目前，連續(xù)梁橋的施工方法以分階段懸臂澆筑為主。施工中，橋梁線形受很多因素的影響，如混凝土的收縮徐變、其它材料的力學(xué)和物理性能、施工荷載、施工精度、氣溫等。實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)總是存有差異，各種參數(shù)因誤差影響而失真，施工中如何從這些參數(shù)中得出相對(duì)真實(shí)的值，以此對(duì)施工的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、識(shí)別和調(diào)整，這對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)至關(guān)重要。

　　摘要：為確保連續(xù)梁橋在懸臂澆筑施工中的線形、合龍精度以及成橋線形符合設(shè)計(jì)要求，須對(duì)其施工中各階段的線形加以有效控制。本文介紹了連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工中的線形控制原理，并通過(guò)對(duì)徐變、收縮等影響因素的分析，采用隨機(jī)最優(yōu)控制理論，建立了有限元的分析模型，預(yù)測(cè)了施工各階段的立模標(biāo)高，以此指導(dǎo)相似工程施工。

　　關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋,懸臂澆筑,線形控制,路橋工程師論文

　　1線形控制原理

　　為方便對(duì)主梁施工的各階段實(shí)施控制，可將其簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)：懸臂施工和成橋狀態(tài)時(shí)，2個(gè)中間主墩為固定鉸接，兩邊跨端部為活動(dòng)鉸支座。通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，計(jì)算各施工階段預(yù)拋高值、立模高程以及混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后的預(yù)測(cè)高程。

　　2施工控制及最優(yōu)控制計(jì)算方法

　　連續(xù)梁橋的施工控制最基本的要求是保證施工中的結(jié)構(gòu)安全，其次還要確保結(jié)構(gòu)外形及其內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。為達(dá)到施工控制最基本的要求，必須遵循最優(yōu)控制的規(guī)律，組成隨機(jī)最優(yōu)控制系統(tǒng)，進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)、調(diào)整。

　　采用最優(yōu)控制理論：就懸臂施工的連續(xù)梁橋而言，后一塊件通過(guò)混凝土和預(yù)應(yīng)力筋與前一塊件相接，因此，各個(gè)施工階段都密切相關(guān)。對(duì)各施工階段和成橋時(shí)的受力特性、結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行分析是必不可少的。

　　為確保結(jié)構(gòu)在最終成橋時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，懸臂澆筑施工中的最重要任務(wù)之一是確定施工各階段的結(jié)構(gòu)線形，其中確定上部結(jié)構(gòu)中每一待澆塊件的預(yù)拱度顯得尤為重要。橋梁在施工及運(yùn)營(yíng)時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的標(biāo)高會(huì)頻頻變化，因此，上部結(jié)構(gòu)的各個(gè)截面施工時(shí)應(yīng)預(yù)留容許偏差，以期保證“無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間”后橋梁線形在設(shè)計(jì)所允許的范圍內(nèi)變化。

　　建橋材料特性和施工誤差等隨機(jī)變化，導(dǎo)致施工不可能處于理想狀態(tài)。為解決此問(wèn)題，可以考慮在連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控時(shí)，從前進(jìn)分析和倒退分析著手，使成橋結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計(jì)要求。

　　2.1前進(jìn)分析

　　其目的是：明確成橋結(jié)構(gòu)受力的情況。該計(jì)算特點(diǎn)是：隨施工階段的不斷推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、荷載形式、邊界約束發(fā)生改變，前期的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生徐變甚至是幾何位置的變化，因此，上一施工階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是下一階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。計(jì)算時(shí)把前面各施工階段的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)當(dāng)作本階段非線性計(jì)算和結(jié)構(gòu)時(shí)差的基礎(chǔ)，上一階段的結(jié)構(gòu)位移當(dāng)作確定本階段結(jié)構(gòu)軸線的基礎(chǔ)。對(duì)施工階段進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，結(jié)束時(shí)的分析結(jié)果是成橋若干年后的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。該分析能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度的驗(yàn)算提供依據(jù)，為成橋結(jié)構(gòu)受力提供相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果，還可以為確定施工階段的理想狀態(tài)提供描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)的數(shù)據(jù)文件，并以此作為橋梁結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)和控制的基礎(chǔ)。

　　2.2倒退分析

　　前進(jìn)分析系統(tǒng)固然能夠嚴(yán)格按設(shè)計(jì)步驟對(duì)各階段內(nèi)力進(jìn)行分析，但由于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的不斷遷移，最終的結(jié)構(gòu)軸線不能符合設(shè)計(jì)軸線。施工中橋梁結(jié)構(gòu)的線形控制和強(qiáng)度控制同等重要。為使竣工后結(jié)構(gòu)保持設(shè)計(jì)的線形，施工時(shí)通過(guò)設(shè)置預(yù)拱度法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于分段施工的連續(xù)梁橋，為使結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求，一般要給出各階段的結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)標(biāo)高。倒退分析系統(tǒng)能夠從根本上解決這一復(fù)雜問(wèn)題，其基本思想是：假設(shè)t=t0時(shí)刻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布符合前進(jìn)分析中t0時(shí)刻的結(jié)果，且線形符合設(shè)計(jì)軸線。在初始狀態(tài)下，按前進(jìn)分析的逆過(guò)程倒拆結(jié)構(gòu)，并對(duì)每次拆除一施工階段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。在某一階段內(nèi)分析所得的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移就是理想的施工狀態(tài)。各理想施工狀態(tài)的確定均是前進(jìn)分析的逆過(guò)程，因此分析程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與前進(jìn)分析類似。

　　3建立計(jì)算模型

　　懸臂施工線形控制的計(jì)算分析時(shí)，建立計(jì)算模型十分重要，該模型須注意以下問(wèn)題：①真實(shí)的反映各施工梁段幾何狀態(tài)，盡量減小其產(chǎn)生的誤差對(duì)施工控制造成的影響；②考慮各截面不同位置上預(yù)應(yīng)力的分布；③準(zhǔn)確反映施工時(shí)可能的計(jì)算工況。

　　3.1計(jì)算假定

　　計(jì)算分析時(shí)對(duì)梁部加以簡(jiǎn)化：①結(jié)構(gòu)的正常工作狀態(tài)下只考慮小變形、小位移；②每一階段內(nèi)混凝土的澆筑均勻，且內(nèi)部無(wú)缺陷，考慮混凝土徐變、收縮的影響；③通過(guò)錨具作用于梁段的預(yù)應(yīng)力，計(jì)入其損失。

　　3.2荷載處理

　　施工時(shí)結(jié)構(gòu)所承受的荷載有：自重、預(yù)應(yīng)力、掛籃荷載、施工機(jī)具和人群荷載。其中，自重通過(guò)結(jié)構(gòu)的密度計(jì)算，并將掛籃、施工機(jī)具、人群荷載簡(jiǎn)化成當(dāng)前施工節(jié)段上頂面的集中荷載，預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為外荷載。

　　3.3邊界條件確定已及網(wǎng)格劃分

　　各施工階段的計(jì)算過(guò)程中，離散各梁段成梁?jiǎn)卧�。兩個(gè)墩底作為固定支座，兩邊跨端作為鏈桿支座。將單元的幾何信息和各施工階段的荷載、預(yù)應(yīng)力、收縮、徐變等輸入數(shù)據(jù)文件，以此進(jìn)行前進(jìn)分析計(jì)算和后退分析計(jì)算就可得到各梁段預(yù)拱值，然后用計(jì)入預(yù)留拱度值的成橋線形進(jìn)行前進(jìn)分析及倒退分析，如此反復(fù)迭代至計(jì)算結(jié)果收斂。

　　4節(jié)段立模標(biāo)高的確定

　　建立正確的模型后，依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及控制參數(shù)，將橋梁的狀態(tài)、施工荷載、二期恒活載、施工工況等輸入前進(jìn)分析的系統(tǒng)中。從前進(jìn)分析系統(tǒng)中得到進(jìn)行施工時(shí)每階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和撓度，以及最終成橋時(shí)的內(nèi)力和撓度。然后，假設(shè)成橋時(shí)是理想狀態(tài)，進(jìn)行倒拆橋梁結(jié)構(gòu)分析，得到各施工階段的立模標(biāo)高以及混凝土澆筑前后、鋼筋張拉后的預(yù)計(jì)標(biāo)高。

　　立模標(biāo)高為：HLi=HSi+Yi+ΔGi+Δi（式中：HLi—立模標(biāo)高；HSi—設(shè)計(jì)標(biāo)高；Yi—計(jì)算所得的預(yù)拋高值；ΔGi—掛籃變形值，Δi—第節(jié)段的誤差調(diào)整值）；預(yù)計(jì)標(biāo)高值為：Hyi=HLi-X0i-Δgi（式中：X0i—澆筑當(dāng)前塊件的下?lián)现祷驈埨�鋼筋后下�(lián)现担��?/p>

　　然而，實(shí)際施工狀態(tài)與理想施工狀態(tài)間存在差距。如果依照計(jì)算所得預(yù)拋高值施工，其最終成橋的狀態(tài)未必是理想狀態(tài)，此時(shí)，能夠反饋控制的實(shí)時(shí)跟蹤分析系統(tǒng)是控制橋梁結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵。通過(guò)卡爾曼濾波器預(yù)告出各階段的實(shí)際狀態(tài)，由最優(yōu)控制結(jié)合實(shí)際觀測(cè)，獲得最優(yōu)的調(diào)整方案，最終完成整個(gè)控制過(guò)程。

　　5施工線形控制

　　5.1線形控制標(biāo)準(zhǔn)

　　預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的懸臂澆筑施工過(guò)程控制的偏差值：立模標(biāo)高[0mm，+5mm]；軸線的偏差不大于5mm。懸臂端合龍口的允許偏差：相對(duì)高差20mm；軸線偏差10mm。

　　5.2實(shí)施辦法

　　橋梁施工線形的控制是：預(yù)告——施工——測(cè)量——識(shí)別——修正——預(yù)告的循環(huán)過(guò)程，工程中由監(jiān)控單位完成以下步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)文件計(jì)算并分析主梁結(jié)構(gòu)，然后提出理論的立模高程；由測(cè)控小組完繼續(xù)成對(duì)這一循環(huán)過(guò)程的控制，工作程序?yàn)椋簰旎@變形、施工過(guò)程中主梁高程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等的采集——控制分析及誤差分析——調(diào)整計(jì)算——確定當(dāng)前梁段的立模高程。

　　5.3測(cè)控工況

　　1)以懸臂施工掛籃前移、澆筑混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力三個(gè)階段為觀測(cè)撓度的周期，對(duì)每一梁段的幾個(gè)工況進(jìn)行觀測(cè)：混凝土澆筑前、后；縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后；掛籃前移定位后。

　　2)主梁中軸線和平面位置控制的主要工況：掛籃調(diào)整就位后，梁段立模時(shí)及立模完成后以及混凝土澆筑后復(fù)核中軸線和平面位置，從而及時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整。

　　3)為避免已澆梁體突變，3號(hào)段以后塊件的施工除進(jìn)行必要的工況觀測(cè)外，每天還要觀測(cè)全梁的三個(gè)已澆筑梁段。

　　4)懸澆梁段完成后，觀測(cè)邊跨合龍段混凝土澆筑前后，邊跨合龍鋼束張拉后，邊跨支承體系及臨時(shí)固結(jié)解除后，中跨合龍段澆筑混凝土前后，中跨合龍鋼束張拉后，吊架掛籃全部拆除后的工況。

　　6結(jié)語(yǔ)

　　連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工中，線形控制和應(yīng)力控制是兩個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)整并預(yù)測(cè)施工狀態(tài)關(guān)系到成橋的合龍精度、施工線形與設(shè)計(jì)線形吻合的程度、施工安全和使用壽命，施工過(guò)程中做好監(jiān)測(cè)控制工作是十分必要的。

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