预应力混凝土斜拉桥监控内容分析

刘冠华

摘要：预应力混凝土斜拉桥施工步骤复杂，且施工现状与设计的假定总会存在差异，需要通过施工监控实时调整来确保合理的成桥状态。本文论述典型预应力混凝土斜拉桥施工监控目的、内容及方法。

关键词：预应力混凝土斜拉桥 施工监控

1 施工监控的目的

斜拉桥是高次超静定结构，它对成桥线形有严格的要求，每个节点得坐标的变化都会影响到结构内力的分配。桥梁线形一旦偏离设计值，势必导致内力偏离设计值。另外，主梁、桥塔和斜拉索之间的刚度相差十分悬索，受斜拉索垂度、温度内力、分力和日照影响、施工临时荷载、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰，使力与变形的关系十分复杂。

为此必须在施工中采集需要的数据，及时掌握结构实际状态，并通过计算，对浇筑主梁立模标高和斜拉桥的安装索力给以调整与控制，以满足设计的要求。

通过施工过程的数据采集和优化控制，在施工中逐步做到把握现在，预估未来，避免施工差错，尽可能减少索力调整工作量，缩短工期，节省投资，确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的主梁线形符合设计要求，结构恒载内力状态接近设计期望。因此对于预应力混凝土斜拉桥来说，施工监控是很重要的。

2施工监控工作内容

预应力混凝土斜拉桥主塔、主桥上部结构施工全过程监控，主要指主塔、斜拉索索力、主梁线性控制、内力控制、温度控制等。

1） 参与桥梁施工方案审查，对施工方案进行优化，对施工中出现的问题和意外情况提出处理方案等；

2） 现场测量结构温度、环境温度等；

3） 在边跨主梁满堂支架现浇时提供满堂支架的标高及中跨主梁悬浇时提供立模标高，并对主梁线形、主塔位移进行监控；

4） 在边跨主梁满堂支架现浇和中跨主梁悬浇时提供提供各次张拉索力，并进行全过程索力监测；

5） 主梁、塔墩、横梁各控制截面应力监测，包括以下截面： 对于主梁：塔主梁纵向应力监测断面选为主塔两侧第一对索内侧梁段截面，主跨高塔索面1/4截面，主跨合拢段控制截面。对于主塔：塔梁交界处截面，塔高中点截面。

6） 主梁悬浇的前三个节段，需监测主梁外侧应力及裂缝情况，对下一节段施工提出指导意见。

7） 按照业主要求，提供阶段报告及监控报告。

施工时，在边跨主梁满堂支架现浇和中跨主梁悬臂浇注过程中，确保主梁线形和顺、正确是第一位的，施工中以标高控制为主。二期恒载施工时，为了保证结构的内力和变形处于理想状态，拉索再次张拉时以索力控制为主。

3 施工监控的方法

3.1设计参数误差分析和识别

斜拉桥的施工过程复杂，影响参数多。如：结构刚度、梁段的重量、斜拉索张拉力、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等。求施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，我们在施工过程中对这些参数进行识别和预测。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。

1）设计参数识别

桥梁结构的设计参数主要是指能引起结构状态（变形和内力）变化的要素。结构设计参数的变化能导致结构内力的变化和形状的变化，因此我们在施工控制中，必须对结构设计参数进行识别和修正。应该讲，在同一座桥梁结构中，不同的设计参数对结构形状的影响程度是不同的，主要包括以下五类：

（1） 结构几何形态参数

结构几何形态参数主要是指桥的跨径、拉索的线性，塔高等，它代表了结构的形态和结构最初的状态。

（2）截面特征参数

截面特征参数主要包括：塔（墩）截面的抗弯惯性矩、截面面积和抗推刚度，主梁截面的抗弯惯性矩和截面面积，缆索截面的面积等。在桥梁的结构施工中，这些参数对结构的内力变化和结构变形都有较大影响。

（3）与时间相关的参数

温度和混凝土收缩、徐变是两个随时间而变化的设计参数。温度的变化对桥梁结构的内力和变形都有较大影响，一贯做法是通过定时观测（如每天早晨日出前进行观测）来尽量减小温度的影响。混凝土收缩、徐变与桥梁结构的形成历程有着密切的关系。

（4）荷载参数

在结构上施工控制中，荷载参数主要指结构构件自重力、施工临时荷载和预加力。对于现场浇注的混凝土结构来说，由于涨模引起的构件自重的变化是经常发生的。施工临时荷载时较为稳定的量，在施工过程中一般不会有大的变化。对于预应力体系中的有效预加力，通过计算可以较为准确的获得。

（5）材料特性参数

材料特性参数主要指材料的弹性模量E和剪切模量G，对于钢材来说，弹性模量和剪切模量是很稳定的参数，而对于混凝土材料而言，弹性模量和剪切模量有一定的波动，在施工控制过程中要对其进行参数识别。

2）优化调整

斜拉桥施工控制主要以控制主梁标高、控制截面弯矩和斜拉索索力为主。优化调整也就以这些因素建立控制目标函数（和约束条件）。通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析。应用优化方法（如采用加权最小二乘法、线性规划法等），调整本梁段与未来梁段的安装索力以及未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工過程中受力安全。必要时还可对已施工梁段的索力进行调整。

3.2索力形成方法

斜拉桥利用若干斜向拉索的弹性支承减小了梁内的弯矩，使得梁体截面尺寸减小，主梁自重得以减小，桥梁跨越能力得到增加。斜拉桥的索力对于桥梁的受力状态是至关重要的。根据斜拉索张拉次数一般分为两种，一次到位法和分次到位法。

一次到位法，即一次张拉到位，后续施工过程中，此根斜拉索不再主动调整索力。这种方法施工方便、简单异形，但对施工精度要求较高，而且有些预应力混凝土斜拉桥采用一次张拉到位法，施工过程中塔梁的内力变形会超过规范允许值。

分次到位法的基本思想是分次张拉，逐步到位。在整个施工过程中对拉索进行分期、分批张拉，最后到达设计成桥索力，可以最大程度的优化施工过程中结构的受力，保证结构处于安全可靠状态。

3.3自适应控制法

目前，斜拉桥的施工控制常用的方法可以归纳为三类：开环控制法、反馈控制法和自适应控制法。开环控制法对施工的出现的误差不需要进行反馈，一般误差较大；反馈控制法是通过施工控制过程中关键参数的测量对比，进行设计计算，得出修正量，纠正偏差；自适应控制法是在闭环反馈控制的基础上，再加一个系统参数识别的过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。

自适应控制的核心在于关键参数误差识别。在自适应系统的施工实际状态中，可以将误差分为施工误差、测量误差、参数误差等，在比较施工理想状态与施工实际状态之间是否存在误差后，出现了两种可能：如果没有误差，既可以转入下一阶段的施工；如果发现误差，还必须判别是否存在计算模型参数误差，如果计算模型参数误差不可忽略，则必须对结构参数进行识别，并将识别得到的模型参数代入到计算程序中，重新进行合理状态分析，以便确定新的成桥理想状态和施工理想状态，又进入到新的一轮循环中，直至参数误差消除或施工完成；如果没有参数误差，则采用实时前进分析法计算确定计入各种影响的实际结构状态，即最优实现状态；重新开始新的一轮理想倒退分析方法计算确定调整后的施工理想状态，直至施工完成。

4结论

预应力混凝土斜拉桥施工过程中所处的状态于计算的理论受力状态难以吻合，施工过程中斜拉桥的各种参数存在误差，为了使预应力混凝土斜拉桥得到合理的成桥状态，必须采取相应措施对施工过程进行控制调整。本文介绍典型预应力混凝土斜拉桥施工监控的目的和内容，并简要介绍自适应控制方法。

参考文献

[1]刘士林，王似舜.预应力混凝土斜拉桥.北京：人民交通 出版社，2006

[2]周先念，杨共树等.预应力混凝土斜拉桥.北京：人民交通出版社，1989

[3]林元培.斜拉桥.北京：人民交通出版社，1994