桥梁施工的误差分析和反馈调整机制

（广东恒州路桥建设有限公司 广东韶关 512023）

桥梁施工的误差分析和反馈调整机制

黄光鹏

（广东恒州路桥建设有限公司 广东韶关 512023）

探讨了桥梁施工的误差特点，其中结构参数误差是桥梁施工监控关注的重点。分析了桥梁施工的误差类型和成因，包括线形误差和应力误差，提出了这些误差对桥梁形成的风险。最后，总结了桥梁施工误差的反馈调整机制，分别从调整方法、调控标准和调节手段三方面进行了分析，以保证桥梁施工达到预期合理的成桥状态。

桥梁；施工监控；误差分析；自适应；反馈机制

1 前言

施工过程对桥梁结构的状态影响重大，不同的施工方法所达到的成桥状态不同，相应的结构设计方法也有明显差异，因此需要采用施工监控的手段，跟踪分析桥梁在施工全过程的状态演化，并根据实时监测结果与理论预期状态进行对比分析，控制误差范围，使得桥梁按照预想的状态成桥，满足桥梁运营要求。

施工监控就是对桥梁若干技术指标进行监测分析，并采用误差调整控制的方法，使得该技术指标满足结构状态演化要求。因而施工监控的目的就是进行误差分析，并通过误差反馈调整，保证桥梁达到预期成桥状态[1]。如果桥梁不重视施工监控，有可能使得成桥应力状态和线形状态与预期不符，给桥梁运营带来持续的隐患；严重的甚至导致桥梁施工过程梁体开裂、破坏、倒塌等问题[2,3]，因此需要重视桥梁的施工监控。

论文首先分析桥梁施工过程中误差的基本特点，并讨论各种误差的特点和原因，通过对不同成因的机理分析，提出误差反馈调整机制，使得桥梁按照给定的施工状态演化，最终达到预期成桥使用状态。

2 桥梁施工的误差特点

施工误差就是实际施工过程的测试值与理论计算值之间的偏差，根据桥梁施工特点，其误差类型主要体现在结构参数误差，这也是施工中对桥梁状态最为关心的。

图1. 桥梁施工的误差关系

系统而言，结构参数误差由施工误差、测量误差和理论误差三个方面决定，如图1所示。测量误差是施工中各参数指标测试值并不一定反应实际值，由于传感器自身性能的影响以及安装使用方法不准确等问题导致，常见的测量误差包括温度、应力、变形的测量值，这些误差将直接导致桥梁施工状态评估的差异。理论误差则是理论分析存在的偏差，例如桥梁施工中各参数的理论值往往需要通过有限元分析确定，这时候有限元计算的准确性、模型选择适宜性、边界与荷载处理方式等，都与实际存在偏差。理论误差可以通过提高桥梁工程知识来提高，而测量误差可以提高传感器性能以及规范传感器的安装和测试等工作实现，因此这里都不详细考虑。

施工误差则是由于施工质量控制不合理导致。桥梁施工的过程应该是按照图纸进行放样的过程，但由于实际施工的复杂性，加上施工操作人员的因素，使得施工完成的构件并不能达到理想值，这些使得桥梁实际状态差别于理论预期值。由于桥梁施工是个复杂的系统工程，特别是对于大跨度桥梁，一方面根据上述误差类型的本质进行控制，例如提高现场施工人员的工程素养，提高施工准确性等；另一方面则应该通过误差产生的结果进行分析，寻找调控机制。

3 桥梁施工的误差分析

通过桥梁施工产生的误差结果，寻找误差成因和根源，是针对复杂桥梁施工监控的有效手段。桥梁施工过程中存在诸多可变条件，为了达到监测和控制桥梁状态的目的，一般通过线形和应力监测结果进行调控。实际上线形和应力两者之间存在一定耦合关系，以下则针对线形和应力的误差进行分别分析。

3.1线形误差分析

线形误差是施工桥梁的轴线、标高等参数与理论形成的偏差，不同的桥梁结构型式其误差特点也有差异。

梁式桥结构主要是标高误差，随着桥梁施工的开展，梁体标高由于施工偏差等原因，会与理论标高存在偏差，这种偏差会进行累积，直至影响桥梁的合拢，特别是对于悬臂施工工艺。因而施工过程中需要对桥梁的标高进行观测，出现误差及时调整。

拱式桥结构主要是主梁标高和拱轴线偏差，主梁标高同样可以根据梁式桥进行调整，拱轴线偏差则对拱的受压状态产生非常显著的影响，在拱体结构的拼装过程中，需要特别关注对拱轴线的监测调控。

斜拉桥的线形偏差也主要体现在主梁标高上，对于悬臂施工的斜拉桥主梁，主梁标高与斜拉索张拉力高度相关，因此需要通过张拉斜拉索及时调整主梁标高误差。

悬索桥的线形偏差有主梁标高和缆索标高两部分，空缆线形对于主缆后续承担荷载起到了关键作用，因此施工中只有达到空缆预期位置才能进行下一步的施工操作，而加劲梁吊装过程中需要实时监测主缆变形，通过倒装分析推导各个加劲梁吊装情况下的主缆标高变化，并及时调整可能误差。

3.2应力误差分析

桥梁施工偏差可能会产生桥梁应力状态的变化，这是非常危险的，很可能导致构件破损和倒塌，直接形成安全威胁。桥梁的应力误差则根据构件受力特点进行分析，一般而言索塔和墩柱承受较大的压应力储备，因此其应力误差所引起的结果不是最主要的，最关键的在于主梁和索结构，针对不同构件特点，其应力误差分析如下。

混凝土梁结构的应力误差直接影响是开裂问题，由于混凝土较低的抗拉强度，使得多数混凝土桥梁都需要采用预应力施加压应力储备。梁桥、拱桥和悬索桥在施工过程主梁主要以受弯为主，因此需要特别关注负弯矩区的混凝土应力指标；斜拉桥在施工中主梁处于压弯状态，因此除了关注负弯矩区开裂问题还需要关注索塔处主梁的压溃问题，招宝山大桥施工事故就是由于主梁压溃所致。钢梁结构的应力误差所带来的风险是钢板局部屈曲问题，由于钢构件属于细长杆件，板件的局部屈曲一直是其设计的难点。受弯为主的钢梁结构需要关注受压区腹板和底板的加劲问题，压弯为主的钢梁则同样关注压弯区的板件构造与连接，避免施工中出现失稳风险。

缆索构件的应力误差主要是连接失效风险，缆索系统主要受轴力作用，由于缆索结构较大的抗拉强度，一般不存在安全风险，主要是缆索与其他构件的连接问题。

3.3误差成因分析

通过分析线形误差和应力误差对结构形成的潜在风险，由于线形误差往往和应力误差直接关联，因而需要寻找产生上述误差的原因。

首先，施工误差是产生线形和应力误差的主要主观因素，这其中包括施工人员执行问题，也涵盖施工制度问题。其次，结构受力复杂性是一个重要客观因素，例如混凝土的收缩徐变效应，现如今对混凝土的收缩徐变考虑都仅仅在材料层次，且针对线性徐变问题，但是桥梁中混凝土受到各种构件约束，且高应力区域的混凝土徐变是非线性特征，对混凝土收缩徐变把握不准确使得预应力损失估计不准确，导致产生误差；最后，施工环境差异也是重要客观因素，施工中因为温度变化以及风荷载影响等，也会产生始料未及的施工误差。

通过线形和应力误差特点的分析，结合误差的成因机制，采用误差反馈机制进行施工调控，保证桥梁状态回到理论状态上来。

4 误差反馈调整机制

通过各个工序的监控数据误差分析，寻找误差的类型和成因，就可以通过调控施工监控目标达到理想成桥状态[4]，如图2所示。

图2. 桥梁施工的误差反馈调整流程

4.1误差调整方法

误差调整可以通过多种方法进行，例如基于随机状态估计的卡尔曼滤波法，基于网络学习和误差反向推导的神经网络法，基于误差最小化的最小二乘法等，这些方法都为提供自适应误差调整机制提供了技术手段和方法理论，以这些理论为基础，则需要根据桥梁施工中可以调控的目标，根据误差可接受水准进行调整控制。

4.2误差调控标准

不同桥梁结构和跨径所接受的误差范围并不相同。线形方面，梁桥轴线和高程误差需控制在±5mm和±10mm，悬臂合拢端在±20mm；转体施工拱桥标高在± 10mm，悬臂施工标高在±20mm，而合拢后标高和轴线都应该在±10mm；斜拉悬索桥混凝土梁合拢和成桥误差在±15mm和±10mm；钢梁则是±20mm和±15mm。应力方面，混凝土构件在大于10MPa情况下应该误差不超过±5MPa，低于10MPa则控制在±1.5MPa；钢构件应力大于60MPa控制在±10MPa，低于60MPa则控制在± 6MPa；缆索轴力误差控制在±5%以内。在上述误差范围之外，则需要进行施工调控。

4.2误差调节手段

桥梁施工调控可通过施工中能够调整的因素对桥梁线形和状态进行调整。

首先，针对混凝土梁桥的线形和应力问题，可以通过调整张拉预应力控制梁桥的应力状态，并调整立模标高调整梁桥的线形状态，一般需要通过预应力张拉和立模标高调整双控方法，达到预期线形和受力状态。

其次，针对拱桥结构可以通过调整吊杆张拉力和梁体预应力方式，调整主梁的应力和线形；对于拱轴线的偏差问题，则应该在施工中及时调整拼装预抛进行调整。

对于斜拉桥线形和受力状态，以调整拉索施工索力为主要手段，辅以梁桥预应力张拉进行双向调控，但需要保证索力的均匀性和协调性。

对于悬索桥线形和受力状态，通过微调张拉吊杆力，使得加劲梁线形和受力满足要求。对于主缆线形偏差问题，应该在空缆状态进行考虑，一旦空缆架设成型且已安装加劲梁，不能再调控主缆线形。

上述调控手段需要辅以施工纠偏理论分析，使得通过一次性调整解决施工误差。需要避免多次施工调控，因为如果第一次误差调整不到位，后续的多次调整将严重影响桥梁已有的结构状态。

5 结论

桥梁状态具有显著的应力历史途径，其成桥与所采用的施工方法高度相关，施工监控则是确保桥梁按照给定施工过程，达到合理状态的控制管理方法。论文针对桥梁施工的误差问题，通过对误差特点与误差原因的分析，总结了最为关注的桥梁线形误差和应力误差的成因，并归纳了误差反馈调整机制，总结了调整方法、调控标准和调节手段，保障桥梁施工达到合理成桥状态。

[1]甘雨.大跨桥梁施工监测应力误差分析[J]. 中国水运 (理论版), 2007, 1： 043.

[2]李辉.公路桥梁施工状态误差及其标准分析[J]. 交通世界, 2016 (27)： 72-73.

[3]徐有为,邹毅松. 桥梁施工控制中监测应力误差分析[J]. 施工技术, 2007, 1.

[4]侯海元.桥梁施工中的误差分析及控制措施[J]. 科技资讯, 2007 (17)： 63-63.

Error analysis of feedback adjustment in bridge construction

HUANG Guangpeng
Guangdong Hengzhou Road and Bridge Construction Co., Ltd., Shaoguan, 512023

The bridge construction errors are discussed. Wherein, errors of structural parameters are the main concern in bridge construction monitoring and control. Error types including profile error and stress error and their causes are analyzed. Their potential threats on bridge safety are also highlighted. Finally, the feedback adjustment to bridge construction errors are summarized from three aspects of method, standard and measure, to ensure that bridge reaches a rational complete state after construction.

bridge; construction control; error analysis; self-adaption; feedback adjustment

U45

B

1007-6344（2017）04-0018-02

黄光鹏（1979-），男，汉族，湖南邵东人，本科。建筑工程师、一级建造师，从事市政路桥施工工作。