桥梁施工监控与计算分析

摘要：随着桥梁工程技术的发展以及桥梁的大量建设，人们逐渐意识到在桥梁施工过程中进行监控的重要性。本文以实例分析，对桥梁施工监控及仿真进行了探讨。

关键词：桥梁施工；监控；分析

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

一、施工监控监测

1.施工控制中的内力监测

1.1混凝土结构应力测试频率及预警机制

在箱梁节段施工过程中，随施工加载程序通过监控计算分析，对已完成梁段出现最大应力的施工加载工况进行应力测试。桥墩应力则应每悬臂施工一对梁段，全部测点测试应力一次。每次应力测试完成后，应对应力幅度进行评价，随施工控制报表作出应力状态安全与否的判断，对应力异常提出预警报告。

1.2应力控制关键

由于施工过程中箱梁应力影响因素较多，受力复杂，存在差异，对于箱梁控制截面应力的对称性和稳定性进行监测，在体系转换前后，要严密监控。在主梁合拢后施加二期恒载时，在主梁变形与受力进行双控时，由于超静定结构已形成，应以主梁受力控制为主。对于桥墩，在施工过程中及成桥状态后均承担相当部分梁体的重量，在不平衡荷载、大气温差及日照影响下产生不同程度的变化，是其监测的重点。

1.3应力监测结果

在施工阶段，箱梁截面上下缘应力基本上处于全截面受压状态，各工况下理论设计值和实测值变化趋势基本吻合，都在规范和设计允许范围之内。在连续梁部分体系转换前后，应力实测值与理论值存在一定差异，随着时间的推移趋于一致。桥墩在个别工况不平衡荷载作用下，根部应力变化不大。

2施工控制中的变形监测

针对预应力箱梁线形控制的特点，在该桥施工监控中应用绝对标高法进行测量控制。

2.1高程控制网和变形测点布置

变形控制以二等水准高程控制测量标准为控制网，箱梁悬浇以三等水准高程精度控制联测。箱梁0号块在观测点附近固定的地方设置临时基准点，在较远的山体上设置永久性水准点，定期闭合测量。箱梁变形测点对称布置，可同时观察箱梁是否发生扭转变形。

2.2测试频率和精度要求

在施工过程中对每一梁段截面需要进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力张拉前、预应力张拉后各个工况的变形观测，以便观察各点的挠度及箱梁曲线的变化历程，保证箱梁悬臂段的合拢精度和桥面线形。为了保证箱梁变形监测精度，应选有经验的专职测量工程师进行测量并选用高精度水准仪。某桥选用DL101C型精密水准仪，最小读数0.0lmm，其偶然误差不大于0.4 mm/km，有效保证测量精度。

3参数识别和误差调整

3.1参数识别

对于刚构连续组合体系桥梁结构的设计参数主要有：结构几何形态参数、截面特征参数、与时间相关的参数、荷载参数、材料特性参数等。在施工中需要对其进行识别，根据结构参数对桥梁结构施工行为影响程度确定主次，主要通过现场测试的手段来确定设计参数和采用结构计算分析来确定主要参数。在确定主要参数后，运用多种理论和方法来分析，识别这些参数的设计误差，最后得到其正确的估计值，通过修正参数误差，使桥梁结构的实际状态和理想状态相一致。

3.2误差分析和调整

在某大桥的监控过程中，误差调整从两方面考虑：第一要进行设计参数误差调整，通过前几个块件的施工，确定实际设计参数值，根据实际设计参数值来计算结构的理想状态。第二是进行施工误差的调整，对以后每个块件的施工误差进行调整。在实体工程的误差分析中，应用灰色系统理论法、最小二乘法和卡尔曼滤波法3种误差分析方法同步进行。对采集到的数据进行分析处理，用处理后的参数重新进行结构计算分析，利用分析结果进行施工控制。

4施工控制的实现和结果

4.1最优控制目标的确定

大跨径刚构连续粱桥的施工控制是施工量测识别修正预告施工的循环过程。把南河特大桥线形和施工期结构变化状态，作为线性离散、确定动态系统最优控制对象，求出最优控制变量值，不断对各阶段进行调整控制，最终达到随机最优控制目标。

4.2变形控制结果

该桥合拢后，线形平滑舒畅，合拢精度较高。从该桥测试结果看，各施工阶段变形测试值基本在理论计算值范围之内，各断面悬臂合拢高差在1.2cm之内，挂篮定位标高和预报高差在12mm之内。预应力钢绞线张拉后或挂篮移动后，梁端测点标高和计算控制标高之差在4～16mm之内。各“T”相对高差均在2O mm之内，均小于规范和设计要求。说明变形控制测试方法可行，误差分析较精确，能够有效控制箱梁悬臂施工。

二、桥梁施工监控的仿真分析

1.仿真分析的计算模型

在对该大桥各施工阶段进行控制时，首先通过计算确定桥梁结构施工过程中每一阶段受力和变形的理想状态，以此为依据来控制施工过程中的每个阶段的结构行为。在进行仿真计算时，将其主桥简化成平面结构，按施工节段将全桥离散为336个梁单元，339个节点，两边跨端部简化为活动铰支座，主墩底部简化成固定支座，体系转换后，0号和6号墩顶为活动铰支座。

2.仿真分析的结构设计参数和施工荷载模拟

为了使仿真分析结果更接近实际，本桥对于主要的可以测定的参数取用实测值，难以测定的依照设计规范，根据以往工程实际经验进行修订。在预应力混凝土连续梁桥的悬臂施工中，挂篮和模板机具设备对结构的内力和变形影响很大，所以在仿真分析中，必须考虑施工荷载的影响，模拟挂篮的安装、拆除以及前进等工况。

3.施工控制中的结构分析

对于悬臂施工的刚构连续梁桥，其后一块件是通过预应力钢筋混凝土与前一块件相接而成，每一施工阶段是密切相关的，随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式等在不断地变化。分析各施工阶段及成桥结构的变形和受力特性是不可缺少的。桥梁结构只有根据实际施工方案的设计逐步进行计算，才能得出成桥后受力状态。由于施工建桥材料的特性、施工误差等是随机的，施工条件不可能是完全的理想状态，为解决这一问题，南河特大桥的施工控制中，从前进分析、倒退分析、实时跟踪分析三方面入手，相互结合，实现成桥结构满足设计要求。

4.箱梁悬臂施工的变形计算和立模标高确定

变形计算是施工监控的重点和难点，该桥的变形采用桥梁博士和MIADS桥梁分析系统平行计算，自动考虑了混凝土的收缩徐变、预力、温度的影响等。只有准确地计算变形，并合理地确定立模标高，最终才能使桥梁线形较好。大桥施工阶段箱梁悬浇段各节段立模标高的确定采用以下公式：

Hi=H0+fi+f1m+fm+Fx

式中：Hi――挂篮底模立模标高；H0――该点设计标高；Fx――本施工段及以后浇筑的各段对该点挠度影响值；f1m――本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值；fm――挂篮弹性变形对该施工段的影响值；fi――由徐变、收缩、温度、结构体系转换、二期恒载、活载等影响产生的挠度计算值。

5.仿真计算主要结果

通过分析计算结果可知，箱梁在整个施工过程中，各阶段截面压应力都符合规定要求，并且轴力、弯矩满足要求。各施工阶段挠度曲线顺畅，挠度变化也很正常。

三、结束语

桥梁施工控制作为桥梁施工技术的重要组成部分，其实施难度相对较大，但是它对于桥梁施工宏观质量控制，保证桥梁建设安全有着非常重要的意义。如何把握现场施工外界影响因素的随机性，如何更准确地控制桥梁变形及桥梁远程监测系统的发展等都需要在今后的实践中进一步研究。

参考文献：

[1] 黄声享,尹晖,蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社,2003.

[2] 汪劲丰，吴光宇编著.桥梁结构仿真分析理论及其工程应用[M].浙江：浙江大学出版社，2004.