“互聯網+”背景下大跨PC連續梁橋施工監控技術

摘 "要：在“互聯網+”背景下，利用無線通信、云計算等技術，成功搭建某高速鐵路西南下行聯絡線特大橋的施工監控系統，實現橋梁施工監控信息的全過程采集、處理和反饋。利用控制理論對傳感器量測信息進行處理，可以對施工誤差進行評估，并設定控制目標和調整策略。這些信息將被反饋給施工單位，以指導下一階段的施工，從而實現橋梁施工監控的目標。同時，通過對橋梁施工信息的協同共享，可以全面了解橋梁構件的工作狀態，從而提高施工質量控制決策的科學性和效率。

關鍵詞：互聯網+；大跨PC連續梁橋；施工監控技術；無線通信；云計算

中圖分類號：TP301 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2025）10-0158-04

Abstract： In the context of \"Internet Plus\"， we used wireless communication， cloud computing and other technologies to successfully build a construction monitoring system for a special bridge on the southwest downlink link line of a high-speed railway， realizing the entire process of collection， processing and feedback of bridge construction monitoring information. Using control theory to process sensor measurement information， construction errors can be evaluated， and control goals and adjustment strategies can be set. This information will be fed back to the construction unit to guide the next stage of construction to achieve the goal of bridge construction monitoring. At the same time， through collaborative sharing of bridge construction information， we can comprehensively understand the working status of bridge components， thereby improving the scientificity and efficiency of construction quality control decisions.

Keywords： Internet Plus; long-span PC continuous beam bridge; construction monitoring technology; wireless communication; cloud computing

采用懸臂現澆施工的大跨PC連續梁橋，由于施工階段多、工序復雜和許多確定與不確定因素的影響，可能造成施工中橋梁各階段的內力和位移隨著梁段施工變化而偏離設計值，甚至超過設計上限值。如果不通過施工監控及時、有效地發現問題并調整施工方案，就可能造成施工風險與合龍困難。隨著技術發展，在“互聯網+”背景下，通過安裝智能數據采集與傳輸設備，結合傳感器、通信技術和計算機技術，實現大跨徑橋梁施工實時監控和控制，提高施工質量、效率和安全。針對現階段橋梁施工監控存在的問題，利用信息技術，提出基于云技術的連續梁橋施工監控工作新思路和方法，介紹其工作模式、特點、質量控制及應用實例，對提高橋梁建設質量和效率具有重要意義。

1 "橋梁施工監控系統的組成

1.1 "橋梁施工監控系統設計

該系統由硬件和軟件2部分組成。硬件負責數據采集和傳輸，軟件負責數據存儲、計算和展示。軟件采用分布式架構，結合云計算和Web技術，構建了實時數據三維場景展示平臺。通過數據驅動橋梁和掛籃模型運動，實現全方位查看傳感器數據，直觀展示橋梁狀態。系統可實時分析主梁受力和變形情況，對橋梁施工狀態進行監控和評估，異常時發出預警，降低施工風險，提高決策科學性。

1.2 "傳感器的布置及安裝

本橋采用掛籃懸臂施工法，先邊跨后中跨合龍。施工監控內容包括主梁頂板、腹板、底板應力實時監測，主梁變形控制。0號塊下方支架立柱也各布置1個傳感器，共計32個，溫度傳感器11個。傳感器的靈敏度和精度非常高，線性和穩定性也很好；具有很強的抗干擾能力，長距離傳輸也不會失真，全數字信號檢測。溫度型傳感器能夠通過內置的元件實時獲取測點的溫度，進行分析計算時可以對應變值進行溫度修正。

1.3 "施工監控數據采集與傳輸

為提高監控數據的真實性和可靠性，應減少誤差因素。本系統配備高精度智能傳感器和數據預處理設備，能夠全天候實時自動采集，有效避免了人工采集可能出現的錯誤，同時也解決了實時采集的難題。數據通過無線發射設備傳輸到云端，進行處理和存儲。在傳輸方面，采用LoRa節點和智能云盒等設備，實現實時數據傳輸和存儲，有效避免了對人工的依賴和數據可能出現的錯誤，從而確保了數據的完整性和實時性。

2 "橋梁施工智能監控系統的運行

2.1 "施工監控系統的計算與數據存儲

監控系統采用高頻率傳感器采集數據，每天云端需要處理大量通過無線設備上傳的數據。布置在梁內的每個傳感器由于位置和理論值都不相同，所以對每個傳感器的數據都需要特定處理，每個傳感器的理論值、閾值、位置和工作狀態等信息都會通過字段實時描述其狀態。對同一區域的傳感器數據將進行深度的對比分析，實時處理。展示平臺會及時將所有傳輸到云端經過算法計算的數據進行可視化處理。服務器上部署了預警系統，當橋梁桿件受力異常時，傳感器數據將會超出閾值，系統自動將該數據的詳細信息以報警短信的方式發送給指定聯系人，從而實現了橋梁施工中各個階段橋梁狀態能全天候不間斷地預警。

2.2 "橋梁施工監控系統的數據展示

制作橋梁三維模型，建立虛擬地形，導入橋梁模型和傳感器模型，搭建三維虛擬施工場景。用戶可以查看橋梁和傳感器的實時數據，進行模型操作和定位到需要的施工信息。模型數據實時性產生動態效果。根據需要，檢查橋梁在各個施工時間段的狀態。

3 "橋梁施工監控系統應用

在某高鐵北下行聯絡線特大橋的施工過程中，本系統得到了成功的應用。根據監控系統的設計方案，在橋梁的關鍵性桿件和重要臨時結構上提前安裝了智能傳感器，傳感器能夠對橋梁施工中各種應力、溫度、變形和傾角等關鍵信息進行全天候不間斷的采集，項目各個參建方將通過監控系統收到這些信息，從而確保了施工的安全與質量。

3.1 "工程概況

某高鐵北下行聯絡線特大橋采用（48+80+48） m預應力混凝土變截面連續梁橋，全長177.5 m。連續梁為變截面直腹板單箱單室箱梁，中支點處梁高為6.6 m，邊支點處及跨中梁高3.8 m，全橋箱梁底板箱寬4.3 m，橋面板寬7.0 m，腹板厚度0.4～0.6 m，頂板厚度0.28～0.38 m，支點附近腹板、頂板、底板局部加厚。主梁施工除0＃段在墩旁支架上澆注外，其余采用掛籃懸臂澆注，0＃段長11 m，合攏段長2.0 m，其他梁段長均為3.0～3.5 m。施工掛籃及模板總重應控制在800 kN之內。

Ⅰ級鐵路，有碴軌道，環境類別為碳化環境，作用等級為T2級；七度設防烈度，地震動峰值加速度為0.15 g，動反應譜特征周期為0.35 s。

3.2 "有限元模型的建立

采用專業的橋梁有限元分析軟件——橋梁博士，建立本橋的有限元模型。模型離散化后，全橋共被劃分為70個單元，節點數總共71個。

支座類型數2個，所有支座豎向位移全約束，主墩水平及豎向采用剛性約束。本橋主體結構采用C50混凝土，彈性模量3.55×104 MPa，熱膨脹系數0.000 01，容重26.0 kN/m3。采用TB 10002—2017《鐵路橋涵設計規范》計算混凝土收縮、徐變效應。為模擬施工過程，可將實際施工過程劃分為若干個階段，每一階段的荷載、結構、約束等都可能不同。施工進程是用時間來表達的，即每個階段從第幾天到第幾天，各單元安裝順序也用時間表達，因此要與各階段的起始和終止時間相匹配。同時，軟件默認預應力的傳力錨固時間為張拉階段的終止時間，收縮徐變損失和松弛損失都從這個時間開始計算，所以應注意其與單元安裝時間、階段起始時間和終止時間的相對關系。建模時按照現場實際的施工進度對施工階段進行仿真模擬，對橋梁各施工階段及關鍵部位應力狀態進行實時預報分析。有限元模型如圖1所示。

3.3 "大跨PC連續梁橋施工監控

橋梁監控的目的是確保橋梁建成后，橋梁的內力和外形曲線與設計值能夠吻合。因此，在施工過程中每一個階段產生的各項影響橋梁內力與變形的參數，都要結合各階段傳感器實測的變形數據與主梁應力，實時分析它們與設計值的差異，尋找原因，及時提出修正意見。確保每個施工階段的受力和變形都處于受控狀態，使橋梁施工監控起到真正的作用。

3.3.1 "高程控制方法

在連續梁橋懸臂施工中，橋梁能夠順利合攏的關鍵因素是線形控制。成橋線形要滿足設計要求，在施工中要設置預拱度，主要考慮后期徐變的影響。在施工中通過在立模標高中預留來實現，而不是直接識別和修正成橋預拱度。

在北下行聯絡線48 m+80 m+48 m連續梁橋的監控中，對混凝土澆筑和預應力筋張拉后的高程進行了測量，并根據現場實際情況修正各個影響參數，預計出下一塊的放樣高程，以指導施工。

1）高程控制誤差分析。在高程控制過程中，需在頂板、底板分別布置左中右3個固定測量點來控制梁體標高。利用實測數據分析各個施工階段全橋實測標高和理論標高的誤差，發現39號墩最大在B1梁段（0.018 m）；40號墩最大也在B1梁段（0.019 m）。全橋最大懸臂階段理論標高和實測標高誤差對比分析如圖2所示。

圖2 "全橋最大懸臂階段高程誤差分析對比圖

2）高程控制結論。因本橋測點較多，數據也較多，以上只給出了各施工階段底板的相關高程數據及圖表，其他測點高程絕大多數小于規范要求，根據實測數據圖表可以得出以下結論：①通過理論分析和現場荷載試驗，消除了掛籃的非彈性變形效應，獲得了最大重量懸灌梁段的彈性變形，為預拱度設置提供了科學依據。②上部結構混凝土澆筑良好，梁體高程和控制截面應力符合設計和規范要求。

3.3.2 "應力測量

在大跨變截面連續箱形梁橋施工過程中，利用鋼弦式傳感器測定主梁的應力狀況，應力測量值和其他傳感器測量值結合，全面判斷各個階段橋梁的內力狀態，形成全方位、全天候預警機制，完全實施施工控制。

1）應力測試方法。本橋采用鋼弦式傳感器進行應力測試，原因是其穩定性好，彈性模量小，與被測結構物隨動性好，不干擾原應力場，有應變累計功能，抗干擾能力強，數據采集方便，但體積大，易在施工時損壞。

2）測點布置。由于施工過程的無法重復性，對傳感器性能的可靠性要求極高。因此，采用快速、準確、簡單的絕對應力法（即測試其結構的永久積累應力）。全橋采用智能應力傳感器，布置斷面如圖3所示，每個斷面上傳感器的布置如圖4所示。實心圓表示智能溫控應力傳感器，不僅測應力，還可以測溫度。這種振弦式應力傳感器不但可測出絕對應力，還可測應力增量。

3）應力控制結論。通過對符合現場實際情況的有限元仿真模型分析，可以根據監控數據預報分析和控制橋梁各個施工階段及關鍵部位的受力狀態。利用監測數據和理論計算結合，實時調整仿真分析的參數，實現了利用有限元仿真模型對各個施工階段橋梁受力狀態的實時預報。有限元模型建立要考慮現場的真實情況，才能根據有限元模型科學地預報橋梁施工每個階段梁體的變形與受力，為下階段立模標高設置與調整提供依據，為橋梁的安全施工提供有效技術保障。

3.3.3 "溫度測量與控制

大跨預應力混凝土箱形梁橋的施工過程中，環境溫度的變化，不僅直接影響到結構體系的內力分布和變形，還會影響施工中構件的主梁標高測量結果及架設精度。因此，在測量數據分析中要考慮溫度的影響導致的修正量。

在橋梁的橫截面，共預埋了11個高靈敏度溫度傳感器，通過這些傳感器，可以測出每一個施工階段各關鍵部位的溫度，各個施工階段控制截面的溫度值見表1，具體預埋位置如圖4所示。

圖5、圖6詳細記錄了整個施工階段中2個主要截面頂板及底板的溫度變化。

通過在梁體關鍵部位埋設高靈敏度溫度傳感器，根據實測數據，掌握了環境溫度改變對梁體高程的影響規律，在有限元仿真模型進行分析預報時，要考慮溫度的影響。提出夜間澆筑混凝土、低溫合龍等合理化建議，保證了橋梁的高精度合龍，使溫度次內力對本橋施工的影響降到了最低。

4 "結束語

互聯網已經成為全球新一輪科技革命和產業變革中各行各業發展的新引擎。傳統的橋梁施工監控數據采集和錄入方式存在效率低、實時分析效果差等問題。為了解決這些問題，在“互聯網+”背景下，利用無線通信、云計算等技術與橋梁施工監控的深度融合，構建了橋梁施工監控平臺。這個平臺可以實現橋梁施工全過程數據的自動采集、傳輸、存儲、分析與管理，從而提高數據的實時性和準確性，推動橋梁施工管理的科學化和智能化。此外，這個平臺還可以為橋梁施工監控、健康監測和管理等研究提供數據支持，具有較大的工程意義。

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