【文章內(nèi)容簡介】 算工作在橋梁整個施工過程中需要實時調(diào)整，這些調(diào)整既包括各個直接的實時測量參數(shù)，也包括根據(jù)實測數(shù)據(jù)通過反饋分析等而得的辨識參數(shù)，還 要視實際施工情況對計算模型、計算方法及計算內(nèi)容等做出調(diào)整。 施工控制實時計算與設(shè)計計算的區(qū)別和聯(lián)系以及施工控制的基本流程和控制目標如圖 42 所示。 設(shè) 計 計 算A . 設(shè) 計 計 算 力 學(xué) 模 型B . 設(shè) 計 計 算 參 數(shù) B 1 . 指 定 參 數(shù) B 2 . 假 定 參 數(shù)C . 設(shè) 計 計 算 施 工 步 驟 C 1 . 施 工 方 法 模 擬 C 2 . 假 定 施 工 時 間D . 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果 D 1 . 各 施 工 階 段 線 型 、 內(nèi) 力 D 2 . 成 橋 線 型 、 內(nèi) 力 控 制 目 標（ 在 絕 大 多 數(shù) 情 況下 與 設(shè) 計 結(jié) 果 一 致 ）施 工 控 制 計 算a 施 工 控 制 計 算 力 學(xué) 模 型b 施 工 控 制 計 算 參 數(shù) b 1 . 設(shè) 計 指 定 參 數(shù) b 2 . 現(xiàn) 場 測 試 及 擬 合 參 數(shù)c 施 工 控 制 計 算 施 工 步 驟 c 1 . 實 際 施 工 方 法 模 擬 c 2 . 實 際 施 工 時 間d . 施 工 控 制 計 算 結(jié) 果 （ 形 成 控 制 文 件 ） d 1 . 各 施 工 階 段 線 型 、 內(nèi) 力 d 2 . 成 橋 線 型 、 內(nèi) 力 實 際 施 工 結(jié) 果各 階 段 施 工 后 的 線 型 、 內(nèi) 力發(fā) 布 指 令 、 指 導(dǎo)施 工施 工信 息反 饋設(shè) 計 計 算 與 施工 控 制 計 算 的聯(lián) 系 與 區(qū) 別 圖 42 設(shè)計計算與施工控制校核計算 根據(jù)設(shè)計圖提供的資料，建立施工控制計算模型 (a)，采用設(shè)計計算的主要參數(shù) (B)和設(shè)計計算中假定的施工時間 (C2)進行計算，利用此過程下的施工控制計算結(jié)果與設(shè)計計算結(jié)果相核對，以校核二者是否在計算模型 (a?A)及施工方法模擬 (c1?C1)間存在實質(zhì)性差異。 京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 10 施工 控制影響因素 對于本橋來說，影響施工控制的因素涉及范圍極其廣泛，包括設(shè)計參數(shù)誤差、施工工藝誤差、施工監(jiān)測誤差、結(jié)構(gòu)分析計算模型誤差、施工管理。 （ 1）設(shè)計參數(shù)誤差 設(shè)計參數(shù)誤差，即在進行橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析時所采用的理想設(shè)計參數(shù)值與結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)所具有的相應(yīng)設(shè)計參數(shù)值的偏差。在鋼管混凝土拱橋施工中不同的設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)狀態(tài) (內(nèi)力和變形 )的影響程度是不同的，而且，同一設(shè)計參數(shù)對不同施工階段也有不同程度的影響。對于鋼管混凝土拱橋，主要的設(shè)計參數(shù)誤差包括以下幾個方面： ① 結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)誤差 鋼管混凝土拱橋的結(jié) 構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)主要包括拱橋的跨徑、拱軸線形、矢跨比。施工中跨徑通?？梢员ＷC，但拱軸線形和矢跨比容易受施工誤差及測量誤差的影響而偏離理想值，從而對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形產(chǎn)生較大的影響。因此施工控制中，必須加強對拱軸線形控制，不斷對施工中出現(xiàn)的線形誤差進行調(diào)整，盡量避免誤差的累計。 ② 結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸誤差 橋梁施工中截面尺寸誤差較為普遍，這種誤差將直接導(dǎo)致截面的面積、抗彎慣性矩以及抗扭慣性矩等截面特性誤差，影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形等的分析結(jié)果。由于 鋼箱 混凝土拱橋剛度和強度是逐漸組合形成，截面特征參數(shù)隨著施工階段的變化而變 化，因此各個施工階段的截面特征參數(shù)誤差大小也不相同。 ③ 材料特性參數(shù)誤差 材料特性參數(shù)主要指材料的彈性模量 E，剪切模量 G、泊松比 v 以及材料的熱膨脹系數(shù) a。對于鋼箱拱肋內(nèi)的混凝土材料，彈性模量、剪切模量、泊松比、容重以及熱膨脹系數(shù)有一定的波動，對于超靜定結(jié)構(gòu)，彈性模量對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果影響較大。在施工過程中要根據(jù)施工進度經(jīng)常性的對混凝土現(xiàn)場抽樣試驗。 ④ 與時間相關(guān)的參數(shù)誤差 溫度和混凝土收縮徐變是隨時間而變化的設(shè)計參數(shù)。溫度變化對 鋼砼組合 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形影響較大，這種影響隨溫度的改變而改變。 京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 11 ⑤ 荷載參數(shù)誤差 在 拱橋結(jié)構(gòu)的施工控制中，荷載參數(shù)主要指結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重力、施工臨時荷載和 環(huán)境荷載 。對于 鋼箱 混凝土拱 肋 ，當(dāng) 拱肋 內(nèi)澆注了混凝土，由于受到澆注混凝土密實度的影響，構(gòu)件自重有一定的隨機誤差，所以在施工控制中必須計入實際容重與設(shè)計取值間可能存在的誤差 ； 施工臨時荷載是較為穩(wěn)定的量，但由于在已成結(jié)構(gòu)上亂放材料，往往引起臨時荷載較大的誤差，結(jié)構(gòu)分析時都需要考慮。 環(huán)境包括包括溫度、風(fēng)荷載等，由于實際溫度在各部分的不均勻性以及風(fēng)力方向的隨機性及風(fēng)力大小的脈動性，與理論分析結(jié)果有一定的差異。 （ 2） 施工工藝誤差 施工控制是為施工服 務(wù)的，反過來，施工的好壞又直接影響控制目標的實現(xiàn)，除要求施工工藝必須符合控制要求外，在施工控制中必須計入施工條件非理想化帶來的構(gòu)件制作、安裝等方面的誤差，使施工狀態(tài)保持在控制之中。 鋼箱 混凝土拱橋施工主要包括拱肋的安裝、 拱肋 內(nèi)混凝土澆注以及橋 面 系安裝三個主要階段，主要存在以下一些施工誤差 ： 拱肋的制作誤差、拱肋線形的安裝誤差、 拱肋 內(nèi)灌注混凝土的密實度誤差、混凝土配合比誤差、橋 面 系線形施工誤差。 （ 3） 施工監(jiān)測誤差 由于測量儀器、儀器安裝、測量方法、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等情況引起的誤差稱為施工監(jiān)測誤差。該誤差一方面 可能造成結(jié)構(gòu)實際參數(shù)、狀態(tài)與設(shè)計或控制值吻合較好的假象，也可能造成將本來較好的狀態(tài)調(diào)整得更差的情況，因此保證測量的可靠性對施工控制極為重要。 （ 4） 結(jié)構(gòu)分析計算模型誤差 在結(jié)構(gòu)分析中需對實際橋梁結(jié)構(gòu)進行簡化，建立計算模型。這種簡化使得計算機模型與實際情況之間存在誤差，包括各種假定、邊界條件處理、模型化的本身精度等。控制中，必要時需要對簡化進行專門的試驗研究，以使計算模型誤差所產(chǎn)生的影響減到最低限度。 京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 12 對反饋施工信息分析確定施工誤差狀態(tài) 目前的各類施工控制的理論的實質(zhì)都是基于對采樣誤差的分析和確定調(diào) 整方法以控制誤差積累。施工誤差的出現(xiàn)是不可避免的，但各類施工誤差會出現(xiàn)不同的分布形態(tài)。 常見的誤差形態(tài)有圖 43 所示的三類。 圖 43a 中的誤差分布，由于其單個誤差峰值較小，且正負誤差分布均勻，類似于白噪聲干擾，它對結(jié)構(gòu)的影響很小，是施工控制所追求的理想狀態(tài)。 圖 43b 中的誤差分布，雖然其單個誤差的峰值較小，但整體誤差分布出現(xiàn)連續(xù)的正向或負向分布，特殊時會呈現(xiàn)積累放大現(xiàn)象。有積累的連續(xù)分布誤差會對結(jié)構(gòu)線型及內(nèi)力產(chǎn)生嚴重不利影響。 圖 43c 中的誤差分布，雖然其整體誤差均值較小，但出現(xiàn)單個誤差峰值較大的情況 ，會對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線型產(chǎn)生嚴重影響，必須加以控制和調(diào)整。 施工控制中應(yīng)根據(jù)施工反饋的數(shù)據(jù)與施工控制的預(yù)測計算的理論目標真值及施工控制的實時計算結(jié)果的修正目標真值進行比較，確定誤差的實際分布狀態(tài)分析，對連續(xù)分布誤差和大峰值誤差進行及時調(diào)整。 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 a) 白噪聲形態(tài)分布誤差 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 13 b) 連續(xù)單向分布形態(tài)誤差 1512963036912151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 c) 大峰值誤差 圖 43 常見誤差形態(tài)分布 利用參數(shù)識別系統(tǒng)對計算參數(shù)進行識別、修正 施工中如出現(xiàn)有發(fā)散趨勢的連續(xù)分布誤差狀態(tài)，這類誤差的產(chǎn)生大多源于計算參數(shù)失真引起的目標真值失真，必須進行參數(shù)識別、參數(shù)修正或參數(shù)擬合，提供合理的目標真值。對于產(chǎn)生參數(shù)失真的原因必須進行認真分析，以便在施工中加以控制。 確定適用的施工誤差容許度指標和應(yīng)力預(yù)警機制 要確定誤差峰值的大小和確定是否進行誤差調(diào)整，必須確定一套符合施工實際情況的施工過程中誤差容許度指標體系。過嚴的誤差容許度會為施工帶來困難，延誤施工進度，過松的誤差容許度會為施工留下一定的隱患。誤差容許度的確定還必須滿足設(shè)計和監(jiān)理對施工質(zhì)量的要求。 利用施工控制實時計算調(diào)整控制目標值 在進行參數(shù)調(diào)整擬合后，利用實際的施工時間參數(shù)和實際的施工荷載參數(shù)進行施工控制實時計算，產(chǎn)生施工控制實際目標真值，用于下一階段的 參數(shù) 的確定和誤差分析。 施工控制 計算分析方法 本 橋施工采用 節(jié)段拼裝 施工，結(jié)構(gòu)的最終形 成經(jīng)歷一個漫長而又復(fù)雜的施工過程以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程，對施工過程中每個階段的變形計算和受力分析，是橋梁結(jié)構(gòu)施工控制中最基本的內(nèi)容。橋梁結(jié)構(gòu)施工控制的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，保證橋梁成橋線形及受力狀態(tài)和變形情況進行預(yù)測和監(jiān)控。因此，必須通過合理的計算方法京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 14 和理論分析來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)，以便控制施工過程中每個階段的結(jié)構(gòu)行為，使其最終的成橋線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計要求。從這個意義上講，施工控制中的結(jié)構(gòu)計算方法不僅能對整個施工過程進行描述，反映整個施工過程中結(jié)構(gòu)的受力行 為，而且還能確定結(jié)構(gòu)各個階段的理想狀態(tài)，為施工提供中間目標狀態(tài)。為此，現(xiàn)階段施工控制中橋梁結(jié)構(gòu)的計算方法主要包括： 正裝 分析法、倒 拆分析法和無應(yīng)力狀態(tài)法。 （ 1） 正裝 分析法 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、邊界條件、荷載形式在不斷地改變，已形成梁段其幾何位臵也在改變，因此，前一階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。 正裝 分析法能夠較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工歷程。所以，前進分析法概念清晰，目標明確。 正裝 分析計算具有如下特點： 1）橋梁結(jié)構(gòu)在做前進分析計算之前，必須先制定詳細的施工方案 ，只有按照施工方案確定施工加載順序進行結(jié)構(gòu)分析，才能得到結(jié)構(gòu)的各個中間階段和最終成橋階段的實際變形和受力狀態(tài)。 2）在結(jié)構(gòu)分析之初，先要確定結(jié)構(gòu)最初的實際狀態(tài)，即以符合設(shè)計的實際施工結(jié)果（如跨徑、標高等）倒退到施工的第一階段作為結(jié)構(gòu)前進分析計算的初始狀態(tài)。 3）本階段的結(jié)構(gòu)分析必須以前一階段的計算結(jié)果為基礎(chǔ)，前一階段的結(jié)構(gòu)位移是本階段確定結(jié)構(gòu)軸線的基礎(chǔ)，前一個施工階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是本階段結(jié)構(gòu)時差計算的基礎(chǔ)。 4）對混凝土徐變、收縮等時間效應(yīng)在各個施工階段中逐步計入。 5）本階段結(jié)束時的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)用本階段荷 載作用下結(jié)構(gòu)受力與以前各階段結(jié)構(gòu)受力平衡而求得。 （ 2）倒 拆 分析法 倒 拆 分析法的基本思想是： 0tt? 時刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進分析 0t 時刻的結(jié)果，軸線滿足設(shè)計線形要求。在此初始狀態(tài)下，按照前進分析的逆過程，對結(jié)構(gòu)進行倒拆，分析每次拆除一個施工節(jié)段對剩余結(jié)構(gòu)的影響，在一個階段內(nèi)分析得到的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力京滬高速鐵路跨京開高速公路中承式鋼箱拱橋 監(jiān)控 、監(jiān)測 方案 15 狀態(tài)、支座反力便是該階段結(jié)構(gòu)理想的施工狀態(tài)。所謂結(jié)構(gòu)施工理想狀態(tài)就是在施工各階段結(jié)構(gòu)應(yīng)有的位臵和受力狀態(tài)，每個階 段的施工理想狀態(tài)都將監(jiān) 控著全橋最終形態(tài)和受力特性。 （ 3）無應(yīng)力狀態(tài)分析法 無應(yīng)力狀態(tài)法是以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長度和曲率不變?yōu)榛A(chǔ)，將橋梁結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)和施工各階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來，這種方法對于大跨度斜拉橋和懸索橋的施工控制較為使用。 通過三種 計算 方法 的特點 ， 結(jié)合 本 橋設(shè)計特點及施工方案。 在 本 橋的施工控制中，由于橋梁結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換和混凝土的收縮、徐變問題， 本 橋采用正裝分析法。 現(xiàn)場實時控制 （ 1）技術(shù)體系的建立 在拱肋吊裝施工之前，完成監(jiān)控所需的各種技術(shù)文件（包括監(jiān)控職責(zé)大綱、測量細則、