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1、广西大学学土木建建筑工程程学院在职研究究生课程程论文（作作业）课 程 大跨径径桥梁施施工监测测任课 教师 专业、年年级 研 究究 生生 预应力混混凝土连连续刚构构施工控控制技术术内容提要要 以九架棚大大桥为例例，简要要论述预预应力混混凝土连连续刚构构桥施工控制制技术。连连续刚构构桥属于于自架设设方式施施工，且且以成形形结构的的状态（包包括受力力、变形形）具有有不可调调整性，由由于其节节段多、工期长长，受多多种因素素影响会会出现偏偏差的因因素多，可可能性搭搭，所以以确保成成桥线形形与内力力状态符符合要求求显得非非常重要要。关键词连连续刚构构 施工工控制1 引引言预应力混混凝土连连续刚构构桥通常常
2、用在较较大跨径径的梁式式桥上，一一般采用用悬臂浇浇筑施工工，目前前采用的的墩梁固固结结构构后，避避免了墩墩梁临时时固结和和解除固固结这个个复杂过过程，所所以看起起来比连连续梁桥桥简单些些，而实实际上，由于连续刚构桥跨径大，孔数多（三孔或五孔），施工中遇到的问题较多。 2 工程简简介317国国道改线线工程EE合同段段九架棚棚大桥起起讫桩号号为K8848+8266.8K8449+0081.4，全全长2554.66米，位位于四川川省阿坝坝州理县县境内，九九架棚大大桥为666米+1200米+66米米的预应应力混凝凝土连续续刚构桥桥。主梁梁采用单单箱单室室、双向向预应力力混凝土土箱型断断面，上上部宽度度
3、9m。悬悬臂浇筑筑梁段773米+884米，00号梁段段12米米，边、中跨合合拢段22.0米米, 边边跨现浇浇段5.0米。张拉时时间按照照设计要要求为浇浇筑后33天且混混凝土强强度达到到设计强强度的885，张张拉采用用双控。3 连连续刚构构施工易易出现的的问题连续刚构构施工中中遇到的的问题总总的来说说如下：（1）连连续刚构构桥墩为为柔性，主主梁相对对纤细，施施工过程程中桥墩墩、主梁梁的受力力安全、稳定性性需要特特别注意意。（2）悬悬臂施工工节段多多、工期期长，纵纵面高程程受多种种因素影影响，易易出现较较大的悬悬臂标高高误差。（3）施施工中实实施的强强迫合拢拢，将在在结构中中产生不不利的附附加应力
4、力，影响响结构受受力安全全。所以确保保成桥线线形与内内力状态态符合要要求非常常重要，直直接影响响桥梁的的使用功功能。4本桥实实施施工工控制的的目的和和意义大跨径预预应力混混凝土连连续刚构构桥施工工监测的的目的就就是在悬悬臂施工工过程中中，通过过监测主主墩和主主梁结构构在各个个施工阶阶段的应应力和变变形，来来达到及及时了解解结构实实际行为为的目的的。根据据监测所所获得的的数据，首首先确保保结构的的安全和和稳定，其其次保证证结构的的受力合合理和线线形平顺顺，为大大桥安全全、顺利利地建成成提供技技术保障障。5施工控控制的内内容悬臂施工工属于典典型的自自架设施施工方法法。在施施工中以以成的结结构状态态
5、是无法法事后调调整的，所以九架棚大桥施工控制主要采取预测控制法，主要控制是施工控制模拟结构分析、施工监测（包括结构变形与应力监测等）、施工误差分析以及后续施工状态预测几个方面。6 施施工控制制方法与与最优控控制计算算6.1大大跨径连连续钢构构桥的施施工控制制是一个个施工量测识别修正预告施工的的循环过过程。在在施工控控制中，需需从受到到或多或或少噪声声污染的的结构状状态中估估计出真真实的结结构状态态。同时时，为了了达到施施工控制制的最基基本要求求，即它它的最优优性能指指标，可可针对施施工过程程组成随随机最优优控制系系统，对对结构状状态理论论值与实实测值之之间的误误差进行行分析、调整、预测。本桥运
6、运用工程程控制论论的思想想，采用用最优控控制理论论与计算算机相结结合的技技术，将将九架棚棚大桥成成桥线形形和施工工期结构构变化状状态，作作为线形形离散、确定性性动态系系统最优优控制的的对象，通通过卡尔尔曼滤波波法，建建立随机机的数学学模型和和性能指指标，用用递推滤滤波的思思想，从从被噪声声污染的的状态中中估计出出真实的的状态，并并用估计计出来的的状态变变量，按按确定性性的最优优控制规规律构成成闭环状状态反馈馈系统，求求出最优优控制变变量值，不不断对各各阶段进进行调整整、控制制，最终终达到随随机最优优控制的的目的。施工控控制流程程见图11前期结构分析计算预报变位和立模标高施工测量误差分析修改设计
7、参数结构计算立模标高、悬臂端挠度、有效预应力、温度、弹性模量、收缩徐变系数立模标高误差弹性模量误差温度影响徐变影响计算模式误差图1 施工控控制流程程6.2施施工控制制计算的的原则（1）施施工方案案本桥主要要是研究究施工方方案，从从而确定定悬臂施施工期间间的施工工荷载：一是挂挂篮荷载载根据设设计图确确定；二二是施工工期间的的其它荷荷载。（2）计计算图式式九架棚大大桥主要要经过悬悬臂施工工和三次次合拢，则则在施工工中结构构体系不不断变化化，因此此在各个个施工阶阶段应根根据符合合实际状状况的结结构体系系和荷载载状况选选择正确确的计算算图式进进行分析析、计算算。由于主桥桥合拢前后后结构体体系将发发生转
8、变变，即由由对称的的单“T”静定结结构边为为对称的超静静定结构构，故在在合拢前后后调整时时，只需需取单“T”分别进进行调整整。本桥桥控制计计算模型型的建立立如图2所示。(a) 悬臂浇浇筑连续续刚构桥桥计算模模型(b)悬悬臂浇筑筑连续刚刚构桥计计算模型型中预应应力筋布布置图2 悬悬臂浇筑筑连续刚刚构桥MMidaas分析析模型(3) 结构分分析程序序：对连连续梁桥桥、连续续刚构桥桥的施工工控制计计算而言言采用用平面结结构分析析方法基基本可以以满足实实际施工工控制的的需要。(4) 非线性性影响：非线性性对中小小跨连续续梁桥、连续刚刚构桥的的影响可可以忽略略不计，但但对大跨跨径则有有必要考考虑非线线性
9、的影影响。 (5) 预加应应力影响响：预加加应力直直接影响响结构的的受力与与变形，施施工控制制中应在在设计要要求的基基础上控控制预应应力的实实际施加加程度。(6) 混凝土土收缩、徐变的的影响：连续梁梁桥、连连续刚构构桥必须须计入混混凝土收收缩、徐徐变对变变形影响响。(7) 温度：温度对对结构的的影响是是复杂的的，通常常的做法法是对季季节性温温差在计计算中予予以考虑虑，对日日照温差差则在观观测中采采取一些些措施予予以消除除，减小小其影响响。(8) 施工进进度：施施工控制制计算需需按实际际的施工工进度以以及确切切的预计计合拢时时间分别别考虑各各个部分分的混凝凝土徐变变变形。6.3最最优控制制理论的
10、的采用对于悬臂臂施工的的连续刚刚构桥，其其后一块块件是通通过预应应力筋使使混凝土土与前一一块件相相连接而而成，因因此，每每一施工工阶段都都是密切切相关的的。分析析各施工工阶段及及成桥结结构的外外形和受受力特性性就变得必不不可少。为了使结结构在最最终成桥桥状态时时达到设设计要求求的各项项性能指指标，确确定各施施工阶段段结构的的线形的的桥梁悬悬臂施工工中最重重要的任任务之一一，而决决定上部部结构每每一待浇浇块件的的预拱度度尤其重重要。因因为合拢前，一一个单跨跨的两个个悬臂端端部应该该尽可能能在同一一水平面面上；桥梁在在施工和和运营状状态下，上上部结构构的标高高频繁发发生变化化（上挠挠或下挠挠）。因
11、因此，在在上部结结构各个个截面的的施工中中应该预预留容许许偏差，以以期保证证在“无限长长时间”（约115年20年年）以后后结构物物能够保保证在设设计所规规定的标标高范围围内。由于建桥桥材料的的特性、施工误误差等是是随即变变化的，因因而施工工条件部部可能是是理想状状态。为为了解决决上述问问题，在在九架棚棚大桥的的施工中中，从前前进分析析、倒退退分析、实时跟跟踪分析析三方面面入手，相相互结合合，实现现成桥结结构在线线形、内内力各方方面满足足设计要要求的目目标。（1）前前进分析析 前进分分析的目目的在确确定成桥桥结构的的受力状状态。这这种计算算的特点点是：随随着施工工阶段的的推进，结结构型式式、边界
12、界约束、荷载型型式在不不断变化化，前期期结构发发生徐变变和几何何位置的的改变。因而，前前一阶段段结构状状态将是是本次施施工阶段段结构分分析的基基础。我我们将这这种按施施工阶段段进行的的结构分分析称为为前进分分析法。前进分析析不仅可可以为成成桥结构构的受力力提供较较为精确确的结果果，为结结构强度度、刚度度验算提提供依据据，而且且还可以以为施工工阶段理理想状态态的确定定形成一一个描述述结构状状态的数数据文件件，作为为完成桥桥梁结构构施工设设计、控控制的基基础。（2）倒倒退分析析前进分析析系统可可以严格格按照设设计好的的施工步步骤进行行各阶段段内力分分析，但但由于分分析中结结构节点点坐标的的迁移，最
13、最终结构构轴线不不可能达达到设计计轴线。实际施工工中桥梁梁结构线线形的控控制与强强度控制制同样重重要，线线形误差差将影响响桥梁的的合拢等。为了使使竣工后后的结构构保持设设计线形形，在施施工过程程中用设设置预拱拱度的方方法来实实现。而而对于分分段施工工的连续续刚构件件，一般般要给出出各个施施工结构构物控制制点的标标高（预预拱度），以以便最终终使结构构物满足足设计要要求，这这个问题题比较复复杂。倒退分析析系统可可以从根根本上解解决这一一问题。它的基基本思想想是，假假定t=t0时时刻结构构内力分分析满足足前进分分析t00时刻的的结果，线线形满足足设计轴轴线。在在初始状状态下，按按照前进进分析的的逆过
14、程程，对结结构进行行倒拆，分分析每次次拆除一一个施工工段对剩剩余结构构的影响响。在一一个阶段段内分析析得到的的结构位位移、内内力便是是理想施施工状态态。各个理想想施工状状态的确确定都是是前进分分析的逆逆过程，倒倒退分析析程序系系统的设设计与前前进分析析相似，此此外还注注意了以以下几点点：倒退分分析系统统用到的的输入数数据文件件由前进进分析提提供，初初始状态态由前进进分析确确定。拆除构构件用相相应单元元退出工工作的方方式模拟拟，即在在形成结结构总刚刚度时，约约束退出出工作的的节点，并并去除退退出工作作单元的的刚度。拆除大大拿园的的等效荷荷载，用用被拆单单元接缝缝处的内内力反向向作用在在剩余主主体
15、结构构接缝处处来加以以模拟。拆除构构件后的的结构状状态为拆拆除杆件件前的结结构状态态与被拆拆除杆件件等效荷荷载作用用状态的的叠加，即即认为载载这种情情况下线线性叠加加原理成成立。被拆构构件应满满足零应应力条件件，剩余余主体结结构新出出现接缝缝面应力力等于此此阶段对对该面施施加的预预应力。这是倒倒退分析析的必要要条件。（3）反反馈控制制的实时时跟踪分分析。6.4现现场测试试与参数数识别为了确保保施工的的顺利实实施，施施工过程程中各项项技术参参数的准准确测定定至关重重要，它它时进行行施工控控制的必必要初始始参数，它它为施工工计算提提供可实实测依据据，是最最终实现现施工控控制目的的的最关关键一步步。以下下介绍九九架棚大大桥现场场测试的的内容及及结果。6.4.1应力力测试在大桥上上部结构构（箱梁梁）的控控制截面面布置应应力量测测点，以以观察在在施工过过程中这这些截面面的应力力变化及及应力分分布情况况。结合合反馈控控制的实实时跟踪踪分析系系统（即即随机最最优控制制系统），由由反馈控控制子系系统提供供最优可可调变量量的调整整方案，由由实时跟
