连续刚构桥梁施工控制与实践

摘要：连续刚构桥是桥跨主梁和墩台整体相连的桥梁，预应力混凝土连续刚构桥通常采用

平衡悬臂方法施工，施工过程中受多种因素的影响，桥梁跨径的不断增大，箱梁薄壁化，

使结构整体柔度增大，而刚度下降，这样集高墩大跨径于一身，使墩梁结构受力和变形

更加复杂，所以施工控制就成为特别重要的课题。

关键词：连续刚构桥，施工控制

中图分类号： TQ639 文献标识码： A 文章编号：

连续刚构桥施工控制是一个复杂的系统工程，不同的施工控制理论和方法会产生不同的控制效果，为了确保连续刚构桥施工控制效果，保证成桥合拢后满足设计要求，减小后期桥面铺装的难度，经过对此类桥型施工控制的深入分析和研究，笔者提出以下控制系统，为同类桥型的施工控制提供借鉴。

一、施工控制方法的选择

开环控制虽然能够确定出成桥阶段的结构理想状态，并且根据各个施工阶段的施工荷载估计出结构的预拱度，但是施工过程中的控制作用是单向向前的，无法根据结构的实际状态改变原先设定的预拱度，无法调整产生的误差，故这种控制方法对于连续刚构桥的施工控制来说，是无法满足控制要求的。闭环控制虽然能够通过控制作用，消除由模型误差和量测噪声所引起的结构状态误差，但是这种控制方法只是在施工误差产生以后，用被动的调整措施减少已经造成的结构状态误差对最终结构状态的影响，控制措施是被动的，也不可采纳。而自适应控制方法综合了开环控制和闭环控制的优点，改进了它们的缺点，所以，连续刚构桥运用自适应控制方法进行施工控制，能够获得很好的控制效果。

1.施工过程模拟分析方法的选择

正装一倒装联合迭代基本方法是，首先采用桥梁博士V3.03等软件对桥梁施工过程进行一次正装计算，按照施工方案确定的施工加载顺序进行结构分析，并考虑混凝土收缩和徐变、挂篮施工临时荷载及温度等因素的影响，最后将所得到的成桥恒载受力和位移状态(包括主梁立模标高、施工梁段的状态变量值、典型状态的应力应变值)，然后与设计进行核对，确认相互一致后，提供合理状态下的理论控制数据，确定成桥理想状态。然后，根据第一轮计算出的施工标高建模，再进行正装计算，计算出此时的成桥线形，与设计线形比较，设误差为i，将此误差倒装迭加到施工标高上。重复第二轮的步骤，直至误差i收敛。最后根据对实际施工情况的观测，反馈调整桥梁设计参数，以此调整计算下一梁段的控制数据。

2.施工误差调整方法的选择

设计参数误差是引起桥梁施工误差的主要因素之一，对桥梁结构进行初步分析时，采用的参数值是设计参数值，和结构实际状态的参数值总是有一定的偏差，调整这些误差有第四章所述的四种方法，虽然卡尔曼滤波法、灰色系统理论法和最小二乘法都有自己独特的优点，但都要与另外一种方法联合使用才能取得较好的误差调整效果。所以，连续刚构桥施工误差调整应采用设计参数识别和修正方法，能够取得很好的误差调整效果。

在桥梁施工控制中对设计参数进行识别，一方面要确定设计参数的实际值，另一方面要辨别对结构状态影响较大的设计参数即主要设计参数。为了达到这个目的，有两种方法和手段:其一，通过现场量测来确定设计参数值。这主要是指结构几何形态参数、某些截面特性参数和材料特性参数，它们可以通过现场量测方法或试验量测手段来确定;其二，通过结构计算分析来确定主要设计参数。

影响结构状态的设计参数很多，但它们对结构状态的影响程度不同，这些参数主要有:l)结构几何形态参数;2)截面特性参数;3)与时间相关的参数，如收缩、徐变、温度场等;4)荷载参数;5)材料特性参数。

在施工控制中只能调整对结构状态影响较大的设计参数(主要设计参数)，所以首先要进行设计参数的敏感性分析，选出主要设计参数。其敏感性分析步骤如下:

(l)将参数变化幅度控制在10%左右;

(2)选定控制目标，如桥梁结构跨中挠度，利用结构分析系统，修改设计参数值，计算成桥状态跨中挠度变化幅度，并建立各参数敏感性方程;

(3)依据影响程度确定出主要设计参数和次要设计参数。

确定了主要设计参数以后，就要对主要设计参数进行正确的估计，根据参数估计的结果，对假定设计参数进行修正。参数估计常用的估计准则有:最小方差准则、极大似然准则、线性最小方差准则以及最小二乘准则。由于最小方差准则和极大似然准则均要求知道被估计参数X和观测值Z的联合分布密度函数，而在一般桥梁工程施工控制中很难满足这个条件，所以通常只用最小二乘准则和线性最小方差准则求得设计参数的估计值，然后对原设计参数进行修正。在桥梁施工控制初期，设计参数估计要反复进行，直到求出较合理的设计参数为止。

二、连续刚构桥施工控制系统的构建

连续刚构桥的施工控制是一个从施工、量测到修正、预告，然后再指导施工的循环过程。在这个过程中需要对主梁标高和内力实行双控。它既是一个技术问题，又是一项系统工程。主要包括两个部分，一部分是数据采集系统，即在桥上埋设各类传感器和设置监控系统，采集资料。再一个是资料分析仿真模拟系统，将采集到的资料进行分析处理，以确定下一个施工阶段的参数。因此，在施工监控中需要细致的观测测试工作和大量计算工作。通过有效的监测监控工作，最终消除设计与实际施工过程差异的影响，保证设计的施工过程和受力状态得以准确实现，确保主梁准确合拢并使最终的主梁线形和内力达到设计状态，减小后期桥面铺装的难度。施工控制涉及到设计、监理、施工和控制等多个方面，各单位合理协调分工是精确控制的基础，根据连续刚构桥施工特点，编制了施工控制系统框图。

连续刚构桥施工控制框图

1.连续刚构桥施工监控工作程序

连续刚构桥在悬臂施工过程中，桥梁结构为静定结构，可采用桥梁博士专业计算分析软件Dthridgev3.0可以较好地模拟计算分析。特别是0#梁段，由于其受力较为复杂，因此需作空间有限元计算分析，对此 DrbridgeV3.0适于使用，既可进行受力分析，也可进行温度影响分析等。

对于墩身与箱梁的稳定性分析及箱梁0#梁段的空间有限元分析，可采用韩国土木界大型商用软件MIDAs/CivilV2006进行有限元分析，用8节点体单元模拟箱梁截面的顶板、底板、腹板及横隔板、薄壁空心墩等进行分析。此外，对于薄壁空心墩，也可以采用弹簧单元进行模拟。在悬臂施工过程中，为简化起见，可采用四边形板壳单元模拟箱梁截面的顶板、底板、腹板及横隔板、薄壁空心墩等进行分析。成桥后，可以采用FORTRAN语言编写的加载程序计算其各力素影响线，然后由各截面处的截面参数进行受力分析。也可采用上述软件进行分析。

2.理论计算模型

鉴于连续刚构桥空间结构的复杂性，用平面计算难以模拟其空间受力性能，为保证计算的准确性，采用大型桥梁软件《桥梁博士》进行计算，采用正装计算法和倒装计算法联合迭代，确定桥梁结构施工中各个阶段在受力和变形方面的理想状态，控制施工过程中每个阶段的结构行为(状态)，使其最终的成桥线型和受力状况满足设计要求。

3.有限元计算分析模型的优化

连续刚构结构是采用有限元理论进行分析的。通常的薄壁箱形结构，在计算过程中可使用每个节点为9个自由度(其中包括三个线位移，三个角位移，一个扭转翘曲自由度)的空间薄壁单元计算。对于直线桥在施工控制过程中，箱梁承受的外力主要有结构自重、预应力作用、悬臂施工挂篮以及施工临时荷载等，相对主梁轴线为基本对称荷载，偏心作用较小。采用普通梁单元计算的精度满足设计计算要求。

参考文献：

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[2] 韩大章,华新. 我国大跨桥梁建设成就及与世界先进水平的差距 [J]. 现代交通技术. 2005 (04)

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[4] 杜斌,聂向珍. 简支转连续预应力桥梁的仿真 [J]. 武汉大学学报(工学版). 2004 (03)

作者简介：

陈国安（1962.10～ ），男（汉族），广东省韶关市人，本科，主要研究方向：路桥工程施工监理。