淺談剛構橋施工監控技術

(重慶文理學院 重慶 402160)

一、剛構橋的主要特點

橋跨結構和墩臺整體相連的橋梁叫剛構橋。由于兩者之間是剛性連接，在豎向荷載作用下，將在主梁端部產生負彎矩，因而將減少跨中正彎矩，跨中截面尺寸也相應減小。剛構橋在豎向荷載作用下，支柱將承受壓力外，還承受彎矩。支柱一般也用混凝土構件做成，其在豎向荷載作用下，一般都產生水平推力。剛構橋大多做成超靜定的結構形式，故混凝土收縮、溫度變化、墩臺不均勻沉陷和預應力等因素都會在結構中產生附加應力。在施工過程中，當結構體系發生轉換時，徐變也會引起附加內力。有時，這些附加內力可占整個內力相當大的比例。

二、連續剛構橋的發展趨勢

(一)上部結構的不斷輕型化。結構的輕型化，可以減少上下部構造的自重和材料用量，可以減輕對掛籃的要求。由于采用大噸位錨具、高強混凝土和輕質混凝土，上部構造不斷輕質化，這也是連續剛構橋的發展方向。

(二)簡化預應力束類型。中國連續剛構橋設計中，已有相當多橋取消彎起束和連續束，以豎向預應力和縱向預應力來克服主拉應力，極大地方便了施工，收到了施工部門的歡迎。

(三)取消邊跨合攏的落地支架。采用合適的邊、主跨比，在導梁上合邊跨或與引橋的懸臂相連接來實現合攏。在高墩的場合下，取消落地支架有一定的經濟效益。

(四)上部結構連續長度的發展。由于行車速度的提高，人們將行車的舒適提高到了重要的位置。國外在橋梁設計中極力增大上部結構的連續長度，因而產生了“少用或不用伸縮縫是最好的伸縮縫”的觀點。

三、橋梁施工監控的含義

施工監控就是結合有限元計算和各種監測手段對橋梁的施工過程進行詳細的計算、監測、分析、預測、調整的過程。監控者通過計算和實測對施工過程發出指令，指導施工，保障橋梁建成后達到設計要求的內力和線形狀態。對于特大型或大型橋梁來說，施工監控是不可或缺的。監控工作的好壞對于大橋施工期間的永久和臨時結構的安全以及大橋建成后的狀態有重要影響。因此，施工監控是一項結合了結構計算和監測技術的高技術含量的工作。

四、橋梁施工監控的內容

(一)變形監控。橋梁結構尺寸的控制是施工監控的基本要求。但結構在施工形成過程中均要產生變形，加之施工過程中各種誤差的積累，因此任何一個結構不可能達到與設計尺寸準確無誤的吻合，故要盡量減少結構尺寸與設計尺寸的偏差，把尺寸偏差控制在一定范圍內。

(二)應力監控。結構應力控制好與否，在外觀檢查時不易發現。但是，如果結構實際應力狀態與設計應力狀態不符，將會給結構造成危害，并較之結構變形的影響為大，所以，在對橋梁進行施工控制時，尤其要注意對結構應力的監控。

(三)穩定控制。目前，橋梁的穩定性已引起人們的重視，但人們只注重橋梁的穩定計算，而對施工過程中可能出現的失穩現象還沒有可靠的監測手段，很難保證橋梁施工安全，更難保證營運時的安全。為此，應建立一套全面監控系統，對橋梁進行終身監控，確保橋梁安全施工、安全運營。

五、橋梁施工控制的方法

(一)糾偏終點控制法。在施工過程中，對產生主梁線形偏差的因素跟蹤控制，隨時糾偏，最終達到理想線形，這種方法常用卡爾曼濾波法和灰色理論等。顯然，這種方法工作量大，有時控制效果不一定理想。

(二)自適應控制法。對施工過程中的標高和內力實測值與預計值進行比較，對橋梁結構的主要基本設計參數進行識別，找出產生實測值與預計值產生偏差的原因，從而對參數進行修正，達到雙控的目的。這種方法的重點在于對影響結構變形和內力的主要設計參數的識別上，而一般只要及時對產生偏差的主要參數進行修正，則實測值與預計值擬合地就非常理想。

(三)最大寬容度法。在設計時給予主梁標高和內力最大的寬容度，即誤差的容許值。這種做法減少了控制的難度，但會產生其他問題。

六、橋梁施工控制影響因素

(一)結構參數。不論何種橋梁的施工控制，結構參數是施工控制中結構施工模擬分析的基本資料，其準確性直接影響分析結果的準確性。事實上，實際橋梁結構參數一般是很難與設計所采用的結構參數完全吻合的，總是存在一定的誤差，施工控制中如何恰當地計入這些誤差，使結構參數盡量接近橋梁的真實結構參數，是首先需要解決的問題。

(二)施工工藝。施工控制是為施工服務的，反過來，施工的好壞又直接影響控制目標的實現，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件制作、安裝等方面的誤差，使施工狀態保持在控制之中。

(三)施工監測。監測包括結構溫度監測、應力監測、變形監測等，是橋梁施工控制最基本的手段之一。因為測量儀器、儀器安裝、測量方法、數據采集、環境情況等存在誤差，所以結構監測總是存在誤差。該誤差一方面可能造成結構實際參數、狀態與設計或控制值吻合較好的假象，也可能造成將本來較好的狀態調整得更差的情況，所以保證測量的可靠性對施工控制極為重要。在控制過程中，除要從測量設備、方法上盡量設法減小測量誤差外，在進行控制分析時必須將其計入。

(四)結構分析計算模型。無論采用什么分析方法和手段，總是要對實際橋梁結構進行簡化，建立計算模型。這種簡化使計算機模型與實際情況之間存在誤差，包括各種假定、邊界條件處理、模型化的本身精度等。控制中需要在這方面做大量工作，必要時還要進行專門的試驗研究，以使計算模型誤差所產生的影響減到最低限度。

七、橋梁施工控制結構分析方法

(一)前進分析法。前進分析法是按照橋梁實際施工加載順序來進行結構變形和受力分析，它能較好地模擬橋梁的實際施工歷程，能得到橋梁在各個施工階段的位移和受力狀態，這不僅可用來指導橋梁設計和施工，而且為橋梁施工控制提供依據。

(二)倒退分析法。倒退分析法的基本思想是，假定t=t0時刻結構內力分布滿足前進分析t0時刻的結果，線形滿足設計軸線。在此初始狀態下，按照前進分析的逆過程，對結構進行倒拆，分析每次拆除一個施工段對剩余結構的影響，在一個階段內分析得到的結構位移、內力便是理想施工狀態。

(三)結合反饋控制的實時跟蹤分析法。結合反饋控制的實時跟蹤分析系統是實現橋梁結構施工控制的關鍵，由反饋控制子系統提供最優可調變量的調整方案，由實時跟蹤分析系統分析在計入誤差和變量調整之后每階段乃至竣工后結構的實際狀態，同時可根據當前施工階段向前計算至竣工，預告今后施工可能出現的狀態并預報下一階段當前已安裝構件或即將安裝的構件是否出現不滿足強度要求的狀態，以確定是否在本地施工階段對可調變量施調。