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橋梁施工監(jiān)控的定義及主要內(nèi)容
更新時(shí)間:2021-04-10 17:51
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第一節(jié) 橋梁施工監(jiān)控的定義

橋梁監(jiān)控是新橋施工過(guò)程中,按照實(shí)際施工工況,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線型進(jìn)行量測(cè),經(jīng)過(guò)誤差分析,繼而修正調(diào)整以盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。橋梁監(jiān)控,也稱(chēng)橋梁施工監(jiān)控或橋梁施工控制。在大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋和連續(xù)剛構(gòu)橋的平衡懸臂澆筑施工中,其后一塊件是通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋及砼與前一塊件相接而成,因此,每一施工階段都是密切相關(guān)的。為使結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近設(shè)計(jì)的幾何線形和受力狀態(tài),施工各階段需對(duì)結(jié)構(gòu)的幾何位置和受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),根據(jù)測(cè)試值對(duì)下一階段控制變量進(jìn)行預(yù)測(cè)和制定調(diào)整方案,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施工控制。由于建橋材料的特性、施工誤差等是隨機(jī)變化的,因而施工條件不可能是理想狀態(tài)。因此,決定上部結(jié)構(gòu)每一待澆塊件的預(yù)拱度具有頭等的重要性。
  雖然可采用各種施工計(jì)算方法算出各施工階段的預(yù)拋高值、位移值、撓度,但當(dāng)按這些理論值進(jìn)行施工時(shí),結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻未必能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

這主要是由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的諸如材料的彈性模量、構(gòu)件自重、砼的收縮徐變系數(shù)、施工臨時(shí)荷載的條件等設(shè)計(jì)參數(shù),與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來(lái)的參數(shù)不完全一致而引起的;或者是由于施工中的立模誤差、測(cè)量誤差、觀測(cè)誤差、懸拼梁段的預(yù)制誤差等;或者兩者兼而有之。

這種偏差隨著懸臂的不斷加伸,逐漸累積,如不加以有效的控制和調(diào)整,主梁標(biāo)高最終將顯著地偏離設(shè)計(jì)目標(biāo),造成合龍困難,并影響成橋后的內(nèi)力和線形。所以,橋梁施工監(jiān)控就是一個(gè)施工→量測(cè)→識(shí)別→修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過(guò)程。
  其最基本的目的是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全,保證結(jié)構(gòu)的外形和內(nèi)力在規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)符合設(shè)計(jì)要求。

第二節(jié) 橋梁施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

橋梁施工監(jiān)控的內(nèi)容主要包括成橋理想狀態(tài)確定,理想施工狀態(tài)確定和施工適時(shí)控制分析。
  成橋理想狀態(tài)是指在恒載作用下,結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)線形和理想受力狀態(tài);施工理想狀態(tài)以成橋理想狀態(tài)為初始條件,按實(shí)際施工相逆的步驟,逐步拆去每一個(gè)施工項(xiàng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,從而確定結(jié)構(gòu)在施工各階段的狀態(tài)參數(shù)(軸線高程和應(yīng)力),一般由倒退分析法確定;施工適時(shí)控制是在施工時(shí),根據(jù)施工理想狀態(tài),按一定的準(zhǔn)則調(diào)整,通過(guò)對(duì)影響結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力主要設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別進(jìn)行修正,使結(jié)構(gòu)性能、內(nèi)力達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。

在建立了正確的模型和性能指標(biāo)之后,就要依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和控制參數(shù),結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等,輸入前進(jìn)分析系統(tǒng)中,從前進(jìn)分析系統(tǒng)中可獲得結(jié)構(gòu)按施工階段進(jìn)行的每階段的內(nèi)力和撓度及最終成橋狀態(tài)的內(nèi)力和撓度。接著,假設(shè)成橋時(shí)為理想狀態(tài),對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆,利用前進(jìn)分析所得的數(shù)據(jù),可獲得使橋梁結(jié)構(gòu)最終為理想狀態(tài)的各階段的預(yù)拋高值,得出各施工階段的立模標(biāo)高以及砼澆筑前、砼澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的預(yù)計(jì)標(biāo)高。然后通過(guò)卡爾曼濾波器,預(yù)告出各階段的實(shí)際狀態(tài)值,再由最后的最優(yōu)控制,結(jié)合實(shí)際觀測(cè)值,得出最優(yōu)調(diào)整方案,最終完成整個(gè)控制過(guò)程。以上這三大系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)完成。

  簡(jiǎn)單介紹橋梁監(jiān)控中用到的前進(jìn)分析、倒退分析和誤差分析。
(1)前進(jìn)分析
  前進(jìn)分析的目的在于確定成橋結(jié)構(gòu)及各施工階段的受力狀態(tài)。這種計(jì)算的特點(diǎn)是:隨著施工階段的推進(jìn),結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷改變,前期結(jié)構(gòu)發(fā)生徐變和幾何位置的改變,因而,前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。前進(jìn)分析的計(jì)算可按有限元方法進(jìn)行,目前,此類(lèi)計(jì)算已有軟件提供。
(2)倒退分析
  前進(jìn)分析系統(tǒng)可以嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)好的施工步驟進(jìn)行各階段內(nèi)力分析,但由于分析中荷載的不斷變化以及結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的相互影響,使最終結(jié)構(gòu)軸線不可能達(dá)到設(shè)計(jì)軸線。因此,采用倒退分析在施工過(guò)程中設(shè)置預(yù)拱度,使在成橋狀態(tài)時(shí),結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計(jì)要求。
  倒退分析的基本思想是,假定時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析時(shí)刻的結(jié)果,線形滿足設(shè)計(jì)軸線。在此初始狀態(tài)下,按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆,分析每次卸除一個(gè)施工段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響。在一個(gè)階段內(nèi)分析得到的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力便是理想施工狀態(tài)。
(3)誤差分析
  倒退分析得到的理想狀態(tài)是我們期望在施工中實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),而實(shí)際施工中結(jié)構(gòu)狀態(tài)總是由于設(shè)計(jì)參數(shù)、施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)分析模型誤差等因素偏離目標(biāo)。為了能及時(shí)有效地將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(體系本身的變化、撓度、應(yīng)力、現(xiàn)場(chǎng)氣溫等)、調(diào)整參數(shù)信息、誤差信息反饋到實(shí)際施工控制中,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè),可編制基于現(xiàn)代控制論中的隨機(jī)最優(yōu)控制理論和有限元法的的計(jì)算程序,建立現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)工作站(EWS),將實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)控制參數(shù)輸入,得出有效調(diào)整量,獲得最優(yōu)調(diào)整方案,同時(shí)預(yù)告下階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
 
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