【摘要】大跨徑橋梁施工控制已經(jīng)越來越受到橋梁建設(shè)者的重視，但是隨著橋梁跨度的增大，控制中的問題越來越多，難度也越來越大，針對不同的橋型選擇合理的控制思路，是控制成功的關(guān)鍵，本文作者在幾種橋型控制實踐的基礎(chǔ)上，對橋梁施工控制的對策進行分析比較，以期尋求橋梁施工控制最合理的方法。
關(guān)鍵詞 斜拉橋 施工 施工控制

隨著大跨度橋梁建造數(shù)量的不斷增加，橋梁架設(shè)過程中的線形及應(yīng)力狀態(tài)控制工作越來越顯重要，在大跨度橋梁架設(shè)過程中，一般均需對線形及應(yīng)力狀態(tài)進行專門的分析研究。但是，施工過程的控制工作仍然是大跨度橋梁建設(shè)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，目前在已完成的橋梁中，不少就出現(xiàn)的線形不好、內(nèi)力狀態(tài)不合理的問題。大跨度橋梁施工是一系列復(fù)雜的體系轉(zhuǎn)換過程，不同橋型有不同的特點，針對它們的特點采用不同的對策是控制成功的關(guān)鍵，本文作者根據(jù)自己的工程實踐，對斜拉橋、大跨度連續(xù)梁、組合拱橋的控制對策進行了比較分析。

一、橋梁施工控制的目標(biāo)
橋梁施工控制的目標(biāo)可以分為兩個部分：成橋狀態(tài)總目標(biāo)和施工過程中的分目標(biāo)，各個目標(biāo)必須包括應(yīng)力狀態(tài)和線形狀態(tài)。
成橋時合理應(yīng)力狀態(tài)確定的方法在斜拉橋和拱橋設(shè)計中已經(jīng)有了大量的研究；由于橋梁跨度的增大，混凝土收縮、徐變對橋梁線形的影響不可忽視，線形控制目標(biāo)必須是橋梁長期線形達到設(shè)計豎曲線，在橋梁竣工時應(yīng)保證足夠的徐變預(yù)拱度。
從成橋合理狀態(tài)確定施工階段控制目標(biāo)的理論方法主要有：倒拆法、無應(yīng)力法等。隨著橋梁跨徑的增大，主梁相對剛度逐漸減小，再加上前支點長掛籃的使用，節(jié)段重量較大，如果完全追求按成橋狀態(tài)來反推施工的控制目標(biāo)，可能導(dǎo)致施工階段梁體應(yīng)力過大，施工中應(yīng)力控制在允許范圍內(nèi)的要求與成橋狀態(tài)的理想內(nèi)力狀態(tài)發(fā)生矛盾，這時就必須將施工階段的控制目標(biāo)與成橋狀態(tài)目標(biāo)分開考慮，在全橋合龍后進行一次調(diào)索，實現(xiàn)兩個目標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。 理論上這些方法可以用于確定施工階段的內(nèi)力及標(biāo)高狀態(tài)，由于徐變、幾何非線性、構(gòu)造問題（實際結(jié)構(gòu)不可能安裝帶有初應(yīng)力的構(gòu)件）等因素，它們只能用于初步確定施工階段的內(nèi)力狀態(tài)，不能用于確定施工階段的標(biāo)高。施工標(biāo)高控制過程是一個復(fù)雜的預(yù)拱度控制過程，施工階段的標(biāo)高狀態(tài)必須根據(jù)施工模擬計算所得的撓度反向確定。

二、施工控制方法分類
橋梁施工控制方法經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的過程，從控制思路上可以分為三種形式：開環(huán)控制，反饋控制和自適應(yīng)控制。
1．開環(huán)控制
對于較簡單橋型施工，一般按設(shè)計中估計的預(yù)拱度施工，施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達到設(shè)計所要求的線型和內(nèi)力。這就是一個開環(huán)的施工控制過程，因為施工過程中控制是單向的，并不需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變施工中的預(yù)拱度。在各部件的制造和安裝精度很高，或者結(jié)構(gòu)安裝誤差影響不大時，這種方法是可行的、方便的，大部分中小橋采用的都是這種方法。
2．反饋控制
實際上施工狀態(tài)和計算狀態(tài)之間存在誤差，隨著橋梁跨度的增大，積累誤差將不可忽略，以致到施工結(jié)束時結(jié)構(gòu)的線型和內(nèi)力遠遠地偏離了理想的成橋狀態(tài)。在出現(xiàn)誤差之后就必須即時地糾正，而糾正的措施和控制量的大小是由誤差經(jīng)反饋計算所決定的，這就形成了一個閉環(huán)反饋控制過程。
3．自適應(yīng)控制
反饋控制方法將注意力集中在實際結(jié)構(gòu)上。但是，每個工況達不到設(shè)計時所確定的施工階段目標(biāo)的重要原因是有限元計算模型中計算參數(shù)的取值，與實際情況有一定的差距。即使在某一工況，以前的累計誤差已經(jīng)被調(diào)整掉，由于計算模型中參數(shù)差距的存在，以后的施工中仍然會出現(xiàn)新的誤差，因此又需要新一輪的狀態(tài)調(diào)整，這樣將大大增加施工的工序。要控制誤差的產(chǎn)生，必須分析誤差產(chǎn)生的原因--結(jié)構(gòu)計算參數(shù)取值與實際結(jié)構(gòu)的差距，正確估計參數(shù)的實際值。
參數(shù)估計是根據(jù)施工中實測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修與計算預(yù)報值的比較來實現(xiàn)的。經(jīng)過幾個階段的施工，與實際結(jié)構(gòu)磨合一段時間的，計算模型就適應(yīng)了實際結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個系統(tǒng)辯識過程，整個控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。 當(dāng)結(jié)構(gòu)測量到的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果不相符時，把誤差輸入到參數(shù)辨識算法中去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實際測量到的結(jié)果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，按上節(jié)所述的反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進行控制。這樣，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識后，計算模型就基本上與實際結(jié)構(gòu)相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。圖1為自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)的控制原理圖。
上述自適應(yīng)控制思路特別適用于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的方法施工橋梁。主梁在塔根部的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后，計算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的控制創(chuàng)造了良好的條件。

三、不同橋型控制對策比較
雖然橋梁施工控制的方法大致可分為上述三種類型，但是，具體橋型的控制有不同的特點，應(yīng)采取不同的對策。

1．懸臂澆筑混凝土斜拉橋
懸臂澆筑混凝土斜拉橋是我國最常見的斜拉橋形式。成橋后的理想受力狀態(tài)通常由剛性支承連續(xù)梁法、優(yōu)化方法和內(nèi)力平衡法確定。施工中的控制目標(biāo)常用倒拆法、考慮非線性因素的倒拆法、倒拆正裝交替迭代法以及無應(yīng)力狀態(tài)法等得到。
懸澆混凝土斜拉橋施工的主要特點是：①結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性較差，而且要等到節(jié)段施工完成后才能確定；②主梁的剛度較大，節(jié)段的局部變形很??；③素力調(diào)整對局部線形的調(diào)整作用很小，調(diào)整范圍受到混凝土應(yīng)力的限制；④掛籃剛度對局部變形有較大影響；⑤未施工節(jié)段的立模標(biāo)高可以任意確定，與已澆筑梁段無關(guān)。
上述自適應(yīng)控制方法是懸澆混凝土斜拉橋控制的理想方法。根據(jù)上述特點應(yīng)采取下列對策：
（1）對于已建成梁段的線形誤差在一定程度上可以通過斜拉索索力的調(diào)整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不可能通過索力調(diào)整糾正所有誤差。殘斜的誤差可以通過下一節(jié)段的立模標(biāo)高來調(diào)整。
（2）及時識別誤差產(chǎn)生的原因，估計計算程序參數(shù)的實際值，主要是混凝土的彈性模量,材料的比重、徐變系數(shù)等，重新計算施工階段索力及相應(yīng)的標(biāo)高目標(biāo)值，避免出現(xiàn)新的誤差。
（3）由于立模標(biāo)高可以隨時滿整，索力值應(yīng)該作為控制的依據(jù)，某節(jié)段標(biāo)高只要控制在允許范圍之內(nèi)即可認為滿足要求。如果索力到達設(shè)計值時標(biāo)高同時達到預(yù)計值，說明計算模型與實際結(jié)構(gòu)是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對參數(shù)進行重新估計。
（4）掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標(biāo)高，但由此引起的誤差將永遠存在于主梁線形中，因此必須充分估計準(zhǔn)確。
2．懸臂拼裝混凝土斜拉橋
懸臂拼裝混凝土斜拉橋與懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制目標(biāo)的確定基本相同，現(xiàn)場控制階段的不同之處是：①主梁每個節(jié)段的定位標(biāo)高受到預(yù)制線形的限制，只能通過接縫間的契塊調(diào)節(jié)，余地很?。虎谌抗?jié)段的重量在拼裝前可以預(yù)先獲得；③沒有掛籃變形的影響。上述自適應(yīng)控制方法仍然是比較理想的方法，其控制的對策為：
（l）由于定位標(biāo)高可調(diào)余地較小，拼裝階段的線形應(yīng)該作為控制的主要依據(jù)，如果標(biāo)高到達設(shè)計值時索力同時達到預(yù)計值，說明計算模型與實際結(jié)構(gòu)是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對參數(shù)進行重新估計。
（2）參數(shù)估計的對象對主要是主梁的剛度及徐變系數(shù)，在估計后重新確定每階段的張拉索力。
（3）由于沒有掛籃剛度及節(jié)段重量誤差，每節(jié)段吊裝完成時，標(biāo)高誤差較小，可以通過索力調(diào)整來糾正。
3．結(jié)合梁或鋼斜拉橋
結(jié)合梁斜拉橋施工階段的特點是：①主梁的線形在鋼梁預(yù)拼裝階段已經(jīng)完全確定，現(xiàn)場拼裝時節(jié)段之間相對位置幾乎沒有調(diào)整的余地；②全部節(jié)段的重量在拼裝前可以預(yù)先獲得；③拼裝階段鋼梁剛度很小，索力及荷載對標(biāo)高的影響非常明顯；④鋼梁的抗拉、抗壓能力均較強。其控制的對策為：
（1）在確定施工控制目標(biāo)時，應(yīng)充分利用鋼梁的抗彎能力使混凝土橋面極承擔(dān)較大壓應(yīng)力。
（2）由于梁段間相對位置不能調(diào)整，某一梁段的誤差除影響本節(jié)段外，誤差的趨勢還將影響以后的梁段，因此，拼裝階段的線形是控制的主要目標(biāo)，必須在下一節(jié)段拼裝前通過斜拉索索力的調(diào)整來糾正已建成梁段的線形誤差，而將索力控制在一定誤差范圍內(nèi)。
（3）參數(shù)估計的對象對主要是主梁的剛度，特別是已安裝好橋面板但尚未形成結(jié)合梁的梁段，此時的剛度實際上是處于裸鋼梁與結(jié)合梁之間，需要通過參數(shù)估計算法來估計。
（4）在參數(shù)估計后應(yīng)重新確定每階段的張拉索力，如果不進行修正，則在以后每個階段施工完成時索力與標(biāo)高均不能同時達到控制目標(biāo)，從而每次均需要標(biāo)高調(diào)整，這將大大增加施工調(diào)索工作量。
（5）由于線形主要靠索力調(diào)整來保證，但是索力調(diào)整必須在梁體強度允許的范圍之內(nèi)，因此，必須分析索力誤差對主梁在各施工階段應(yīng)力的影響，確保施工應(yīng)力控制在允許范圍之內(nèi)。
4．懸臂施工混凝土連續(xù)梁橋
大跨徑連續(xù)梁線形控制與斜拉橋施工控制有相同之處，也有不同之處。
首先，兩者的控制目標(biāo)不完全相同。混凝土連續(xù)梁橋由于在懸臂施工階段是靜定結(jié)構(gòu)，合龍過程中如不施加額外的壓重，成橋后內(nèi)力狀態(tài)一般不會偏離設(shè)計值很多，因此連續(xù)梁橋施工控制的主要目標(biāo)是控制主梁的線形。
其次，兩者實施控制的手段不相同。對于混凝土連續(xù)梁橋，已施工梁段上出現(xiàn)誤差時，只能通過張拉預(yù)備預(yù)應(yīng)力束調(diào)整，而這一調(diào)整量是非常有限的，因此，一旦出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠存在，只能通過立模標(biāo)高消除已施工梁段的殘余誤差，有時調(diào)整需經(jīng)過幾個梁段才能完成。
因此，懸臂澆筑連續(xù)梁橋施工中標(biāo)高控制的特點是，已完成梁段的誤差無法調(diào)整，而未完成梁段的立模標(biāo)高只與正裝模擬計算有關(guān)，與已完成梁段的誤差基本無關(guān)。根據(jù)這一特點連續(xù)梁控制對策為：
（1）在進行施工模擬計算時必須充分考慮各種施工因素，特別要正確計算主梁的軸線坐標(biāo)，同時計算中要計入豎曲線的影響。
（2）由于沒有高效的調(diào)整措施，必須合理制定施工步驟，使每個步驟的變形量減小，這樣即使某個施工步驟產(chǎn)生誤差，該誤差在總體變形中所占比例就較小。

（3）在圖1自適應(yīng)施工控制原理圖中的下半環(huán)，即控制量反饋計算，在連續(xù)梁施工控制中一般不起作用。上半環(huán)，即參數(shù)估計就顯得尤為重要，只有與實際施工過程相吻合的計算模型計算出的預(yù)報標(biāo)高才是可實現(xiàn)的，施工結(jié)果的誤差才能減小。
5．組合拱橋的控制
相當(dāng)多的組合拱橋采用預(yù)架設(shè)鋼勁性骨架的方法進行施工，首先勁性骨架吊裝組拼，灌筑各鋼管混凝土、分層現(xiàn)澆混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力、安裝橋面系等。在施工過程中循環(huán)性的工序相當(dāng)少，且對已施工結(jié)構(gòu)進行調(diào)整的措施不多，這就意味著反饋控制和自適應(yīng)控制方法無法應(yīng)用，只能采用開環(huán)控制，即在設(shè)計階段必須制定完整的施工步驟，現(xiàn)場嚴格按施工步驟執(zhí)行。
因此，施工前對施工過程的充分預(yù)計是施工控制成功的關(guān)鍵。為了最大可能地使成橋狀態(tài)接近設(shè)計的理想狀態(tài)，在設(shè)計階段應(yīng)該對各種施工誤差對成橋結(jié)果的影響進行分析，制定合適的施工精度要求。
表1列出了上述以上各種橋型控制對策的比較。

四、結(jié)語
自適應(yīng)控制是目前橋梁施工控制較理想的方法，但是對于不同的橋型，在具體實施中應(yīng)采取不同的對策，對計算模型的參數(shù)進行正確估計是實現(xiàn)成功控制的基礎(chǔ)，施工誤差對控制結(jié)果的影響分析是制定允許施工誤差的關(guān)鍵。

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