論橋梁施工控制的內(nèi)容和方法

摘要 文章闡述了橋梁施工控制的主要內(nèi)容，總結(jié)了現(xiàn)有的施工控制方法，分析了影響施工控制的主要因素。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；施工控制；影響因素

橋梁施工控制是橋梁建設(shè)安全和質(zhì)量保證的關(guān)鍵。無(wú)數(shù)的工程實(shí)踐、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與觀測(cè)表明，大型橋梁結(jié)構(gòu)在它的施工過程中，由于受到施工臨時(shí)荷載、預(yù)加力、混凝土收縮、徐變和溫度作用等諸多因素的影響，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)和變形以及分布很難通過設(shè)計(jì)計(jì)算事先作出準(zhǔn)確估計(jì)，總會(huì)有可能發(fā)生一些人們事先預(yù)計(jì)不到的情況。有些只能通過實(shí)際測(cè)試才能了解清楚，而結(jié)構(gòu)安全在施工過程中則要求有絕對(duì)保證。一般地，每種體系的橋梁所采用的施工方法若均按預(yù)定的程序進(jìn)行，施工中每一階段的內(nèi)力與變形則是完全可以預(yù)計(jì)的。通過監(jiān)測(cè)手段得到各施工階段的實(shí)際內(nèi)力與變形，則可以跟蹤掌握施工進(jìn)程和發(fā)展情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的較大偏差，消除事故隱患，確保橋梁安全。同時(shí)，施工控制還是橋梁營(yíng)運(yùn)中和耐久性的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一種方法。由此可見，橋梁施工控制是現(xiàn)代橋梁建設(shè)尤其是大跨度橋梁建設(shè)的必然趨勢(shì)。

一，橋梁施工控制的內(nèi)容

1，線形控制

結(jié)構(gòu)在施工過程中總會(huì)發(fā)生變形。對(duì)于大跨度橋梁而言，由于施工階段諸多因素影響，橋梁結(jié)構(gòu)在施工時(shí)往往偏離預(yù)想狀態(tài)，故成橋后的標(biāo)高和平面位置要能符合設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范的要求，必須進(jìn)行過程控制。

線型控制分為二個(gè)方面，平面線型控制及豎向線形控制。平面線型控制，即控制橋梁軸線在平面上符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。這對(duì)于直線梁橋相對(duì)容易，而對(duì)于彎梁橋，則必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，采用適當(dāng)?shù)姆椒ú拍茏龅健ＸQ向線形控制，一般是在梁上選取若干個(gè)點(diǎn)，通過控制這些點(diǎn)的標(biāo)高來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)線形的控制。豎向線形必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。豎向線型控制不好，往往會(huì)出現(xiàn)合攏困難，梁橋面縱向產(chǎn)生起伏等情況，這會(huì)導(dǎo)致橋面恒載超重，預(yù)應(yīng)力筋偏角增大、結(jié)構(gòu)幾何尺寸的控制不符線形控制內(nèi)容等，從而使得梁內(nèi)力與設(shè)計(jì)不符，影響橋梁外觀。線形控制的標(biāo)準(zhǔn)，即容許誤差問題，與橋梁的規(guī)模、跨徑、技術(shù)難度等有關(guān)。它需要根據(jù)具體橋梁的施工控制精度要求確定。我國(guó)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于懸臂澆筑的混凝土梁軸線偏位小于10 mm，頂面高程不超過±20 mm。

2，應(yīng)力控制

橋梁結(jié)構(gòu)在成橋后，其受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)必須一致，這是對(duì)施工的基本要求，否則橋梁的承載能力和使用壽命就不會(huì)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。在施工過程中，混凝土的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力不得超過規(guī)定的限值，否則會(huì)產(chǎn)生裂縫而降低構(gòu)件的抗裂性、耐久性，更有甚者可能引起構(gòu)件的破壞而引起橋梁坍塌事故。預(yù)加應(yīng)力是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度組成部分，準(zhǔn)確地建立預(yù)加應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力橋梁施工成功與否的關(guān)鍵。所以，必須控制混凝土和預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力。對(duì)應(yīng)力控制的精度和方法還沒有明確的規(guī)定，需根據(jù)實(shí)際情況確定，一般考慮以下因素：①結(jié)構(gòu)自重；②預(yù)加應(yīng)力；③施工荷載；④溫度；⑤基礎(chǔ)變位、風(fēng)雪荷載；⑥偶然因素：外力撞擊、掛藍(lán)掉落等。

3，穩(wěn)定控制

橋梁的穩(wěn)定性是橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算必不可少的一個(gè)方面。隨著橋梁跨徑的不斷增大，橋墩(塔)高聳化、箱梁薄壁化以及高強(qiáng)度材料的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)整體和局部剛度下降，使得穩(wěn)定問題比以往更為重要。結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是指在外力增加到某一量值時(shí)，穩(wěn)定性平衡狀態(tài)開始喪失，稍有擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)變形迅速增大，使結(jié)構(gòu)失去正常工作能力的現(xiàn)象。施工過程是結(jié)構(gòu)不斷“長(zhǎng)大”的過程，要經(jīng)過復(fù)雜的體系轉(zhuǎn)化，體系必須承受住可能出現(xiàn)的各種荷載，而保持穩(wěn)定，否則就會(huì)發(fā)生事故。在施工中，通過預(yù)測(cè)各種不利工況，采用監(jiān)測(cè)手段，采取必要的措施，防止或制止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的過程稱為穩(wěn)定性控制。

二、橋梁施工控制方法

1，開環(huán)控制

對(duì)于結(jié)構(gòu)和施工較簡(jiǎn)單的橋梁，一般按照設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行施工，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)力狀態(tài)，這種控制方法就是一個(gè)開環(huán)的施工控制過程。在這種施工控制方法中，控制是單向的，并不需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來(lái)改變施工中的預(yù)拱度和內(nèi)力。在各構(gòu)件的制造和安裝精度較高或者結(jié)構(gòu)安裝誤差的影響不大時(shí)，這種方法是簡(jiǎn)單可行的，大部分中小橋采用的都是這種方法。

2，反饋控制

對(duì)于較復(fù)雜橋型，由于實(shí)際施工狀態(tài)和計(jì)算狀態(tài)之間存在差異，隨著橋梁跨度的增大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加，在每個(gè)施工階段的積累誤差將不可忽略，否則到施工結(jié)束時(shí)結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力將較顯著地偏離理想的成橋狀態(tài)。在出現(xiàn)誤差之后就必須及時(shí)地糾正，而糾正的措施和控制量的大小是必須由誤差經(jīng)反饋計(jì)算所決定的，這就形成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制過程。

3，自適應(yīng)控制

反饋控制方法將注意力集中在實(shí)際結(jié)構(gòu)上，但是，每個(gè)工況達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)所確定的施工階段目標(biāo)的一個(gè)重要原因是：有限元計(jì)算模型中計(jì)算參數(shù)的取值與實(shí)際情況有一定的差距。即使對(duì)某一工況，以前的累計(jì)誤差已經(jīng)被調(diào)整掉，由于計(jì)算模型中參數(shù)差距的存在，以后的施工中仍然會(huì)出現(xiàn)新的誤差，因此又需要新一輪的狀態(tài)調(diào)整，這樣將大大增加施工的工序。

4，預(yù)測(cè)控制法

預(yù)測(cè)控制法，這種方法是橋梁施工控制的主要方法，是在考慮施工方案和影響橋梁狀態(tài)的諸因素而確定橋梁的應(yīng)變和應(yīng)力的理想狀態(tài)后(稱控制理想狀態(tài))，針對(duì)施工過程中，由于實(shí)際情況和假定諸因素之間不一致而產(chǎn)生誤差(這些誤差值由監(jiān)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)反饋)，在調(diào)試系統(tǒng)中進(jìn)行修正，再給定下一步施工的數(shù)據(jù)，這樣，對(duì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)施工階段形成的前后的狀進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工實(shí)際沿著預(yù)定的理想狀態(tài)進(jìn)行的控制方法。

三，影響橋梁施工控制的因素

1，結(jié)構(gòu)參數(shù)

結(jié)構(gòu)參數(shù)是指施工控制中結(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。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括下列內(nèi)容：

(1)材料容重

材料容重是引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的重要因素，例如混凝土材料及鋼筋含量對(duì)鋼筋混凝土容重的取值有很大影響。

(2)結(jié)構(gòu)部件截面尺寸

任何施工都存在誤差，這種誤差值將直接導(dǎo)致截面特性誤差，從而影響了結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的分析結(jié)果。截面尺寸誤差通?？刂圃谝?guī)范允許的范圍內(nèi)。

(3)材料彈性模量

材料彈性模量和結(jié)構(gòu)變形有直接的關(guān)系，施工成品的彈性模量與設(shè)計(jì)采用值是不一致的，所以在施工過程中，要根據(jù)施工進(jìn)度經(jīng)常性地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抽樣試驗(yàn)，作必要的修正。

(4)材料的熱膨脹系數(shù)

熱膨脹系數(shù)的準(zhǔn)確與否也將對(duì)施工控制帶來(lái)影響，例如合攏段施工等，尤其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)更要特別注意。

(5)施工荷載

施工荷載取值誤差，對(duì)內(nèi)力和變形均有影響，故不能忽視。

(6)預(yù)加應(yīng)力或索力

梁的預(yù)應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形控制的重要參數(shù)，施工控制要對(duì)其誤差作合理控制。面對(duì)斜拉橋、斜拉索力的控制直接影響梁的標(biāo)高和塔的傾斜值，因而預(yù)應(yīng)力或索力是梁和斜拉橋控制的主要因素。

2，施工因素

無(wú)論怎樣優(yōu)秀的施工單位，即使是掌握了先進(jìn)的施工技術(shù)、先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備以及良好的施工管理，也不可避免地存在施工誤差，例如構(gòu)件制作、安裝誤差等。

3，監(jiān)測(cè)因素

監(jiān)測(cè)包括結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。監(jiān)測(cè)是施工的眼睛，可以直接反映施工的成果。然而監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集方法等均存在誤差，這些誤差，在調(diào)試過程中要考慮在內(nèi)。