大跨度连续刚构桥梁施工控制关键问题分析与研究

摘 要：在连续刚结构桥梁施工中，大跨度连续刚结构桥梁是一种使用比较广泛的模式，由于桥梁的自身结构，这种桥梁结构在施工后期或者运营的过程中仍然会有一系列的问题存在。基于此，文章对大跨度线序刚构桥梁施工控制关键问题进行分析和研究。

关键词：大跨度连续刚构桥梁；施工控制；关键问题；分析研究

随着建筑施工技术的不断发展，预应力混凝土连续刚结构桥得到了广泛的运用，由于连续钢构造桥梁的跨径比较大，为了保证桥梁使用过程中，连续刚构桥的受力性可以达到设计的要求，需要控制好桥梁的施工过程。一般情况下，大跨度连续刚结构桥主要使用多跨钢构造和多跨连续钢构造结构，整个结构为预应力混凝土结构，由于施工过程中，大跨度连续钢构造桥梁主要是使用悬臂施工的方法进行施工，在施工的过程中，会有比较多的不确定因素，致使桥梁产生比较复杂的位移变化和应力变化，所以，控制大跨度刚结构桥梁的施工具有重要意义。

1 工程概况

徐州市三环高架快速通道上跨和平路大桥跨径为预应力混凝土刚结构桥梁，桥梁的底板厚度和桥梁的高度都是按照1.8次抛物线进行设计的，箱梁分别设置了竖向、横向、纵向三个方向的预应力，桥梁的主墩为单薄壁箱形墩，墩身的厚度都是60cm，承台配置了六根钻孔灌注桩基础，连续墩墩身的横向宽度为6.1m，纵向宽度为3.6m，封底混凝土的厚度为0.9m，承台一共配备了六根直径为两米的钻孔灌注桩做基础。

2 施工监控方法及调控策略

预应力混凝土刚构-连续箱梁桥施工过程复杂，影响参数较多，如：结构刚度、梁段重量、预应力、混凝土的收缩徐变、施工临时荷载和温度等。在理论计算时，都假定这些施工监控参数值为桥梁规范规定的理想值。为了消除设计参数取值的误差所引起的施工中结构内力与线形和理论值的偏差，应在施工过程中对这些参数进行识别和预测。本桥采用现代控制理论中的自适应控制方法，即对施工过程中的高程和内力的实测值与理论值进行比较，对桥梁结构的主要基本参数进行识别，找出实测值与理论值产生差别的原因，从而对参数进行修正，达到主梁线形控制的目的。对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。对于主梁线形的调整，最直接的手段是调整当前浇筑节段的立模标高，将参数误差引起的主梁标高的变化通过箱梁节段立模标高的调整予以修正。

3 施工监控系统

根据对大跨度桥梁施工控制系统的长期研究和对104国道徐州北扩赵庄京杭大运河大桥施工控制实践，本桥施工控制系统包括以下五个子系统。

3.1 现场测试系统

根据控制要求测量能够反映桥梁状况的物理量：主梁标高、墩顶偏位、控制截面的应变、结构温度场等等。对结构计算采用的基本参数必须现场采集数据：混凝土的弹性模量、箱梁节段的重量、混凝土的收缩徐变参数、施工临时荷载等。测试工作尽量采用全自动的测试仪器完成，减少工作量和提高测试精度。

3.2 误差分析系统Ⅰ

对采集的数据进行初步加工，采用适当的方法消除因测试方法和测试手段而产生的数据误差。根据测量的温度场计算温度变化对关键控制工况下所采集数据的影响，这是进行后续误差分析成败的关键之一。

3.3 数据判断处理系统

对经过第一次误差分析处理后的数据分析判断，分析当前控制工况下状态数据是否满足施工控制允许的精度要求，并进一步分析判断误差过大产生的原因。

如果误差经判断为施工中某些不确定的、偶然的非结构性的原因产生的（如挂篮的非弹性变形、立模误差等等）则这种误差应采用人工分析判断的方法确定误差量，并根据主梁平顺性等要求人工调整下一阶段的施工控制数据。如果误差过大经判断为结构性的原因所产生的，如计算时的基本参数误差引起的等等原因，则需进行第二次误差分析。

3.4 误差分析系统Ⅱ

具体来讲，该子系统包括参数识别、参数预测、反馈计算、再前进分析四部分。根据当前控制工况下采集的数据估计，可采用卡尔曼滤波法和最小二乘法识别当前结构真实状态，并得到与之相适应的各基本计算参数真值的最小误差估计值。由于误差识别相对施工的滞后性，为对于一些具有统计规律性的基本参数在后续施工阶段的误差可采用灰色理论GM（1，1）模型提前进行预测，以减少误差识别的工作量和控制参数的调整量。由于当前结构存在过大的误差，为了使桥梁在成桥仍满足设计的最优状态，因此必须对后续梁段的立模标高进行调整。根据当前控制工况下的测量数据（已进行第一次误差消除），计算与相应工况下采用已识别和预测过的参数进行前进分析得到的理论数据的误差，采用有效方法计算后续节段立模标高的调整值，做为后续施工梁段的理论值。

3.5 正装计算系统

正装计算系统是整个施工控制系统的最基本的核心，因为最初的理论数据和误差分析系统Ⅱ都是以它为基础。根据实践经验，应用空间杆系有限元计算原理进行正装计算具有足够的计算精度。

4 大跨度连续刚构桥梁施工控制

4.1 大跨度连续刚构桥梁施工控制的线性控制

由于预应力混凝土刚构 - 连续箱梁桥施工过程复杂，影响参数有结构刚度、预应力、施工临时荷载和温度等因素。因此，对于由于预应力混凝土刚构 - 连续箱梁桥施工在理论计算时，对于施工监控参数取值都以理想的标准进行。但是在设计参数取值过程中，易产生误差，而这些误差会对施工过程中的线形和理论值产生影响，应在施工过程中参数进行必要的判断和预测。

在大跨度连续刚构桥梁施工控制的线性控制中我们选取自适应控制方法，这种方法主要是对施工过程中的高程和内力进行比较，即对理想值与实际值进行分析对比，通过这样的方法对大跨度连续刚构桥梁主要参数进行分析识别，从而在现有的数据中判断差别的原因，进而对参数进行改正。对于设计桥梁中的参数误差，需要有设计单位对设计方案进行适当的修改，对于出现的常规参数的误差，通过必要的微调整，进行修改。对于在施工过程中主梁的线形调整，最有效、客观的方法是通过整改浇筑节段的立模标高，对参数误差进行调整，以适应整体的改变。 （下转第243页）

4.2 大跨度连续刚构桥梁施工控制的应力控制

4.2.1 应力控制的原理

应力控制的原理：对于实际的应力值应该是基于应变计所测应变后，根据实际弹性模量值分析得到的，其基本表达式如下：

δ=Eε

式中，E 代表材料的弹性模量的实际值，ε 代表对于应变计所测量的参数变化值。对于刚性材料而言，其弹性模量产生的误差非常小，可以根据规范值求得：E=1.95×105Pa，混凝土材料随着年龄的增加，对于弹性模量而言会产生或多或少的变化，因此，混凝土材料具有时变效应的特性。

4.2.2 应力控制的目的和要求

通过对箱梁自重、预应力钢束张拉对箱梁应力等产生的影响进行分析，并与测试结果进行对比，从而正确对以后的施工进行指导；对应力的分析可以保证整个转换的安全；根据预应力的张拉情况对整个预应力进行次内力分析。通过对应力的分析与检测，可以对桥梁结构整体的受力状况有一个宏观的了解，进而性能和质量是否达到设计要求，为应力控制提供依据和经验。

4.2.3 应力控制的流程

首先通过对传感器的标定预先接着对传感器的值进行测量和分析，在此基础之上对对施工阶段进行分析和测量，包括混凝土浇筑前后、预应力筋张拉前后、移动挂篮前后，在此基础上对对理论和实际值进行对比，进行分析鉴定，判断其是否适合开工，最后完成相应的评审汇报工作。

5 结语

在桥梁施工中，大跨度连续刚构桥是一种比较常用的桥梁类型，文章通过实际案例对刚构桥梁的控制问题进行了分析和研究，根据大跨度连续刚结构桥的基本原理，分析了刚构桥梁控制中的误差，并分析的具体的影响因素。工程施工完成后，整个桥梁的结构受力达到了设计的要求，值得同类工程借鉴引用。

参考文献

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[4] 曾范军，姜彦钊.大跨度连续刚构桥施工控制理论研究[J].黑龙江科技信息，2010（12）：145-146.

作者简介：王强（1976- ），男，江苏徐州人，工程师，本科，从事交通工程监理工作。