施工控制約束下的橋梁施工技術(shù)

摘 要: 施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測(cè)所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工階段計(jì)算，確定出每個(gè)懸臂節(jié)段的標(biāo)高，并在施工過(guò)程中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和對(duì)下一立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)保證成橋后橋面線形、合攏段兩懸臂端標(biāo)高的相對(duì)偏差不大于規(guī)定值以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。本文基于筆者多年從事橋梁施工技術(shù)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，探討了施工控制約束下的橋梁施工技術(shù)思路。

關(guān)鍵詞:高墩大跨；懸臂施工；施工控制；連續(xù)梁橋

1．連續(xù)梁橋施工控制的內(nèi)容與方法

1.1施工控制的內(nèi)容

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:變形監(jiān)控和內(nèi)力監(jiān)控。變形監(jiān)控就是嚴(yán)格控制每一節(jié)段箱梁的豎向撓度及其橫向偏移，若有偏差并且偏差較大時(shí)，就必須立即進(jìn)行誤差分析并確定調(diào)整方法，為下一節(jié)段更為精確的施工做好準(zhǔn)備工作。關(guān)于監(jiān)控方法，針對(duì)不同情況亦必然有所差異。內(nèi)力監(jiān)控是控制主梁在施工過(guò)程中以及成橋后的應(yīng)力，尤其是合攏時(shí)間的控制，使其不致過(guò)大而偏于不安全，甚至在施工過(guò)程中造成主梁破壞。

1.2施工控制的方法

連續(xù)梁橋是施工、監(jiān)測(cè)、識(shí)別、調(diào)整、預(yù)告、施工的循環(huán)過(guò)程，其實(shí)質(zhì)就是使施工按照預(yù)定的理想狀態(tài)(主要是施工標(biāo)高)順利推進(jìn)。而實(shí)際上不論是理論分析得到的理想狀態(tài)，還是實(shí)際施工都存在誤差，所以，施工控制的核心任務(wù)就是對(duì)各種誤差進(jìn)行分析、識(shí)別、調(diào)整，對(duì)結(jié)構(gòu)未來(lái)做出預(yù)測(cè)。一是預(yù)測(cè)控制法。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(duì)結(jié)構(gòu)的每一施工階段(節(jié)段)形成前后進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行。預(yù)測(cè)控制以現(xiàn)代控制論為理論基礎(chǔ)， 其預(yù)測(cè)方法常見(jiàn)的有卡爾曼(Kalman)濾波法、灰色理論等。二是自適應(yīng)控制。自適應(yīng)研究的對(duì)象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，面對(duì)客觀上存在的各種不確定性，自適應(yīng)控制系統(tǒng)能在其運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)不斷的測(cè)量系統(tǒng)的輸入輸出狀態(tài)和性能參數(shù)，逐漸的了解和掌握對(duì)象，然后根據(jù)所得的過(guò)程信息，按一定的設(shè)計(jì)方法，做出控制決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)控制作用，以便在某種意義下使控制效果達(dá)到最優(yōu)或最近狀態(tài)。三是線形回歸分析法。通過(guò)對(duì)懸臂箱梁撓度與懸臂長(zhǎng)度、懸臂重量的一元線形回歸處理或二元線形回歸處理，總結(jié)建立撓度線形回歸數(shù)學(xué)模型。它可以用于分析箱梁撓度變形的規(guī)律，也可以用于預(yù)測(cè)待施工梁段的撓度。但它無(wú)法對(duì)溫度和施工引起的誤差進(jìn)行修正，并且要求有較多有規(guī)律的數(shù)據(jù)才行，在梁段數(shù)比較少時(shí)所得到的回歸曲線的精度難以保證。

2.基于施工控制的橋梁施工影響因素

大跨徑連續(xù)梁橋施工控制的主要目的是使施工實(shí)際狀態(tài)最大限度地與理想設(shè)計(jì)狀態(tài)(線形與受力)相吻合。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理論設(shè)計(jì)狀態(tài)的所有因素，以便對(duì)施工實(shí)施有的放矢的有效控制。

2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)。不論何種橋梁的施工控制，結(jié)構(gòu)參數(shù)都是必須考慮的重要因素，結(jié)構(gòu)參數(shù)是控制中的結(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)主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容重、混凝土收縮徐變和施工荷載。

2.2施工工藝與施工監(jiān)測(cè)

施工控制是為施工服務(wù)的，反過(guò)來(lái)，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帶來(lái)的構(gòu)件制作、安裝等方面的誤差，使施工狀態(tài)保持在控制中。

監(jiān)測(cè)是橋梁施工控制的最基本手段之一。監(jiān)測(cè)包括應(yīng)力監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)等。因測(cè)量?jī)x器、儀器安裝、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等存在誤差，所以，結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)總是存在誤差的。保證測(cè)量的可靠性對(duì)控制極為重要。在控制過(guò)程中，除要從測(cè)量設(shè)備、方法上盡量設(shè)法減小測(cè)量誤差外，在進(jìn)行控制分析時(shí)必須將其計(jì)入。

2.3結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型

無(wú)論采用什么分析方法和手段，總是要對(duì)實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和建立計(jì)算模型，這種簡(jiǎn)化使計(jì)算模型與實(shí)際情況存在誤差，包括各種假設(shè)、邊界條件處理、模型的本身精度等，控制中需要在這方面做大量工作，必要時(shí)還要進(jìn)行專門(mén)的試驗(yàn)研究，以使計(jì)算模型誤差所產(chǎn)生的影響減到最低限度。

2.5 溫度變化與材料收縮、徐變

溫度變化對(duì)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，在不同時(shí)刻對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)(應(yīng)力、變形)進(jìn)行量測(cè)，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)，從而也難以保證控制的有效性，所以，必須考慮溫度變化的影響，包括季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場(chǎng)等。同時(shí)，要考慮材料收縮和懸臂的徐變變形。

3.施工控制的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

橋梁施工監(jiān)控中的結(jié)構(gòu)分析方法包括前進(jìn)分析法、倒退分析法以及無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法。對(duì)于分節(jié)段懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，施工控制結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法采用前進(jìn)分析法和倒退分析法。

3.1 前進(jìn)分析法

這種計(jì)算方法的特點(diǎn)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，前一階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段前后次序進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析方法稱為前進(jìn)分析法。前進(jìn)分析法能夠較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工歷程。懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的前進(jìn)分析計(jì)算如下:第一，確定結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，主要包括:中跨、邊跨(次邊跨)的大小、橋面線形、橋墩的高度、橫截面信息、材料信息、約束信息、混凝土徐變信息、施工臨時(shí)荷載信息、二期恒載信息、體系轉(zhuǎn)換信息。第二，基礎(chǔ)、橋墩和0號(hào)塊澆筑完成后，在每一個(gè)橋墩上對(duì)稱地依次懸臂澆筑各個(gè)塊件，直到懸臂澆筑完成，掛籃拆除。計(jì)算每一次懸臂澆筑時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，每一階段計(jì)算均依照上一階段結(jié)束時(shí)結(jié)構(gòu)變形后的幾何形狀為基礎(chǔ)。第三，進(jìn)行邊跨合攏、次邊跨合御、中跨合攏，計(jì)算這幾個(gè)主要階段結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。第四，橋面鋪裝:計(jì)算二期恒載作用下結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。

3.2 倒退分析法

由于分析中結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的改變，最終結(jié)構(gòu)線形不可能完全滿足設(shè)計(jì)線形要求。實(shí)際施工中橋梁結(jié)構(gòu)線形的控制與強(qiáng)度控制同樣重要，線形誤差將造成橋梁結(jié)構(gòu)的合攏困難，影響橋梁建成后的受力狀態(tài)、視覺(jué)效果和營(yíng)運(yùn)質(zhì)量，甚至管理。為了使竣工后的結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)線形，在施工過(guò)程中用設(shè)置預(yù)拱度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于分階段施工的連續(xù)梁橋，一般要求給出各個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)物控制點(diǎn)的標(biāo)高(預(yù)拋高)，以便最終使結(jié)構(gòu)物滿足設(shè)計(jì)要求。這個(gè)問(wèn)題用前進(jìn)分析法是難以解決的。倒退分析法可解決這一問(wèn)題，它的基本思想是，假定t＝t0時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析t0時(shí)刻的結(jié)果，軸線滿足設(shè)計(jì)線形要求。在此初始狀態(tài)下，按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分析每次拆除一個(gè)施工節(jié)段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響，在一個(gè)階段內(nèi)分析得到的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力狀態(tài)便是該階段結(jié)構(gòu)理想的施工狀態(tài)。所謂結(jié)構(gòu)施工理想狀態(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(gè)階段的施工理想狀態(tài)都將控制著全橋最終形態(tài)的受力特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁毅. 高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂施工控制技術(shù)研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2010(16)

[2] 丁浩. 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋的施工控制[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè). 2008(09)

[3] 王英，高琴. 斜拉橋施工控制相關(guān)問(wèn)題探討[J]. 中小企業(yè)管理與科技(下旬刊). 2010(11)