浅谈刚构桥施工监控技术

(重庆文理学院 重庆 402160)

一、刚构桥的主要特点

桥跨结构和墩台整体相连的桥梁叫刚构桥。由于两者之间是刚性连接，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，因而将减少跨中正弯矩，跨中截面尺寸也相应减小。刚构桥在竖向荷载作用下，支柱将承受压力外，还承受弯矩。支柱一般也用混凝土构件做成，其在竖向荷载作用下，一般都产生水平推力。刚构桥大多做成超静定的结构形式，故混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉陷和预应力等因素都会在结构中产生附加应力。在施工过程中，当结构体系发生转换时，徐变也会引起附加内力。有时，这些附加内力可占整个内力相当大的比例。

二、连续刚构桥的发展趋势

(一)上部结构的不断轻型化。结构的轻型化，可以减少上下部构造的自重和材料用量，可以减轻对挂篮的要求。由于采用大吨位锚具、高强混凝土和轻质混凝土，上部构造不断轻质化，这也是连续刚构桥的发展方向。

(二)简化预应力束类型。中国连续刚构桥设计中，已有相当多桥取消弯起束和连续束，以竖向预应力和纵向预应力来克服主拉应力，极大地方便了施工，收到了施工部门的欢迎。

(三)取消边跨合拢的落地支架。采用合适的边、主跨比，在导梁上合边跨或与引桥的悬臂相连接来实现合拢。在高墩的场合下，取消落地支架有一定的经济效益。

(四)上部结构连续长度的发展。由于行车速度的提高，人们将行车的舒适提高到了重要的位置。国外在桥梁设计中极力增大上部结构的连续长度，因而产生了“少用或不用伸缩缝是最好的伸缩缝”的观点。

三、桥梁施工监控的含义

施工监控就是结合有限元计算和各种监测手段对桥梁的施工过程进行详细的计算、监测、分析、预测、调整的过程。监控者通过计算和实测对施工过程发出指令，指导施工，保障桥梁建成后达到设计要求的内力和线形状态。对于特大型或大型桥梁来说，施工监控是不可或缺的。监控工作的好坏对于大桥施工期间的永久和临时结构的安全以及大桥建成后的状态有重要影响。因此，施工监控是一项结合了结构计算和监测技术的高技术含量的工作。

四、桥梁施工监控的内容

(一)变形监控。桥梁结构尺寸的控制是施工监控的基本要求。但结构在施工形成过程中均要产生变形，加之施工过程中各种误差的积累，因此任何一个结构不可能达到与设计尺寸准确无误的吻合，故要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，把尺寸偏差控制在一定范围内。

(二)应力监控。结构应力控制好与否，在外观检查时不易发现。但是，如果结构实际应力状态与设计应力状态不符，将会给结构造成危害，并较之结构变形的影响为大，所以，在对桥梁进行施工控制时，尤其要注意对结构应力的监控。

(三)稳定控制。目前，桥梁的稳定性已引起人们的重视，但人们只注重桥梁的稳定计算，而对施工过程中可能出现的失稳现象还没有可靠的监测手段，很难保证桥梁施工安全，更难保证营运时的安全。为此，应建立一套全面监控系统，对桥梁进行终身监控，确保桥梁安全施工、安全运营。

五、桥梁施工控制的方法

(一)纠偏终点控制法。在施工过程中，对产生主梁线形偏差的因素跟踪控制，随时纠偏，最终达到理想线形，这种方法常用卡尔曼滤波法和灰色理论等。显然，这种方法工作量大，有时控制效果不一定理想。

(二)自适应控制法。对施工过程中的标高和内力实测值与预计值进行比较，对桥梁结构的主要基本设计参数进行识别，找出产生实测值与预计值产生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到双控的目的。这种方法的重点在于对影响结构变形和内力的主要设计参数的识别上，而一般只要及时对产生偏差的主要参数进行修正，则实测值与预计值拟合地就非常理想。

(三)最大宽容度法。在设计时给予主梁标高和内力最大的宽容度，即误差的容许值。这种做法减少了控制的难度，但会产生其他问题。

六、桥梁施工控制影响因素

(一)结构参数。不论何种桥梁的施工控制，结构参数是施工控制中结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。事实上，实际桥梁结构参数一般是很难与设计所采用的结构参数完全吻合的，总是存在一定的误差，施工控制中如何恰当地计入这些误差，使结构参数尽量接近桥梁的真实结构参数，是首先需要解决的问题。

(二)施工工艺。施工控制是为施工服务的，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现，除要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。

(三)施工监测。监测包括结构温度监测、应力监测、变形监测等，是桥梁施工控制最基本的手段之一。因为测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等存在误差，所以结构监测总是存在误差。该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象，也可能造成将本来较好的状态调整得更差的情况，所以保证测量的可靠性对施工控制极为重要。在控制过程中，除要从测量设备、方法上尽量设法减小测量误差外，在进行控制分析时必须将其计入。

(四)结构分析计算模型。无论采用什么分析方法和手段，总是要对实际桥梁结构进行简化，建立计算模型。这种简化使计算机模型与实际情况之间存在误差，包括各种假定、边界条件处理、模型化的本身精度等。控制中需要在这方面做大量工作，必要时还要进行专门的试验研究，以使计算模型误差所产生的影响减到最低限度。

七、桥梁施工控制结构分析方法

(一)前进分析法。前进分析法是按照桥梁实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好地模拟桥梁的实际施工历程，能得到桥梁在各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可用来指导桥梁设计和施工，而且为桥梁施工控制提供依据。

(二)倒退分析法。倒退分析法的基本思想是，假定t=t0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果，线形满足设计轴线。在此初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工段对剩余结构的影响，在一个阶段内分析得到的结构位移、内力便是理想施工状态。

(三)结合反馈控制的实时跟踪分析法。结合反馈控制的实时跟踪分析系统是实现桥梁结构施工控制的关键，由反馈控制子系统提供最优可调变量的调整方案，由实时跟踪分析系统分析在计入误差和变量调整之后每阶段乃至竣工后结构的实际状态，同时可根据当前施工阶段向前计算至竣工，预告今后施工可能出现的状态并预报下一阶段当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态，以确定是否在本地施工阶段对可调变量施调。