大多采用鋼筋混凝土或鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，除單跨外，更多的是三跨飛燕式。施工中關(guān)鍵是系桿拉力的施加和橋道梁的施工。（四）整體型上承式拱橋施工整體型上承式

14、拱橋包括桁架拱橋、剛架橋。對普通中小跨徑桁架拱橋可采用支架安裝、無支架吊裝、轉(zhuǎn)體和懸臂安裝等，對于大跨徑桁式組合拱橋，通常采用懸臂安裝施工。圖2-12所示。三、 斜 拉 橋斜拉橋施工包括三大部分墩塔施工主梁施工斜拉索制作與安裝斜拉橋主梁施工一般可采用以下方法來進(jìn)行。支架法、頂推法、轉(zhuǎn)體法、懸臂澆注和懸臂拼裝(自架設(shè))目前使用較多的是前支點掛籃，也稱斜索式掛籃。如圖2-13所示。施工中塔柱空間位置、斜拉索價置、錨頭相對尺寸等務(wù)必要精確。必須進(jìn)行主梁標(biāo)高、斜拉索索力和塔柱變位觀測，考慮混凝土收縮、徐變，溫度變化等引起的標(biāo)高變化。嚴(yán)格控制合攏時間和進(jìn)行必要的技術(shù)處理，保證合攏段工程質(zhì)量和成橋狀態(tài)內(nèi)力

15、符合要求。對于混凝土主梁懸臂拼裝，要特別注意塊件和相鄰已成梁段的相對高差控制，確保主梁線形與設(shè)計相符。對于鋼梁懸臂拼裝，合攏段施工是另外需要特別注意的。合攏段施工苦處理不好，輕則影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配以及橋面平順，重則影響結(jié)構(gòu)安全。四、 懸 索 橋懸索橋施工包括錨碇施工、索塔施工、主纜(吊桿)施工和加勁梁施工幾個主要部分。錨碇分重力式錨和隧道錨兩種。施工中除需注意常規(guī)的質(zhì)量、精度要求外，應(yīng)特別注意混凝土內(nèi)部的溫度監(jiān)測與控制?；炷了魉ǔ２捎没?、爬模、翻模并配以塔吊或泵送澆注；鋼索塔一般為吊裝施工。同樣，索塔施工中要注意加強(qiáng)測量控制，掌握其受力情況。主纜架設(shè)主要有空中紡絲法(AS法)和預(yù)制平行索股

16、法(PPWS法)兩種。加勁梁的架設(shè)方法因加勁梁的構(gòu)造形式不同而異。施工中加勁梁的應(yīng)力、標(biāo)高應(yīng)滿足要求。第三節(jié) 橋梁施工控制的任務(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施控制，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)計要求。一、 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)的變形將受到諸多因素的影響，極易使橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實際位置(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)計要求不符，所以必須對橋梁實施控制，使其結(jié)構(gòu)在施工中的實際位置

17、狀態(tài)與須期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍和成橋線形狀態(tài)符合設(shè)計要求。二、 應(yīng)力控制通常通過結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測來了解實際應(yīng)力狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)實際應(yīng)力狀態(tài)與理論(計算)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。它比變形控制顯得更加重要。必須對結(jié)構(gòu)應(yīng)力實施嚴(yán)格監(jiān)控。對應(yīng)力控制的項目和精度還沒有明確的規(guī)定，需根據(jù)實際情況確定。三、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。施工中，除橋梁結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性必須得到控制外，施工過程中所用的支架、技籃、纜索吊裝系統(tǒng)等施工設(shè)施的各項穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)滿足要求。四、安全控制橋梁施工安全控制是上述變形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)

18、定控制的綜合體現(xiàn)，上述各項得到了控制，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)實際情況，確定其安全控制重點。第四節(jié) 橋梁施工控制與橋梁施工質(zhì)量控制的關(guān)系橋梁施工質(zhì)量控制是對施工全過程的，各工序進(jìn)行檢查、監(jiān)督和管理，制止影響工程質(zhì)量的行為和消除各種不利因素，使所完成的工程符合設(shè)計圖紙、技術(shù)規(guī)范要求和驗收標(biāo)準(zhǔn)。該項工作通常通過企業(yè)自控、社會監(jiān)理、政府監(jiān)督來實現(xiàn)。橋梁施工控制就是對橋梁施工過程中結(jié)構(gòu)的受力、變形及穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)控，使施工中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)處于最優(yōu)狀態(tài)，保證施工過程安全和成橋狀態(tài)(包括內(nèi)力和線形狀態(tài))符合設(shè)

19、計、規(guī)范要求。施工控制通常由施工控制單位(小組)來完成。從上述兩者所做的工作和要達(dá)到的目的來看橋梁施工控制與橋梁施工質(zhì)量控制目標(biāo)是一致的，都是保證橋梁建設(shè)質(zhì)量的手段。橋梁施工質(zhì)量控制重在“微觀控制”，而橋梁施工控制重在“宏觀調(diào)控”，是橋梁施工質(zhì)量控制的補(bǔ)充與前提。第五節(jié) 橋梁施工控制的發(fā)展一、橋梁施工控制的起因武漢長江大橋和重慶長江大橋在施工過程中所做的應(yīng)力、標(biāo)高的調(diào)整，實際上就是橋梁施工控制的內(nèi)容。這說明橋梁施工控制是橋梁建設(shè)質(zhì)量控制所必需的，并早已被橋梁建設(shè)者所認(rèn)識。系統(tǒng)地實施橋梁施工控制的歷史并不長。最早較系統(tǒng)地把工程控制論應(yīng)用到橋梁施工管理中的是日本。橋梁施工控制技術(shù)在國外得到了廣泛重

20、視。二、 橋梁施工控制技術(shù)的發(fā)展同國外比較起來，我國在該領(lǐng)域還有差距。今后橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展迫切需要進(jìn)行的工作：深入研究橋梁施工控制理論，研制更加合理、實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)。第三章 橋梁施工控制系統(tǒng)與方法第一節(jié) 現(xiàn)代控制論簡介一、 控制論的發(fā)展控制理論的發(fā)展過程大體上也可分為第一代、第二代、第三代。第一代控制理論指古典控制理論或經(jīng)典控制理論。第二代控制理論指現(xiàn)代控制理論。第三代控制理論指大系統(tǒng)理論和智能控制理論。二、現(xiàn)代控制理論與方法現(xiàn)代控制理論是在古典控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而它本身也在不斷地向縱深發(fā)展，并形成了很多獨立的

21、分支。如今，已經(jīng)很難給現(xiàn)代控制論定一個確切的界限。但就其最基本的理論與方法而言，大體可歸納如下：1.線性系統(tǒng)理論2.系統(tǒng)辨識：有三個要素：數(shù)據(jù)、模型類和準(zhǔn)則構(gòu)成。系統(tǒng)辨識框圖如圖3-1。3.最優(yōu)控制4.最優(yōu)估計：是現(xiàn)代摔制理論的一個重要分支。在接收到的信號中總是由有用信號和干擾噪聲混合組成。系統(tǒng)方框圖如圖3-2所示。5.自適應(yīng)控制：自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要分為模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)(Model Reference Adaptive System)和自校正調(diào)節(jié)器(Self-Tuning Regulator)其系統(tǒng)框圖如圖3-3。 6模糊控制。圖3-4所示為模糊控制工作原理框圖。7專家系統(tǒng)控制。專家系統(tǒng)

22、結(jié)構(gòu)圖如圖3-5。專家系統(tǒng)控制分為直接專家系統(tǒng)控制和間接專家系統(tǒng)控制。三、 現(xiàn)代控制論與橋梁施工控制橋梁施工(特別是大跨度橋梁)過程的安全和成橋狀態(tài)是否能滿足設(shè)計要求是橋梁建設(shè)者非常關(guān)心和必須解決的問題。橋梁施工本身就是一個系統(tǒng)工程。橋梁施工的過程也就是該系統(tǒng)的運行過程。要達(dá)到施工安全和特定線形與受力狀態(tài)要求，僅通過事后檢查是無法實現(xiàn)的，必須對施工全過程進(jìn)行控制，也就是對橋梁施工全過程進(jìn)行監(jiān)控。只有這樣才能確?？刂颇繕?biāo)的實現(xiàn)。橋梁施工控制就是以上述現(xiàn)代控制論為理論基礎(chǔ)，為滿足現(xiàn)代橋梁建設(shè)需要而發(fā)展起來的。第二節(jié) 橋梁施工控制方法橋梁施工控制的主要任務(wù)是橋梁施工過程的安全控制和橋梁結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力

23、狀態(tài)控制。隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式、施工特點及具體控制內(nèi)容的不同，其施工控制方法也不相同?？偟膩碇v，橋梁施工控制可分為以下幾種事后控制法預(yù)測控制法自適應(yīng)控制法最大寬容度法等事后調(diào)整控制法是指在施工中，當(dāng)已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)與設(shè)計要求不符時，即可通過一定手段對其進(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到要求。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)的每一個施工階段(節(jié)段)形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行。預(yù)測控制以現(xiàn)代控制淪為理論基礎(chǔ)，其預(yù)測方法常見的有卡爾曼(Kalman)濾波法、灰色理論法等，基本結(jié)構(gòu)如圖3-6。圖3-7所示某橋隨機(jī)最優(yōu)施工控制就是一種。自適應(yīng)控制法也稱為參數(shù)識

24、別修正法。它是指在控制開始時，控制系統(tǒng)的某些設(shè)計參數(shù)與實際情況不完全相符，系統(tǒng)不能按設(shè)計要求得到符合實際的輸出結(jié)果，但是，在系統(tǒng)的運行過程中，通過系統(tǒng)識別或參數(shù)估計，不斷地修正參數(shù)，伎設(shè)計輸出與實際輸出相符，從而實際問題得到控制。圖3-8所示即為某橋自適應(yīng)施工控制情況。還有一種方法是在設(shè)計時給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力最大的寬容度，即誤差的容許值。第三節(jié) 影響橋梁施工控制的因素大跨度橋梁施工控制的主要目的是使施工實際狀態(tài)最大限度地與理想設(shè)計狀態(tài)(線形與受力)相吻合。要實現(xiàn)上述目標(biāo)，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理想設(shè)計狀態(tài)的所有因素，以便對施工實施有的放矢的有效控制。（一）結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：1結(jié)構(gòu)構(gòu)件

25、截面尺寸2結(jié)構(gòu)材料彈性模量3材料容重4材料熱膨脹系數(shù)5施工荷載6預(yù)加應(yīng)力或索力(二)施工工藝施工控制是為施工服務(wù)的，反過來，施工的燈壞又直接影響控制目標(biāo)的實現(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。（三）施工監(jiān)測監(jiān)測包括結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測等，是橋梁施工控制最基本的手段之一。（四）結(jié)構(gòu)分析計算模型無論采用什么分析方法和手段，總是要對實際橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，建立計算模型。（五）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。必須考慮溫度變化影響。一般是將一天中溫度變

26、化較小的早晨作為控制所需實測數(shù)據(jù)的采集時間。但對季節(jié)性溫差和橋體內(nèi)溫度殘余影響要予以重視。（六）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，這主要是由于施工中混凝土普遍存在加載齡期短、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、符合實際的徐變參數(shù)和計算模型。（七）施工管理橋梁施工控制的對象就是橋梁施工本身，施工管理好壞直接影響橋梁施工質(zhì)量、進(jìn)度等。特別是施工進(jìn)度一旦不按計劃進(jìn)行，必然給施工控制帶來一定難度。第四節(jié) 橋梁施工控制系統(tǒng)從本章第三節(jié)可見，影響橋梁施工控制的因素很多，特別是隨著橋梁跨徑的不斷增大，建設(shè)規(guī)模也相應(yīng)增大，施工中所受到的

27、不確定性影響因素也越來越多，要使橋梁施工安全、順利地向前推進(jìn)，并保證成橋狀態(tài)符合設(shè)計要求，就必須將其作為一個系統(tǒng)工程予以嚴(yán)格控制。由于橋梁施工控制的實施牽涉到方方面面，所以，必須事先建立完善、有效的控制系統(tǒng)才能達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。施工控制系統(tǒng)一般應(yīng)由施工管理與現(xiàn)場(微機(jī))控制兩個分系統(tǒng)組成，而各分系統(tǒng)又由多個支系統(tǒng)組成。圖3-9為橋梁施工控制系統(tǒng)框圖。一、施工控制管理分系統(tǒng)橋梁施工控制本身是一個大的系統(tǒng)工程，它必須具備足夠的入、財、物以及先進(jìn)的管理手段方能使其正常運行。同時，橋梁施工通常要涉及到業(yè)主、設(shè)計、施工、社會監(jiān)理、政府監(jiān)督、施工控制等多個部門與單位，這些單位都將在施工控制中起到不同程度

28、的作用。施工控制是多方協(xié)作、共同努力的結(jié)果。因此，在實施控制前必須首先建立一個完善的控制管理系統(tǒng)和組織機(jī)構(gòu)，要求該系統(tǒng)既有分工負(fù)責(zé)，又有協(xié)同作戰(zhàn)，做到上下、左右信息渠道暢通，令行禁止，高效運轉(zhuǎn)。圖3-10為日本白屋橋施工控制與調(diào)整的管理情況，圖3-11為國內(nèi)常見的橋梁施工控制管理系統(tǒng)框圖。二、 施工現(xiàn)場(微機(jī))控制分系統(tǒng)施工現(xiàn)場(微機(jī))控制分系統(tǒng)框圖如圖3-12所示。該分系統(tǒng)是施工技制系統(tǒng)的核心，它包含整個施工控制的主要分析過程，具有數(shù)據(jù)比較、結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)把握、誤差分析、參數(shù)識別、前進(jìn)或倒退仿真分析、未來預(yù)測等功能。施工現(xiàn)場(微機(jī))控制分系統(tǒng)通常又由多個支系統(tǒng)組成，其中包括：1.施工控制分析支

29、系統(tǒng)施工控制分析支系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、可操作性和可視性，以滿足施工中結(jié)構(gòu)的多變性要求，一般都包含有：能快速、準(zhǔn)確完成多種結(jié)構(gòu)施工模擬分析的軟件，它是判別當(dāng)前結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否與實際相符合和對未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測的必備工具。2.參數(shù)識別支系統(tǒng)參數(shù)識別支系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)識別計算分析兩個子系統(tǒng)。3.誤差分析支系統(tǒng)其中主要包括分析誤差與施工誤差等。系統(tǒng)主要功能是對結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)、實測狀態(tài)和誤差信息進(jìn)行分析，作出最佳調(diào)整方案，使結(jié)構(gòu)施工實際狀態(tài)、設(shè)計理論狀態(tài)的差值控制在允許范圍內(nèi)。4.狀態(tài)預(yù)測支系統(tǒng)該支系統(tǒng)的功能是在計入結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整修改值、結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)最優(yōu)估計值、結(jié)構(gòu)施工誤差、量測誤差等信

30、息后，通過控制模擬分析系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)施工狀態(tài)確定出超前預(yù)測控制值。5.綜合調(diào)優(yōu)支系統(tǒng)該系統(tǒng)的功能是通過修改施工方案，與狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)形成循環(huán)，最終輸出合理的、可指導(dǎo)下一步施工的建議或措施。第五節(jié) 橋梁施工控制實施方案編制要搞好橋梁施工就必須要有一個切實可行的施工組織設(shè)計，對于橋梁施工控制也不例外。在進(jìn)行施工控制之前，首先應(yīng)對橋梁設(shè)計文件以及施工方法進(jìn)行認(rèn)真研究，然后根據(jù)設(shè)計及技術(shù)規(guī)范對橋梁有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的具體要求、施工方案與實施細(xì)則、施工控制委托方的特殊要求等制訂出詳細(xì)的、行之有效的橋梁施工控制方案與實施細(xì)則。橋梁施工控制方案是實施施工控制的一個綱領(lǐng)性文件，它是使施工控制按計劃、按要求順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

31、橋梁施工控制實施方案通常包括下列內(nèi)容：1工程慨述在工程概述中主要介紹本工程的總體設(shè)計情況、施工方法及施工流程、施工所要達(dá)到的目標(biāo)要求等。2 工程特點及實施施工控制的目的與意義主要介紹工程的構(gòu)造特點、施工特點與關(guān)鍵工序、實施施工控制的目的與意義。3施工控制的原則與方法根據(jù)本工程的特點與具體要求，確定出施工控制的原則，選定控制的具體方法、調(diào)控手段。4施工控制的工作內(nèi)容通常包括施工控制理論分析的內(nèi)容與方法、施工控制有關(guān)的基礎(chǔ)資料試驗、收集與識別，施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)(如變位、應(yīng)力、府變、索力等)監(jiān)測以及溫度監(jiān)測，理論值與實測值之間的誤差分析與識別，對下一階段的施工誤差的預(yù)測、調(diào)整以及施工狀態(tài)預(yù)告(包括

32、立模標(biāo)高、索力等)必要的設(shè)計與施工方案變更建議等。5施工控制的精度與原則明確施工控制總的原則，在設(shè)計文件、技術(shù)規(guī)范以及委托方的具體要求基礎(chǔ)上確定各控制項目的精度指標(biāo)。6施工控制監(jiān)測的內(nèi)容與方法明確所要監(jiān)測的內(nèi)容、部位(截面)，給出監(jiān)測點位布置圖；確定各項監(jiān)測將采用的手段、方法以及儀器、設(shè)備(包括名稱、規(guī)格、性能等)；制定出施工監(jiān)測的實施方案等。7施工控制組織機(jī)構(gòu)與分工根據(jù)本工程施工控制的實際情況，確定參與控制的單位(部門)，明確各參與單位之間的相互關(guān)系，制訂出施工控制的操作與系統(tǒng)運轉(zhuǎn)流程，明確各參與單位的職責(zé)以及施工控制系統(tǒng)中各部門(小組)的人員配備與崗位職責(zé)、確定信息傳遞渠道與方式等。8施工

33、控制圖表確定施工控制中所需記錄整理的資料，制訂出資料記錄整理的標(biāo)準(zhǔn)圖表格式。下面以混凝土斜拉橋為例，給出其主要記錄表格(表3-1表3-7)，供參考。第四章 橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析第一節(jié) 概 述現(xiàn)階段施工控制中橋梁結(jié)構(gòu)的計算方法主要包括：正裝分析法、倒裝分析法和無應(yīng)力狀態(tài)分析法。由于不同形式的橋梁結(jié)構(gòu)所采用的施工方法不同，因而，這三種計算方法對于不同形式的橋梁結(jié)構(gòu)分析是有所慎重的。同時，這三種計算方法也有其各自的特點：正裝計算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載顛序來進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析，它能較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工歷程，能得到橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，這不僅可用來指導(dǎo)橋梁設(shè)計和施工，

34、而且為橋梁施工控制提供依據(jù)。同時在正裝計算中，能較好地考慮一些與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的因素，如結(jié)構(gòu)的非線性問題和記凝土的收縮、徐變問題。正因為如此，正裝計算法在橋梁結(jié)構(gòu)的計算分析中占有重要的位置。對于各種形式的大跨度橋梁，要想了解橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，都必須首先進(jìn)行正裝計算。倒裝計算法是按照橋經(jīng)結(jié)構(gòu)實際施工加載顧序的逆過程來進(jìn)行結(jié)構(gòu)行為分析。倒裝計算法的目的就是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段理想的安裝位置(主要指標(biāo)高)和理想的受力狀態(tài)。無應(yīng)力狀態(tài)法是以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長度和曲率不變?yōu)榛A(chǔ)，將橋梁結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)和施工各階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來，這種方法特別適應(yīng)于大跨度拱橋和懸

35、索橋的施工控制。第二節(jié) 橋梁施工過程模擬分析方法一、正裝計算法為了計算出橋梁結(jié)構(gòu)成橋后的受力狀態(tài)，只有根據(jù)實際結(jié)構(gòu)配筋情況和施工方案設(shè)計逐步逐階段地進(jìn)行計算，最終才能得到成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。這種計算方法的特點是：隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷地改變。前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在改變因此，前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。我們將這種按施工階段前后次序進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析方法稱為正裝計算法，也稱為前進(jìn)分析法?，F(xiàn)以單跨簡懸索橋為例，以傳統(tǒng)的加勁梁吊裝順序從跨中向兩側(cè)對稱施工的方法來說明正裝計算法的原理。(1)確定結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)。主要包括：兩主塔塔頂中心距、主塔塔

36、頂中心至散索鞍頂面中心距、主纜錨固中心至散索鞍頂面中心距、主塔塔頂標(biāo)高、散索鞍頂面中心高程、主纜錨固中心高程。圖4-1所示為上部結(jié)構(gòu)在施工前的初始狀態(tài)。(2)架設(shè)主纜索股至主纜成型。計算主纜在自重力作用下的形狀及應(yīng)力，如圖4-2所示。(3)吊裝加勁梁跨中1號梁段。計算主纜的變形和應(yīng)力，確定本階段結(jié)構(gòu)的幾何形狀和受力形狀，如圖4-3所示。(4)對稱地吊裝加勁梁2號梁段。以上一階段結(jié)束時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為基礎(chǔ)，計算主纜的變形和應(yīng)力，確定本階段結(jié)構(gòu)的幾何形狀和受力形狀，如圖4-4所示。(5)對稱地吊裝加勁梁3號梁段、4號梁段、5號梁段，即加勁梁吊裝結(jié)束。計算每個吊裝階段主纜的變形和應(yīng)力。每階段計算均以上一

37、階段結(jié)束時結(jié)構(gòu)的幾何形狀為基礎(chǔ)，確定加勁梁吊裝結(jié)束后的幾何形狀和受力形狀，如圖4-5所示。(6)將各梁段固結(jié)形成加勁梁，計算成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，如圖4-6所示。(7)橋面鋪裝。計算二期恒載作用下結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，如圖4-7所示。通過以上分析，我們可以清楚的看到正裝計算法有如下一些特點：(1)橋梁結(jié)構(gòu)在正裝計算之前必須制定詳細(xì)的施工方案，只有按照施工力案中確定的施工加載順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，才能得到結(jié)構(gòu)中間階段或最終成橋階段的實際變形和受力狀態(tài)。(2)在結(jié)構(gòu)分析之初，要確定結(jié)構(gòu)最初實際狀態(tài)，即以符合設(shè)計要求的實際施工結(jié)果(如跨徑、標(biāo)高等)倒退到施工的第一階段作為結(jié)構(gòu)正裝計算分析的初始狀態(tài)。(

38、3)本階段的結(jié)構(gòu)分析必須以前一階段的計算結(jié)果為基礎(chǔ)，前一階段結(jié)構(gòu)位移是本階段確定結(jié)構(gòu)軸線的基礎(chǔ)，以前各施工階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是本階段結(jié)構(gòu)時差、材料非線性計算的基礎(chǔ)。(4)對于混凝土徐變、收縮等時差效應(yīng)在各施工階段中逐步計入。(5)在施工分析過程中嚴(yán)格計入結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)，本階段結(jié)束時的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)用本階段荷載作用下結(jié)構(gòu)受力與以前各階段結(jié)構(gòu)受力平衡而求得。正裝計算分析不僅可以為成橋結(jié)構(gòu)的受力提供較為精確的結(jié)果，為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度驗算提供依據(jù)而且可以為施工階段理想狀態(tài)的確定，為完成橋梁結(jié)構(gòu)施工控制奠定基礎(chǔ)。二、倒裝計算法正裝計算法可以嚴(yán)格按照設(shè)計好的施工步驟進(jìn)行各階段內(nèi)力分析，但由于分析中結(jié)構(gòu)節(jié)點坐

39、標(biāo)的遷移，最終結(jié)構(gòu)線形不可能完全滿足設(shè)計線形要求。它的基本思想是，假設(shè)t=t0時刻內(nèi)力分布滿足正裝計算t0時刻的結(jié)果。線形滿足設(shè)計要求。在此初始狀態(tài)下，按照正裝分析的逆過程，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分析每次卸除一個施工段對剽余結(jié)構(gòu)的影響，在一個階段內(nèi)分析得出的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力狀態(tài)便是該階段結(jié)構(gòu)施工的理想狀態(tài)。所謂結(jié)構(gòu)施工的理想狀態(tài)，就是在施工各階段結(jié)構(gòu)應(yīng)有的位置和受力狀態(tài)。每個階段的施工理想狀態(tài)都將控制著全橋最終的形狀和受力特性。如圖4-8所示，按施工順序進(jìn)行倒拆分析，其倒拆順序如下：(1)拆除桿件，計算剩下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，如圖4-9所示。(2)固結(jié)桿件 后，再拆除桿件 如圖4-10所示，求得斜拉索、的張拉

40、力及結(jié)構(gòu)的變形。(3)繼續(xù)拆除、，如圖4-11所示求得斜拉索、的張拉力及結(jié)構(gòu)的變形。(4)拆除 、，如圖4-12所示，求得斜拉索、的張力及結(jié)構(gòu)變形。通過以上分析，我們清楚地看到用倒裝計算法確定橋梁結(jié)構(gòu)各階段理想狀態(tài)，必須注意以下幾點：(1)倒裝計算時的初始狀態(tài)必須由正裝分析來確定，如前面團(tuán)裝分析的第一步中號桿件的端力以及斜拉索的初始枚力等。但初始狀態(tài)中的各扦件軸線位置可取設(shè)計軸線位置。(2)拆除單元的等效荷載，用被拆單元接線外的內(nèi)力反方向作用在剩余主體結(jié)構(gòu)接縫處加以模擬。(3)拆除桿件后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為拆除桿件前結(jié)構(gòu)狀態(tài)與被拆除桿件等效荷裁作用狀態(tài)的疊加。換言之，本階段結(jié)束時，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)用本階

41、段荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力與前一階段的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)疊加而得，即認(rèn)為在這種情況下線性疊加原理成立。(4)拆構(gòu)件應(yīng)滿足零應(yīng)力條件，剩余主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)新的接縫面應(yīng)力等于此階段對該接縫面施加的預(yù)加應(yīng)力，這是正確進(jìn)行倒退分析的必要條件。除此之外，我們還應(yīng)該了解例裝計算法的局限性，這主要指以下兩個方面：(1)對于幾何非線性十分明顯的大跨度橋梁如斜拉橋，尤其像懸索橋，由于纜索的非線性影響，按倒裝計算法的結(jié)果進(jìn)行正裝施工，橋梁結(jié)構(gòu)將偏離預(yù)定的成橋狀態(tài)。對這類問題的處理方法，我們將在以后進(jìn)行討論。(2)原則上講，倒裝計算無法進(jìn)行混凝土收縮、徐變計算因為混凝土構(gòu)件的收縮、徐變與結(jié)構(gòu)的形成歷程有密切關(guān)系。由于倒裝計算的順

42、序是結(jié)構(gòu)形成歷程的逆過程，所以在倒裝分析時，考慮結(jié)構(gòu)的時差效應(yīng)的影陶是有一定困難的。對這個問題更詳細(xì)的討論我們將在以后進(jìn)行。三、 無應(yīng)力狀態(tài)法設(shè)想將一座已建成的橋梁結(jié)構(gòu)解體，結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件或者單元的無應(yīng)力長度和曲率是一個確定的值在橋梁結(jié)構(gòu)施工中或建成后，不論結(jié)構(gòu)溫度如何變化，如何位移，以及如何加載，即在任何受力狀態(tài)下，各構(gòu)件或單元的無應(yīng)力長度和曲率恒定不變，只是構(gòu)件或單元的有應(yīng)力長度和曲率不相同而已。我們用構(gòu)件或單元的無應(yīng)力長度和曲率保持不變的原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析的方法叫做無應(yīng)力狀態(tài)法。第三節(jié) 橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析方法施工過程酌結(jié)構(gòu)分析方法根據(jù)具體情況來選擇，一船情況都是采用有限元法，有時也可采

43、用解析法。一、 有限元法有限元法就是將連續(xù)體分成有限個單元，單元間相互由結(jié)點連接的理想結(jié)點系統(tǒng)。分析時，先進(jìn)行單元分析，用結(jié)點位移表示單元內(nèi)力，然后將單元再合成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行整體分析。建立整體平衡關(guān)系，由此求出結(jié)點位移。采用有限無法進(jìn)行施工控制中的結(jié)構(gòu)分析計算與通常的結(jié)構(gòu)分析計算一樣，首先要建立數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備按照所采用的分析軟件的具體要求進(jìn)行，一般分為四步：1)橋梁結(jié)構(gòu)的模型化2)橋梁結(jié)構(gòu)的離散化3)按所用軟件的輸入要求形成數(shù)據(jù)文件。4)檢查、校正數(shù)據(jù)文件。其次，運行分析軟件。最后、對分析結(jié)果進(jìn)行分析和處理。二、 解 析 法解析法也是一種結(jié)構(gòu)方法。用解析法對于一般的復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析是難以實現(xiàn)的

44、，面對于懸索橋施：工過程模擬結(jié)構(gòu)分析采用基于恒定無應(yīng)力索長發(fā)展的解析法則不失為一種較好的方法。參見第十章第四節(jié)。第四節(jié) 橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析需考慮的有關(guān)問題一、 正裝法計算中需考慮的問題（一）正裝計算法中結(jié)構(gòu)幾何非線性問題1.幾何非線性 幾何非線性即大位移問題。 2.幾何非線性分析的近似方法 1)增量法 2)迭代法 3)混合法 3.帶動坐標(biāo)的混合法 4.帶動坐標(biāo)混合法在斜拉橋中的應(yīng)用 見課本56頁（二）正裝計算法中混凝土材料非線性問題1.材料非線性問題的一般解法1）割線法(也叫直線迭代法或變剛度法）2）切線剛度法牛頓一萊布遜(Newton-Raphson)法3）初始剛度法(改進(jìn)的牛頓一萊布遜法

45、)2短時間荷載如果某單元在壓縮狀態(tài)時其應(yīng)力應(yīng)變()關(guān)系為非線性，而在拉伸狀態(tài)下只有很低的開裂破壞應(yīng)力其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為線性，如圖4-24所示。（三）正裝計算法中混凝土收縮、徐變問題 在橋梁施工過程中，由于混凝土齡期短，其徐變、收縮影響較大，必須加以分析和控制。 混凝上徐變、收縮受很多因素影響，由于被這些因素影響的徐變、收縮值在實驗上的統(tǒng)計結(jié)果最少也有1520的變異，而且試驗的構(gòu)件、試驗環(huán)境往往與實際結(jié)構(gòu)物相距甚遠(yuǎn)，故準(zhǔn)確性較低。影響徐變、收縮的主要因素有：水泥品種；集料性質(zhì)；混凝土配合比；外加劑和其它成分；加載齡期；環(huán)境齡期；環(huán)境溫度；試件尺寸；應(yīng)力持續(xù)時間；應(yīng)力大小?；炷列熳?、收縮機(jī)理比較復(fù)

46、雜，在本質(zhì)上取決于其內(nèi)部的物理化學(xué)變化過程。目前提出的理論有：力學(xué)變形理論：認(rèn)為混凝土的徐變是由于持續(xù)荷載作用在水泥漿的毛細(xì)結(jié)構(gòu)上，使水泥漿與周圍介質(zhì)建立新的氣壓平衡產(chǎn)生的；塑性理論：認(rèn)為混凝土的徐變是由于品格滑動產(chǎn)生的；粘性流理論：認(rèn)為水泥是“種高度粘性材料，持續(xù)荷載作用的粘性流動產(chǎn)生徐變。此外，還有內(nèi)力平衡理論，微裂縫理論等。收縮現(xiàn)象主要包括兩個過程一是干燥過程中的水分蒸發(fā)；二是碳化過程中的體積變化。由于干燥總是從混凝土表面開始，因此，收縮實際是不均勻的。目前所采用的徐變、收縮計算方法主要有：有效模量法，老化理論(徐變率)法，彈性徐變理論(疊加法)，彈性老化理論(滾動率法)及繼續(xù)效流動理論

47、，分項疊加法，擴(kuò)展Disinger法等等。其中，大部分都建立在線性徐變條件(應(yīng)力0.4f )下，并服從BoLtzman疊加原理。老化理論對很多問題可以獲得解析解。一、 倒裝法計算中需考慮的問題(一)倒裝計算法中結(jié)構(gòu)幾何非線性問題 如前所述，對于幾何非線性十分明顯的大跨度橋梁，一次倒裝計算的結(jié)論并不是理想的初始狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)非線性的影響，要確定結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，就必須完成倒裝計算和正裝計算的交替疊代過程，也就是的循環(huán)迭代逼近分析方法。 循環(huán)迭代逼近分析方法的基本思想是：依據(jù)已知的設(shè)計成橋狀態(tài)進(jìn)行倒裝分析，以位移反推結(jié)構(gòu)的最初始狀態(tài)，由此得到第一次擬理想初狀態(tài)，依據(jù)初始狀態(tài)按施工順序進(jìn)行正裝計算，求

48、出新的成橋狀態(tài)。由于幾何非線性的影響，其正裝、倒裝一次分析結(jié)果并不吻合，因此，要求反復(fù)多次進(jìn)行正裝計算、倒裝計算，直到計算成橋狀態(tài)與設(shè)計成橋狀態(tài)一致。由此求得的最后一次循環(huán)的初始狀態(tài)即為理想的初始狀態(tài)。(二)倒裝計算法中混凝上收縮、徐變問題徐變應(yīng)變不僅與混凝土的齡期有關(guān)，而且與作用在混凝土構(gòu)件上的應(yīng)力演變有關(guān)，因而結(jié)構(gòu)在進(jìn)行倒裝計算時，考慮混凝土的收縮、徐變有一定的困難。解決這一問題，一般有以下兩種計算方法。1徐變計算迭代法它的基本思想是：第一輪倒裝計算不計混凝土的收縮、徐變，然后以倒裝計算結(jié)果投入正裝計算，遠(yuǎn)階段計算混凝土的收縮、徐變影響，并將備階段的收縮、徐變值保存起來，以備下一輪登代計算

49、時采用。上一輪計算完后，再進(jìn)行下一輪倒裝計算，此時，要計入上一輪正裝計算相應(yīng)階段的很凝土收縮、徐變值。如此反復(fù)進(jìn)行，直到計算結(jié)果收斂。2用老化理論進(jìn)行徐變例裝分析老化理論有一個很重要的特點，那就是已知結(jié)構(gòu)初始內(nèi)力就可求出徐變終了時的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，反過來已知結(jié)構(gòu)徐變終了時的結(jié)構(gòu)內(nèi)力亦可以求出結(jié)構(gòu)初始的內(nèi)力。這種特性就有可能用來考慮徐變影響，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒裝分析，從而確定結(jié)構(gòu)中理想狀態(tài)的內(nèi)力。第五章 橋梁施工控制中的誤差分析參數(shù)識別與狀態(tài)預(yù)測 第一節(jié) 施工控制誤差分析施工中結(jié)構(gòu)偏離目標(biāo)的原因涉及的范圍極其廣泛，包括設(shè)計參數(shù)誤差(如材料特性、截面特性、容量等)、施工誤差(如制作誤差、架設(shè)誤差、索的預(yù)張

50、力誤差等)、測量誤差、結(jié)構(gòu)分析模型誤差等。誤差按其性質(zhì)可分為：1)固定誤差：指所發(fā)生的誤差作為結(jié)構(gòu)特征在以后不再變化的誤差，如結(jié)構(gòu)尺寸、重量剛度等參數(shù)的誤差；2)變動誤差：指以量測誤差代表的各種參數(shù)誤差。從誤差分布來看，沿橋梁縱向出現(xiàn)同號增加或減小的誤差稱為“大范圍誤差”；相反，出現(xiàn)正負(fù)交替的誤差則被稱為“小范圍誤差”。小范圍誤差對參數(shù)識別的影響并不顯著。而大范圍誤差才是予以調(diào)整計算的主要對象。一般情況下，橋梁施工控制中的誤差是指結(jié)構(gòu)的實測值與實時修正后理論分析(計算)值之間的偏差。橋梁施工控制中總是要先確定控制項目，控制項目的選擇首先是項目、系統(tǒng)的反饋信息，即可通過量測手段定量出來。由于沒有

51、誤差的施工是不存在的，對各個控制項目必須建立容許誤差的標(biāo)準(zhǔn)。對于像構(gòu)件誤差、材料特性誤差等，在一般施工、設(shè)計規(guī)范中已有規(guī)定，但對一些大跨徑橋梁施工中的一些特殊的控制項目的容許誤差還沒有標(biāo)猴可查，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行研究和優(yōu)化，其原則是既要確保施工的準(zhǔn)確度，又要給予施工一定的寬容度，方便施工。從現(xiàn)代工程學(xué)角度出發(fā)，可以把橋梁施工看作為一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，運用現(xiàn)代控制理論，根據(jù)結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)、現(xiàn)場實測狀態(tài)和誤差信息進(jìn)行誤差分析，并制定可調(diào)變量的最佳調(diào)整方案，指導(dǎo)施工現(xiàn)場調(diào)整作業(yè)，使結(jié)構(gòu)施工的實際狀態(tài)趨于理想狀態(tài)。施工控制的兩大任務(wù)：即結(jié)構(gòu)的前期預(yù)報和后期調(diào)整。為了完成施工控制的兩個任務(wù)，必須以理論作

52、為基礎(chǔ)。橋梁施工控制采用的理論和方法主要有：設(shè)計參數(shù)識別以及本章第三節(jié)所講的Kalman濾波法、灰色理論法和最小二乘法等。第二節(jié) 參數(shù)識別的內(nèi)容與方法為了在施土中不斷修正因涉及參數(shù)的誤差引起的各個控制項目(如截面應(yīng)力、變形、標(biāo)高等)的失真，對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行識別是必需的。參數(shù)識別就是依據(jù)施工中的實測值對主要設(shè)計參數(shù)進(jìn)行分析，然后將修正過的設(shè)計參數(shù)反饋到控制計算中去，重新給出施工中結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形、穩(wěn)定安全系數(shù)等的理論期望值，以消除理論值與實測值不一致中的主要偏差大范圍誤差”對于橋梁施工偏差在事后無法調(diào)整、調(diào)整手段不多或調(diào)整困難的情況下，事前正確預(yù)報就顯得非常重要，這也就給設(shè)計參數(shù)的識別提出了更高的要

53、求。對于參數(shù)的識別，首先要確定引起橋梁結(jié)構(gòu)偏差的主要設(shè)計參數(shù)，其次就是運用各種理論和方法(如最小二乘法)來分析、識別這些設(shè)計參數(shù)誤差，最后得到設(shè)計參數(shù)的正確估計值，通過修正參數(shù)誤差，使橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)和理想狀態(tài)相一致。（一）引起結(jié)構(gòu)狀態(tài)偏差的設(shè)計參數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)主要是指能引起結(jié)構(gòu)狀態(tài)(變形和內(nèi)力)變化的要素。結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的變化能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化和形狀的改變，因此，我們在大跨度橋梁的施工控制中，必須對結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行識別和修正。我們必須搞清楚每一結(jié)構(gòu)體系包括哪些結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)?？偟恼f來，對于橋梁結(jié)構(gòu)，如連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、拱橋、斜拉橋、懸索橋，主要的設(shè)計參數(shù)包括以下幾個方面：1結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)

54、參數(shù) 結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)主要是指橋梁結(jié)構(gòu)的路徑、矢跨比、塔高、纜索的線形以及懸索橋中的主鞍預(yù)偏量等，它們表征了結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)最初的狀態(tài)。2截面特征參數(shù) 截面主要特征參數(shù)包括：墩(塔)截面抗彎慣矩、截面面積和抗推剛度；主梁截面的抗彎慣矩和截面面積；纜索截面的面積等。3與時間相關(guān)的參數(shù) 溫度和混凝土齡期、收縮徐變是隨時間廁變化的設(shè)計參數(shù)。4荷載參數(shù) 在橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制中，荷截參數(shù)主要指結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重力(容重)、施工臨時荷裁和預(yù)加力。5材料特性參數(shù) 材料特性參數(shù)主要指材料的彈性模量c和剪切模量G。以上所講的五類設(shè)計參數(shù)，對于不同的橋梁體系，它們的影響程度不同，因此在橋梁施工控制中，應(yīng)根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)體

55、系來分別加以區(qū)別和采用。（二）設(shè)計參數(shù)的敏感性分析對設(shè)計參數(shù)的識別，總的來講，有兩種方法和手段：其一，通過現(xiàn)場量測來確定設(shè)計參數(shù)的值。這主要是指結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)、某些截面特性參數(shù)和材料特性參數(shù)，它們可以通過現(xiàn)場測量方法或?qū)嶒炃覝y手段來確定。關(guān)于具體的量測手段和方法，我們將在第七章中詳細(xì)介紹，在此不再贅述。其二，通過結(jié)構(gòu)計算分析來確定主要設(shè)計參數(shù)，這也就是我們要重點介紹的設(shè)計參數(shù)敏感性分析方法。結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析的任務(wù)就是要確定對橋梁施工結(jié)構(gòu)行為影響較大的設(shè)計參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性分析步驟如下：1.將參數(shù)變化幅度控制在10左右。2.選定控制目標(biāo)，如橋梁結(jié)構(gòu)跨中撓度。利用結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)修改設(shè)計參數(shù)值

56、，計算成橋狀態(tài)挎中撓度變化幅度，并建立各參數(shù)敏感性方程。3.根據(jù)影響程度確定出主要設(shè)計參數(shù)和次要設(shè)計參數(shù)。 通過設(shè)計參數(shù)的敏感性分析，確定出主要設(shè)計參數(shù)，在橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制中，著重考慮對主要設(shè)計參數(shù)的修正。三、主要設(shè)計參數(shù)的估計和修正確定了主要設(shè)計參數(shù)之后，我們就要對主要設(shè)計參數(shù)進(jìn)行正確的估計，根據(jù)參數(shù)估計和結(jié)果，對原假定參數(shù)進(jìn)行修正。參數(shù)估計的方法很多，常用的估計準(zhǔn)則有：最小差準(zhǔn)則、極大似然準(zhǔn)則、線性最小方差準(zhǔn)則以及最小二乘法準(zhǔn)則。由于最小方差準(zhǔn)則和極大似然準(zhǔn)則均要求知道被估計參數(shù)X和觀測值z的聯(lián)合分布密度函數(shù)，而在一般橋梁工程施工控制中很難滿足這個條件，故我們在此不作進(jìn)一步介紹。第三節(jié)

57、狀態(tài)預(yù)測方法一、卡爾曼(kalmam)濾波法Kalman濾波是美國學(xué)者R.E.Kalman于1960年首先提出的，他將狀態(tài)空間的概念引入到隨機(jī)估計理論中來，把信號過程視為在白噪聲作用下一個線性系統(tǒng)的輸出，這種輸入輸出關(guān)系用狀態(tài)方程來描述。借助于當(dāng)時數(shù)字計算機(jī)發(fā)展的成果，將概率論和數(shù)理統(tǒng)計領(lǐng)域的成果用于解濾波估計問題，提出了一種新的線性遞推方法。這種方法不要求貯存過去的觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)新的數(shù)據(jù)被觀測到后，只要根據(jù)新的數(shù)據(jù)和前一時刻的估計量，借助于信號過程本身的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，按照一套遞推公式，即可算出新的估計量。（一）基本離散線性系統(tǒng)的Kalman濾波原理及其應(yīng)用 1Kalman濾波原理及公式推導(dǎo) 所

58、謂基本離散線性系統(tǒng)，是指沒有確定輸入u(k)，系統(tǒng)受隨機(jī)干擾w(k)和隨機(jī)初態(tài)的影響，系統(tǒng)方程和量測方程為：2Kalman濾波遞推計算步驟為了討論方便，我們將上述四個濾波公式集中寫在一起，并編上號碼。原系統(tǒng)和Kalman濾波器的模擬結(jié)構(gòu)圖如圖5-3所示。由此可見，濾波器的主要結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)完全一致，而關(guān)鍵在于濾波增益陣K(k)的求取。3基本離散線性系統(tǒng)Kalman濾波的應(yīng)用由于該系統(tǒng)沒有輸入控制量U(k)，因此，它主要適用于可調(diào)變量極小的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中，如懸臂施工的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋。當(dāng)結(jié)構(gòu)某一節(jié)段施工完成后，無論結(jié)構(gòu)處于什么樣的狀態(tài)(如標(biāo)高不同)，我們基本上沒有有效的手段來改變已成型的結(jié)

59、構(gòu)狀態(tài)，也就是基本上沒有辦法來改變本施工階段的結(jié)構(gòu)標(biāo)高。我們所能做的，就是根據(jù)本階段的標(biāo)高誤差來預(yù)測或估計出下一階段的標(biāo)高，通過正確的估計值來確定下一節(jié)段的立模標(biāo)高，使以后的結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)符合結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，這就是應(yīng)用基本離散線性系統(tǒng)kalman濾波的實際意義。下面以大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋為例說明Kalman濾波的實際應(yīng)用。對于懸臂澆筑與懸臂拼裝施工的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，可將左右兩懸臂的預(yù)留拱度值作為狀態(tài)變量，對于已施工階段k-1及待施工階段k，有狀態(tài)方程：對于系統(tǒng)誤差，可以通過懸臂端各節(jié)段的預(yù)留拱度濾波值X與理論計算值X的趨勢比較分析確定。若濾波誤差 帶有明顯的方向性圖5-4a)、b)、c)、d)，則

60、 為系統(tǒng)誤差；若 無明顯方向性圖5-4e)、f)，則 不是系統(tǒng)誤差，即無系統(tǒng)誤差，或系統(tǒng)誤差不明顯。(二)一般離散線性系統(tǒng)的Kalman濾波及其應(yīng)用1一般離散線性系統(tǒng)的Kalman濾波原理及公式推導(dǎo)一般離散線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程為：其中U (K-1)為 維控制向量，Y(k)為量測系統(tǒng)的常值誤差，均為己知的非隨機(jī)序列其他變量和矩陣同式(5-1)中的符號。整個遞推計算過程如圖5-5所示。對于這樣的一般離散線性系統(tǒng)，Kalman濾波器的結(jié)構(gòu)就復(fù)雜多了。圖5-6為原系統(tǒng)及其濾波器的模擬結(jié)構(gòu)圖。2一般離散線性系統(tǒng)的隨機(jī)最優(yōu)控制3一般離散線性系統(tǒng)Kalman濾波在斜拉橋中的應(yīng)用斜拉橋恒載索力是根據(jù)剛