自架设施工连续箱梁桥的合理成桥线形的实现及安全控制研究

刘欣 朱霖

摘要：连续梁在自架设施工浇筑过程中，其应力﹑线形﹑受力体系将随着梁段的浇筑过程不断变化，若在施工过程中不加以控制，则造成偏离预期的结果。本文基于灰色理论对旄儿港大桥进行合理成桥线形及安全控制研究。

关键词：连续箱梁悬臂施工施工控制灰色理论

中图分类号：U448文献标识码： A

1桥梁概况

旄儿港大桥为104国道湖州杨家埠至鹿山段改建及配套工程中高架桥的一部分，跨越旄儿港。上部结构为55+90+55m双幅预应力混凝土箱形变截面连续梁桥，主桥变截面箱梁采用单箱单室截面。施工方法采用成熟的悬臂浇筑施工法。

2桥梁控制原则及要点

旄儿港大桥监控实施原则，针对结构安全﹑线形﹑应力进行跟踪监控实施，在结构满足相关安全指标的前提下，对进而监测桥梁线形应力是否满足预测结果，旄儿港大桥实施监控时采取应力线形的双控指标，其中以线形挠度控制为主，兼顾所选取截面应力的变化规律。采用此决策的主要因素是：线形挠度反映的是桥梁整体的变化规律，是结构在各种因素综合作用下的整体反映，且可以达到较高的精度；应力﹑应变所选择的往往是某个截面，对某个界面进行测试再与理论值进行校核验算，反映的是结构某点处的应力状态。

控制要点：对现场环境进行搜集整理，并对桥梁产生的反应进行模拟分析；此外在施工过程中不断搜集相应参数及数据，为桥梁的安全预警作出及时反应。

3桥梁控制基本理论和方法

旄儿港大桥施工控制的目的和要点紧密结合在一起，以确保期施工的安全及合理，主要围绕线性和应力的控制。现场搜集资料及理论模型计算，并运用灰色理论及最小二乘法对相应随机误差及系统误差误差进行分析。

模型的建立首先根据设计给出的参数进行建立理论模型，通过对施工状态的模拟，计算出模型相应状态的响应（主梁应力﹑挠度等）。并与设计计算相复核。

正装分析根据桥梁的设计信息如梁体横截面﹑约束条件﹑材料﹑束筋配置﹑混凝土收缩徐变等相关信息并结合梁的具体施工方案进行建立初始模型；每个施工梁段结束时应搜集相关信息，对搜集数据进行处理后与模型计算结果比较，作为下一梁段的初始信息，并及时对其前信息进行反馈处理。

倒装分析法能够很好地实现桥梁在成桥及运营后的线形和应力达到预期的效果，被拆构件应满足零应力原则，其对前阶段的影响可用等效荷载代替。但倒拆分析法应结合正装分析发对混凝土收缩徐变进行考虑。为减少计算误差也应进行相应的迭代计算以减少因自身挠度带来的误差。

4影响桥梁成桥线形及安全的因素分析

桥梁在施工过程中影响桥梁成桥线形的实现的因素较多，因此应对相应参数具有准确的的识别与调整。其中，温度参数是影响成桥线形实现的关键性因素，理论上来讲，每一种温度状态都需要给出相应的立模标高，并考虑相应的混凝土日照状态下效应延迟的因素，然而理论上的可行性在具体施工监控中也较难以实现，因此在施工测量及调整校核时尽量规避有温度带来的影响；此外还考虑了混凝土的收缩徐变﹑弹性模量﹑容重﹑挂篮﹑有效应力﹑施工进度误差及施工周期等相应参数的影响。对于旄儿港大桥施工过程中，对徐变及容重等因素采用了最小二乘法进行了识别。

由于混凝土弹性模量的取值大小对早期张拉结构挠度计算分析非常重要的作用，现场混凝土试验受力条件及环境要做到与实际结构受力条件及环境一致是比较困难的，关于弹性模量对误差带来的影响见图1；

图1 弹性模量提高10%张拉中跨合龙段的计算结果比较（单位：mm）

预应力管道定位﹑张拉以及管道摩阻系数与设计值都可能存在一定偏差，这种偏差对成桥线形影响很大，是施工控制的重要因素。通过修改张拉参数进行比较分析，使其得到很好的控制，关于预应力张拉带来的影响见图2；

图2 张拉力提高10%张拉中跨合龙段的计算结果比较（单位：mm）

由以上分析结果可知，不同参数改变10%后其对结果的影响各异，经过对相应参数分析知，对挠度影响最大的是预应力，其次是自重，弹模对挠度也有一定影响，为了减少计算结果与实际状态之间的误差，对参数的识别和调整十分重要。

5误差分析与调整

施工中误差可分为系统误差和随机误差，为了实现成桥线形的合理性应对梁段前段立模标高进行很好的确定。对于相应误差应采用相应理论进行滤除﹑估测﹑预测﹑调整。前述已经对影响挠度的参数进行了详尽的分析，在此对系统及随机误差进行分析。

由各阶段实际估测值与理论计算值是否具有方向性，确定是否有系统误差，如存在方向性，则存在系统误差，否则不存在。由下阶段预拱度预测值与理论值可以得到下阶段预测误差，从而得出一下阶段调整值。

假设计算参数调整后使下阶段由原来的理想状态有所改变该变量为，下阶段预拱度调整值可通过一下情况进行调整：

（1）若系统误差不存在，则不需对地进行调整，；

（2）若系统误差存在，且,参数影响占主导因素，此时取；

（3）若系统误差存在，且,系统误差占主导因素，此时取；

在误差的调整中采用灰色理论，并运用GM（1,1）对结构参数﹑环境因素进行分析，根据需要将预测参数代入结构方程，从而求得结构的状态参数，得出的参数与实际状态具有很好的协调性，进而具有较高的计算精度；灰色理论建立的模型是运用少数数据，并对新老数据不断更替的过程，由于这种“瞬间模型”是根据现场采集数据不断变更，在不断地采集，不断地变更模型，不断地预测，来适应状态的不断变化，以减少环境﹑噪音的不断干扰，对残差的识别﹑修正﹑提高精度，进而具有很好的自适应能力。

GM(1，1)预测模型相应白化微分方程为：

其中：a为发展系数，b为灰色作用量。

6控制分析结果

各梁段立模标高按以下公式进行计算分析：

—梁段立模标高；

—箱梁各截面相应设计值；

—由各参数影响所产生的预拱度；

—由灰色理论对计算预拱度的调整值；

—由于梁体自重对i号梁段产生的预拱度；

—由于梁体预应力（计及由于应力松弛及摩阻损失带来的反预拱）对i号梁段产生的预拱度；

—混凝土收缩徐变（包括施工过程中及运营过程中）对i号梁段产生的预拱度；

—正常使用过程中由1/2活载产生的预拱度；

—二期荷载引起的预拱挠度；

—挂篮的弹性变形值，根据挂篮预压数据进行分析处理，得出挂篮变形一次线性回归线，本桥梁挂篮弹性变形在1.6～2.5cm；

Δ—由于临时支座与永久性支座不在一水平面所致，有具体临时支撑情况决定。

成桥线形与预期结果误差在允许范围之内，应力亦和设计值较为吻合，满足施工过程及运营过程中的受力合理性。成桥后实测值与理论值存在一定误差原因;首先，在施工监控过程中，虽然对一些参数进行了识别﹑调整，但对混凝土的容重﹑弹模等参数由于实验的滞后性以及实验数据的真实值不可避免的存在一些误差，导致模拟与实际值存在一定的偏差；其次，模型建立时，混凝土的收缩徐变往往采取一些规范规定系数，由于施工过程中因自然环境变化的多样性，实验室试验难以精准的模拟相应的多元变量，因此，由此带来的误差亦对最终成桥误差产生一定影响；此外，施工过程立模的误差等因素对成桥线形易产生较大误差。

7结束语

本文依托旄儿港大桥施工控制进行了合理成桥线形实现与安全控制进行了研究，通过正装倒拆法并结合自适应法对桥梁成桥线形做了具体分析，同时通过最小二乘法对桥梁影响参数进行了识别，依据灰色理论对误差进行相应的分析和调整。最终的成桥线形达到了合理的值，对每一施工阶段应力进行了测量分析比较，对桥梁安全控制得到了很好的预警作用。

不足之处在于，对桥梁测量数据太少，不能很好地对参数识别及误差进行修正，如何进行参数识别修正，使识别得到的参数值真实反映实际情况是施工控制中值得的研究的问题；深入研究施工控制理论,研制更加合理和适用的控制软件,提高监测的精度和自动化程度以及建立起一套完善的控制理论,是今后桥梁施工控制需进行的工作。

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