路桥工程师论文连续梁桥悬臂浇筑施工线形控制技术

　　目前，连续梁桥的施工方法以分阶段悬臂浇筑为主。施工中，桥梁线形受很多因素的影响，如混凝土的收缩徐变、其它材料的力学和物理性能、施工荷载、施工精度、气温等。实际状态与理想状态总是存有差异，各种参数因误差影响而失真，施工中如何从这些参数中得出相对真实的值，以此对施工的状态进行实时预测、识别和调整，这对实现设计目标至关重要。

　　摘要：为确保连续梁桥在悬臂浇筑施工中的线形、合龙精度以及成桥线形符合设计要求，须对其施工中各阶段的线形加以有效控制。本文介绍了连续梁桥悬臂浇筑施工中的线形控制原理，并通过对徐变、收缩等影响因素的分析，采用随机最优控制理论，建立了有限元的分析模型，预测了施工各阶段的立模标高，以此指导相似工程施工。

　　关键词：连续梁桥,悬臂浇筑,线形控制,路桥工程师论文

　　1线形控制原理

　　为方便对主梁施工的各阶段实施控制，可将其简化为平面结构：悬臂施工和成桥状态时，2个中间主墩为固定铰接，两边跨端部为活动铰支座。通过连续观测，计算各施工阶段预抛高值、立模高程以及混凝土浇筑前后、预应力张拉前后的预测高程。

　　2施工控制及最优控制计算方法

　　连续梁桥的施工控制最基本的要求是保证施工中的结构安全，其次还要确保结构外形及其内力状态满足设计要求。为达到施工控制最基本的要求，必须遵循最优控制的规律，组成随机最优控制系统，进行分析、预测、调整。

　　采用最优控制理论：就悬臂施工的连续梁桥而言，后一块件通过混凝土和预应力筋与前一块件相接，因此，各个施工阶段都密切相关。对各施工阶段和成桥时的受力特性、结构外形进行分析是必不可少的。

　　为确保结构在最终成桥时达到设计所要求的各项性能指标，悬臂浇筑施工中的最重要任务之一是确定施工各阶段的结构线形，其中确定上部结构中每一待浇块件的预拱度显得尤为重要。桥梁在施工及运营时，上部结构的标高会频频变化，因此，上部结构的各个截面施工时应预留容许偏差，以期保证“无限长时间”后桥梁线形在设计所允许的范围内变化。

　　建桥材料特性和施工误差等随机变化，导致施工不可能处于理想状态。为解决此问题，可以考虑在连续梁桥的施工监控时，从前进分析和倒退分析着手，使成桥结构线形满足设计要求。

　　2.1前进分析

　　其目的是：明确成桥结构受力的情况。该计算特点是：随施工阶段的不断推进，结构形式、荷载形式、边界约束发生改变，前期的结构会产生徐变甚至是几何位置的变化，因此，上一施工阶段的结构状态是下一阶段结构分析的基础。计算时把前面各施工阶段的结构受力状态当作本阶段非线性计算和结构时差的基础，上一阶段的结构位移当作确定本阶段结构轴线的基础。对施工阶段进行循环计算，结束时的分析结果是成桥若干年后的结构受力状态。该分析能够为结构刚度、强度的验算提供依据，为成桥结构受力提供相对准确的结果，还可以为确定施工阶段的理想状态提供描述结构状态的数据文件，并以此作为桥梁结构施工设计和控制的基础。

　　2.2倒退分析

　　前进分析系统固然能够严格按设计步骤对各阶段内力进行分析，但由于结构节点的不断迁移，最终的结构轴线不能符合设计轴线。施工中桥梁结构的线形控制和强度控制同等重要。为使竣工后结构保持设计的线形，施工时通过设置预拱度法来实现。对于分段施工的连续梁桥，为使结构符合设计要求，一般要给出各阶段的结构控制点标高。倒退分析系统能够从根本上解决这一复杂问题，其基本思想是：假设t=t0时刻结构的内力分布符合前进分析中t0时刻的结果，且线形符合设计轴线。在初始状态下，按前进分析的逆过程倒拆结构，并对每次拆除一施工阶段对剩余结构的影响进行分析。在某一阶段内分析所得的结构内力、位移就是理想的施工状态。各理想施工状态的确定均是前进分析的逆过程，因此分析程序系统的设计与前进分析类似。

　　3建立计算模型

　　悬臂施工线形控制的计算分析时，建立计算模型十分重要，该模型须注意以下问题：①真实的反映各施工梁段几何状态，尽量减小其产生的误差对施工控制造成的影响；②考虑各截面不同位置上预应力的分布；③准确反映施工时可能的计算工况。

　　3.1计算假定

　　计算分析时对梁部加以简化：①结构的正常工作状态下只考虑小变形、小位移；②每一阶段内混凝土的浇筑均匀，且内部无缺陷，考虑混凝土徐变、收缩的影响；③通过锚具作用于梁段的预应力，计入其损失。

　　3.2荷载处理

　　施工时结构所承受的荷载有：自重、预应力、挂篮荷载、施工机具和人群荷载。其中，自重通过结构的密度计算，并将挂篮、施工机具、人群荷载简化成当前施工节段上顶面的集中荷载，预应力转化为外荷载。

　　3.3边界条件确定已及网格划分

　　各施工阶段的计算过程中，离散各梁段成梁单元。两个墩底作为固定支座，两边跨端作为链杆支座。将单元的几何信息和各施工阶段的荷载、预应力、收缩、徐变等输入数据文件，以此进行前进分析计算和后退分析计算就可得到各梁段预拱值，然后用计入预留拱度值的成桥线形进行前进分析及倒退分析，如此反复迭代至计算结果收敛。

　　4节段立模标高的确定

　　建立正确的模型后，依据设计参数及控制参数，将桥梁的状态、施工荷载、二期恒活载、施工工况等输入前进分析的系统中。从前进分析系统中得到进行施工时每阶段的结构内力和挠度，以及最终成桥时的内力和挠度。然后，假设成桥时是理想状态，进行倒拆桥梁结构分析，得到各施工阶段的立模标高以及混凝土浇筑前后、钢筋张拉后的预计标高。

　　立模标高为：HLi=HSi+Yi+ΔGi+Δi（式中：HLi—立模标高；HSi—设计标高；Yi—计算所得的预抛高值；ΔGi—挂篮变形值，Δi—第节段的误差调整值）；预计标高值为：Hyi=HLi-X0i-Δgi（式中：X0i—浇筑当前块件的下挠值或张拉钢筋后下挠值）。

　　然而，实际施工状态与理想施工状态间存在差距。如果依照计算所得预抛高值施工，其最终成桥的状态未必是理想状态，此时，能够反馈控制的实时跟踪分析系统是控制桥梁结构施工的关键。通过卡尔曼滤波器预告出各阶段的实际状态，由最优控制结合实际观测，获得最优的调整方案，最终完成整个控制过程。

　　5施工线形控制

　　5.1线形控制标准

　　预应力混凝土连续梁桥的悬臂浇筑施工过程控制的偏差值：立模标高[0mm，+5mm]；轴线的偏差不大于5mm。悬臂端合龙口的允许偏差：相对高差20mm；轴线偏差10mm。

　　5.2实施办法

　　桥梁施工线形的控制是：预告——施工——测量——识别——修正——预告的循环过程，工程中由监控单位完成以下步骤：根据设计文件计算并分析主梁结构，然后提出理论的立模高程；由测控小组完继续成对这一循环过程的控制，工作程序为：挂篮变形、施工过程中主梁高程的实测数据等的采集——控制分析及误差分析——调整计算——确定当前梁段的立模高程。

　　5.3测控工况

　　1)以悬臂施工挂篮前移、浇筑混凝土和张拉预应力三个阶段为观测挠度的周期，对每一梁段的几个工况进行观测：混凝土浇筑前、后；纵向预应力钢束张拉后；挂篮前移定位后。

　　2)主梁中轴线和平面位置控制的主要工况：挂篮调整就位后，梁段立模时及立模完成后以及混凝土浇筑后复核中轴线和平面位置，从而及时对误差进行调整。

　　3)为避免已浇梁体突变，3号段以后块件的施工除进行必要的工况观测外，每天还要观测全梁的三个已浇筑梁段。

　　4)悬浇梁段完成后，观测边跨合龙段混凝土浇筑前后，边跨合龙钢束张拉后，边跨支承体系及临时固结解除后，中跨合龙段浇筑混凝土前后，中跨合龙钢束张拉后，吊架挂篮全部拆除后的工况。

　　6结语

　　连续梁桥悬臂浇筑施工中，线形控制和应力控制是两个非常重要的环节，实时监测、调整并预测施工状态关系到成桥的合龙精度、施工线形与设计线形吻合的程度、施工安全和使用寿命，施工过程中做好监测控制工作是十分必要的。

　　参考文献

　　[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

　　[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

　　[3]范立础.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2001.

　　[4]安维辉.预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工线形控制[J].山西建筑,2007,33(14):314—315