【文章內(nèi)容簡介】 保證斜拉橋達(dá)到設(shè)計要求的 重要手段。 施工控制目標(biāo) 施工監(jiān)控應(yīng)確?？⒐こ蓸驎r結(jié)構(gòu)的線形、應(yīng)力狀態(tài)和支反力與設(shè)計成橋狀態(tài)保持一致，在施工過程中應(yīng)力的幅度始終處于容許的安全范圍內(nèi)。 控制原則 斜拉橋竣工后的線形應(yīng)符合設(shè)計要求，且索力及結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)在允許范圍內(nèi)，是施工控制的基本原則。 受力要求 反映斜拉橋受力的因素應(yīng)包括主梁、索塔和斜拉索三大部分的截面內(nèi)力和支座反力，通常在斜拉橋中主梁的上下緣正應(yīng)力不起控制作用。在恒載已定的情況下，成橋索力是影響主梁正應(yīng)力的主要因素，成橋索力的變化會對其產(chǎn)生較大影響。而主梁 的應(yīng)力與主梁截面軸力和彎矩有關(guān)，因為軸力的影響較小且變化不大，所以彎矩是主梁中起控制作用的因素。索塔的情況與主梁類似，只是索力對索塔的影響沒有主梁那么敏感，索塔中應(yīng)力通常容易得到滿足。索力要滿足最大最小索力要求，最大索力要求即鋼絲強度要求，最小索力要求即拉索垂度要求。成橋后斜拉橋各構(gòu)件應(yīng)力要滿足設(shè)計單位所提供的設(shè)計成橋狀態(tài)的應(yīng)力要求。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 7 線形要求 線形主要是指主梁標(biāo)高、索塔的位置與變位。主梁的標(biāo)高觀測是大橋施工控制的一項重要工作，它將反映主梁在整個施工過程中的位移變化情況，為結(jié)構(gòu)控制參數(shù)識別，后 期施工狀態(tài)預(yù)測及滿足成橋后橋面線形平順有著重要的作用。 在主梁的施工過程中，索塔的偏移不但會引起加勁梁標(biāo)高的變化，而且會引起斜拉索索力的變化。另一方面，索塔的位置與變位將確定索塔在施工過程及成橋后的位置與線形，考慮非線性效應(yīng)，索塔線形缺陷將導(dǎo)致其成橋狀態(tài)下受力的不合理，因此，控制索塔的位置與變位是十分必要的。 調(diào)控手段 對于主梁和索塔內(nèi)力的調(diào)整，最直接的手段是調(diào)整索力。由于索力較小的變化就會在主梁中引起較大的內(nèi)力的變化，而索力本身又有一定的變化幅度 。 因此，索力可作為成橋目標(biāo)中受力的調(diào)控手段。 對于主梁線形的調(diào)整，調(diào)整輔助墩的立模標(biāo)高和 混凝土箱梁 標(biāo)高是最直接的手段。將參數(shù)誤差以及索力調(diào)整引起的主梁標(biāo)高的變化通過輔助墩的立模標(biāo)高和主梁標(biāo)高的調(diào)整予以修正。 主橋監(jiān)控方法 本橋施工監(jiān)控中采用自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)控制方法對于大跨度、特大跨度斜拉橋，施工中每個工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計所確定的理想目標(biāo)的一個重要原因是有限元計算模型中的計算參數(shù)的取值，并且主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)的取用等與施工中的實際情況有一定的差距。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整量，必須在根據(jù)施工中實測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修 正計算模型中的這些參數(shù)值，以使計算模型在與實際結(jié)構(gòu)磨合一段時間后自動適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個系統(tǒng)參數(shù)識別過程，整個控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。但當(dāng)結(jié)構(gòu)測量的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果不相符時，把誤差輸入到參數(shù)識別法中去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實際測量的結(jié)果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，再按反饋控制方法對結(jié)構(gòu)進行控制。這樣，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識后，計算模型就基本上與實際結(jié)構(gòu)相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對施工過程的各個施工狀態(tài)進行 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 8 更好 的控制。 由于大跨度斜拉橋一般多采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的施工工藝和施工方法，主梁在塔根部的相對線剛度較大，變形較小，因此，在施工控制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確所帶來的誤差對全橋線形的影響較小，這對于上述自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用非常有利。經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后，計算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好條件。然而，參數(shù)識別過程是自適應(yīng)控制的關(guān)鍵，其任務(wù)就是根據(jù)對控制目標(biāo)（如索力、主梁標(biāo)高、塔的變位和結(jié)構(gòu)應(yīng)力等）的測量值與計算值之間的誤差反算施工過程模擬計算中選用的參數(shù)，如混凝土的彈性模量、主梁自重集度、掛籃 剛度、徐變系數(shù)等。目前參數(shù)識別的算法有二類 :一類是基于誤差最小化的算法，如最小二乘法等；另一類則是基于隨機狀態(tài)估計理論的算法，如普遍推廣的卡爾曼濾波法等。大跨度斜拉橋自適應(yīng)控制框圖 ，如 圖 所示 。 圖 施工過程中的自適應(yīng)控制框圖 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 9 三、主橋監(jiān)控內(nèi)容 理論計算 正裝計算方法 正裝計算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順序來進行結(jié)構(gòu)受力和變形分析，它能較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工歷程，能得到橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，這不僅可用來指導(dǎo)橋梁設(shè)計和施工，而且對橋梁施工控制 提供了依據(jù)。同時，在正裝計算中，能較好地考慮一些與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的影響因素，如結(jié)構(gòu)的非線形問題和混凝土收縮、徐變問題。 為了計算出橋梁結(jié)構(gòu)成橋后的受力狀態(tài)，只有根據(jù)實際結(jié)構(gòu)配筋情況和施工方案設(shè)計逐步逐階段地進行計算，最終才能得到成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，這種計算方法的特點是：隨著施工階段的推進，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載狀況在不斷地改變，前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在發(fā)生改變，因而，前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。我們將這種按施工階段前后次序進行的結(jié)構(gòu)分析方法稱為正裝計算法，也稱為前進分析 法。正裝計算法可以嚴(yán)格按照設(shè)計好的施工步驟進行各階段內(nèi)力分析，但由于分析中結(jié)構(gòu)節(jié)點坐標(biāo)的遷移，最終結(jié)構(gòu)線形不可能完全滿足設(shè)計線形。 倒裝計算方法 倒裝計算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順序的逆過程來進行結(jié)構(gòu)行為分析。倒裝計算的目的就是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各施工階段的理想位置 和 理想的受力狀態(tài)。 實際施工中橋梁結(jié)構(gòu)線形的控制與強度控制同樣重要，線形誤差將造成橋梁結(jié)構(gòu)的合攏困難，影響橋梁建成后的美觀和運營質(zhì)量。為了使竣工的的結(jié)構(gòu)保持設(shè)計線形，在施工過程中用設(shè)置預(yù)拱度的方法來實現(xiàn)。而對分階段施工的連續(xù)梁橋、 斜拉橋、懸索橋等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，一般要給出各個施工階段結(jié)構(gòu)物控制點的標(biāo)高（預(yù)拋高），以便最終使結(jié)構(gòu)物滿足設(shè)計要求，這個問題用正裝法難以解決，而倒裝計算法能夠解決這一問題。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 10 倒裝計算法的基本思想是：假設(shè) 0tt? 時刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足正裝計算 0t 時刻的結(jié)果，線形滿足設(shè)計要求。在此初始狀態(tài)下，按照正裝分析的逆過程，對結(jié)構(gòu)進行倒拆，分析每次卸除一個施工段對剩余結(jié)構(gòu)的影響，在一個階段內(nèi)力分析得出的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力狀態(tài)便是該階段施工的 理想狀態(tài)。 本橋中，采用倒裝 —正裝迭代法的計算方法，對于大跨徑斜拉橋，施工計算中如不考慮混凝土收縮、徐變的影響，計算結(jié)果將發(fā)生較大的偏差。但是混凝土的徐變與結(jié)構(gòu)形成的過程有關(guān)，原則上倒裝法無法進行徐變計算。這是因為徐變計算在時間上只能是順序的，而倒裝法在時間上則是逆序的。一般可應(yīng)用迭代法來解決這個問題。即第一輪倒裝計算時不計混凝土的收縮、徐變，然后以倒裝計算結(jié)果進行正裝計算，逐階段計算混凝土的收縮、徐變影響．再進行倒裝法計算時，按階段疊加加入正裝計算時相應(yīng)階段混凝土的收縮、徐變影響。如此反復(fù)迭代，直至計算結(jié) 果收斂。 施工監(jiān)控理論分析按照設(shè)計方給出的施工工序及基本參數(shù)，首先確定合理的成橋狀態(tài)，然后采用倒拆和正裝計算相結(jié)合的辦法確定各施工狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力和變形等控制數(shù)據(jù)。與設(shè)計和監(jiān)理單位相互校對確認(rèn)無誤后作為斜拉橋施工控制的理論軌跡，各施工狀態(tài)下以及成橋階段各狀態(tài)變量的理論數(shù)據(jù)包括： ⑴ 索塔施工過程的位移和應(yīng)力； ⑵ 索塔施工過程的預(yù)偏值； ⑶ 混凝土梁的立模標(biāo)高和施工過程控制截面的應(yīng)力應(yīng)變； ⑷ 斜拉索張拉索力、成橋索力值以及各施工過程的中間索力值； ⑸ 輔助墩墩頂?shù)臉?biāo)高； ⑹ 墩、塔梁支座和輔助墩的反力。 施工監(jiān)控理論分析的內(nèi)容主要有： ⑴ 索塔施工過程的理論分析； ⑵ 混凝土梁施工過程的理論分析； ⑶ 斜拉索張拉施工過程的理論分析； ⑷ 二期恒載施工過程的理論分析。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 11 主橋施工控制 北街水道橋 主橋施工監(jiān)控內(nèi)容如下： (1) 索塔幾何位置； (2) 索塔索套管定位； (3) 主梁施工線形及成橋線形； (4) 主梁的幾何位置； (5) 斜拉索無應(yīng)力長度； (6) 拉索塔端錨點和梁端錨點的位置 (7) 斜拉索施工階段索力及成橋索力； (8) 施工階段及成橋的索塔應(yīng)力； 上述 八 方面監(jiān)控以主梁高程監(jiān)控、斜拉索 索力監(jiān)控和應(yīng)力監(jiān)控為主。 主梁高程監(jiān)控 附注：圖中標(biāo)注以 cm 為單位。 圖 主梁撓度測點縱向布置圖 混凝土主梁撓度監(jiān)控 對混凝土主梁進行標(biāo)高測點的布置，縱向布置如圖 中 跨中 截面 所示 ，每一梁段 距 自由端 1m（另一端與已 澆筑 梁段連接）設(shè)立三個標(biāo)高觀測點，同時也作為坐標(biāo)觀測點 ， 即 共有 123 個截面 ， 相應(yīng)截面撓度測點橫向布置圖如圖 所示。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 12 圖 混凝土箱梁 截面撓度橫向測點布置圖 主梁平面線形監(jiān)控 主橋平面線形監(jiān)控主要是在每施工一個主梁節(jié)段后，監(jiān)控橋軸 線實際平面坐標(biāo)是否與設(shè)計平面坐標(biāo)吻合。平面線形控制屬常規(guī)測量監(jiān)控，比主梁高程控制要簡單，因為其影響因素相對少，容易控制。平面監(jiān)控測點設(shè)在主梁頂面中心。 斜拉索索力監(jiān)控 斜拉索索力監(jiān)控是施工監(jiān)控的重要部分。每一根成品索出廠前須預(yù)張拉，預(yù)拉力為標(biāo)準(zhǔn)破斷荷載的 倍。在施工過程中，為減少非線性影響，將嚴(yán)格控制最大索力不超過其施工設(shè)計索力值。全面完成張拉工作后，梁塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時進行軸線、高程、塔梁位移，支座應(yīng)變、溫度等測量工作。 斜拉索調(diào)索主要分兩個階段：中跨合攏前進行一次全面調(diào)索，除滿足合 攏線型要求外，還存在糾正塔的變形，使塔體在預(yù)設(shè)的偏移量在允許范圍內(nèi)；當(dāng)成橋后的二期恒載和運營動載施加以后，進行一次全面調(diào)索，此時索的偏移量形成的應(yīng)力對特大跨徑的中跨受力起著牽制作用。斜拉索調(diào)索的主要目的除線型要求外，還應(yīng)對各索的索力進行平衡調(diào)整，使索力誤差在設(shè)計要求之內(nèi)。 本橋采用頻譜法進行索力監(jiān)測。頻譜分析法利用臨時緊固在斜拉索上的高靈敏傳感器拾取纜索在環(huán)境激振下的脈動信號，經(jīng)過濾波、放大、譜分析，根據(jù)頻譜圖來確定纜索的自振頻率，進而求得索力。此方法所測索力值為脈動條件下的索力值，故應(yīng)該避開風(fēng)、雨引起的風(fēng) 振、雨振的影響，一般風(fēng)力超過四級、下雨情況下不宜測量。 在張拉千斤頂下加錨索計（一種高精度的進口荷重壓力傳感器），利用錨索計的精確讀數(shù)來標(biāo)定確認(rèn)同一批張拉索的索力值。 索力參數(shù)標(biāo)定：頻譜分析法索力公式推導(dǎo)時采用的是簡化的計算模型，與實際情況存在一定的差異。為了減小測試誤差，需要標(biāo)定斜拉索的參數(shù)。對斜拉索按直徑分類，每類挑選長、中、短三根索，根據(jù)纜索工作的索力范圍，選擇不同的噸位，進行標(biāo)定，得出頻率與索力的關(guān)系，以此對理論公式進行修正來換算索力。索力標(biāo)定采用高精度的千斤頂及油壓表，在施工現(xiàn)場進行。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 13 施工單位分 級張拉，每張拉一次，測試一次，一般進行四、五次張拉達(dá)到設(shè)計噸位，調(diào)整理論參數(shù)，使測試值與張拉值相吻合。要求張拉用的千斤頂必須嚴(yán)格標(biāo)定，張拉過程嚴(yán)格按照技術(shù)員的要求進行。 橋塔應(yīng) 力 監(jiān)控 橋塔主要承受著斜拉索傳遞下來的豎向力和橋塔兩邊拉索力水平分力差引起的彎矩。同時，施工過程中的施工荷載以及突發(fā)的施工事故將使橋塔產(chǎn)生較大的應(yīng)力，所以，在施工過程中應(yīng)對這些狀態(tài)的應(yīng) 力 進行監(jiān)控，根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)控情況提出相應(yīng)的對策，以確保施工中結(jié)構(gòu)的安全。 通常應(yīng)在橋塔塔柱底部截面以及其它可能出現(xiàn)較大應(yīng) 力 的地方的截面埋設(shè)傳 感器，觀測橋塔施工、邊跨混凝土梁施工、斜拉索架設(shè)等施工階段的應(yīng)力，同時，還應(yīng)對施工過程中可能承受的包括風(fēng)荷載在內(nèi)的其它荷載引起的應(yīng) 力 進行考慮。 索塔應(yīng) 力 測試截面如圖 所示 。 北街水道橋施工監(jiān) 控細(xì)則 14 c cbba ad d 附注：圖中標(biāo)注以 cm 為單位。 圖 索塔應(yīng) 力 測點位置立面圖 以主塔高程標(biāo)注面為應(yīng)力測試斷面 。 aa 截面 力 測點布置 ： 截面布置 6 個應(yīng) 力 測點，埋設(shè) 6 個應(yīng) 力 計。測點布置如圖 所示。 1300900R50 圖 aa 截 面應(yīng) 力 測點布置圖 (單位： cm) bb 截面應(yīng) 力 測點布置 ： 每個截面布置 6 個應(yīng) 力 測點，共埋設(shè) 6 個應(yīng) 力