桥梁施工监控

桥梁施工监控

第一节桥梁施工监控的定义

桥梁监控是新桥施工过程中，按照实际施工工况，对桥梁结构的内力和线型进行量测，经过误差分析，继而修正调整以尽可能达到设计目标。桥梁监控，也称桥梁施工监控或桥梁施工控制。在大跨径悬索桥、斜拉桥、拱桥和连续刚构桥的平衡悬臂浇筑施工中，其后一块件是通过预应力筋及砼与前一块件相接而成，因此，每一施工阶段都是密切相关的。为使结构达到或接近设计的几何线形和受力状态，施工各阶段需对结构的几何位置和受力状态进行监测，根据测试值对下一阶段控制变量进行预测和制定调整方案，实现对结构施工控制。由于建桥材料的特性、施工误差等是随机变化的，因而施工条件不可能是理想状态。因此，决定上部结构每一待浇块件的预拱度具有头等的重要性。

虽然可采用各种施工计算方法算出各施工阶段的预抛高值、位移值、挠度，但当按这些理论值进行施工时，结构的实际变形却未必能达到预期的结果。

这主要是由于设计时所采用的诸如材料的弹性模量、构件自重、砼的收缩徐变系数、施工临时荷载的条件等设计参数，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的；或者是由于施工中的立模误差、测量误差、观测误差、悬拼梁段的预制误差等；或者两者兼而有之。

这种偏差随着悬臂的不断加伸，逐渐累积，如不加以有效的控制和调整，主梁标高最终将显著地偏离设计目标，造成合龙困难，并影响成桥后的内力和线形。所以，桥梁施工监控就是一个施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。

其最基本的目的是确保施工中结构的安全，保证结构的外形和内力在规定的误差范围之内符合设计要求。

第二节桥梁施工监控监控的主要内容

桥梁施工监控的内容主要包括成桥理想状态确定，理想施工状态确定和施工适时控制分析。

成桥理想状态是指在恒载作用下，结构达到设计线形和理想受力状态；施工理想状态以成桥理想状态为初始条件，按实际施工相逆的步骤，逐步拆去每一个施工项对结构的影响，从而确定结构在施工各阶段的状态参数（轴线高程和应力），一般由倒退分析法确定；施工适时控制是在施工时，根据施工理想状态，按一定的准则调整，通过对影响结构变形和内力主要设计参数的识别进行修正，使结构性能、内力达到目标状态。

在建立了正确的模型和性能指标之后，就要依据设计参数和控制参数，结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等，输入前进分析系统中，从前进分析系统中可获得结构按施工阶段进行的每阶段的内力和挠度及最终成桥状态的内力和挠度。接

着，假设成桥时为理想状态，对桥梁结构进行倒拆，利用前进分析所得的数据，可获得使桥梁结构最终为理想状态的各阶段的预抛高值，得出各施工阶段的立模标高以及砼浇筑前、砼浇筑后、钢筋张拉前、钢筋张拉后的预计标高。然后通过卡尔曼滤波器，预告出各阶段的实际状态值，再由最后的最优控制，结合实际观测值，得出最优调整方案，最终完成整个控制过程。以上这三大系统均由计算机完成。

简单介绍桥梁监控中用到的前进分析、倒退分析和误差分析。（1）前进分析

前进分析的目的在于确定成桥结构及各施工阶段的受力状态。这种计算的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变，因而，前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。前进分析的计算可按有限元方法进行，目前，此类计算已有软件提供。

（2）倒退分析

前进分析系统可以严格按照设计好的施工步骤进行各阶段内力分析，但由于分析中荷载的不断变化以及结构节点的相互影响，使最终结构轴线不可能达到设计轴线。因此，采用倒退分析在施工过程中设置预拱度，使在成桥状态时，结构线形满足设计要求。

倒退分析的基本思想是，假定时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，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，分析每次卸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。

(3) 误差分析

倒退分析得到的理想状态是我们期望在施工中实现的目标，而实际施工中结构状态总是由于设计参数、施工误差、测量误差、结构分析模型误差等因素偏离目标。为了能及时有效地将实测数据（体系本身的变化、挠度、应力、现场气温等）、调整参数信息、误差信息反馈到实际施工控制中，指导现场施工作业，可编制基于现代控制论中的随机最优控制理论和有限元法的的计算程序，建立现场计算机工作站（EWS），将实测结构控制参数输入，得出有效调整量，获得最优调整方案，同时预告下阶段结构状态。

第三节桥梁施工监控实例

现在对在建的南昌生米大桥概况及其施工监控过程进行简单介绍。

工程概况：

生米大桥位于南昌市外环快速路上，为跨越赣江连接南昌、昌北城的重要桥梁。生米大桥主桥为钢管混凝土中承式系杆拱桥加T形刚构，拱桥结构为钢拱柔梁，单拱跨度为228米，全长606米，跨径布置为75m+228m+228m+75m。T构的上部结构采用预应力混凝土变截面T形刚构箱梁，支点梁高8.5m，梁端高2.8m。T构两端8m范围内为2.8m等高度箱梁，梁底按二次抛物线变化至梁根部。抛物线方程：y=-0.00141923436X2+0.01135387X-2.8。桥梁截面为单箱双室斜腹板箱形截面。顶板厚28cm（墩顶处截面加厚至100cm），底板厚25~70cm（墩顶处截面加厚至140cm）；腹板厚40~80cm。顶板两侧各悬臂4m，T构墩顶箱内设置横隔板，边支点设置横隔梁。一个T 构共设置二个合龙段。下部结构：基础采用桩基接承台，桩基直径2.5m，承台高4m，墩身采用双墙式薄壁墩，薄壁墩厚1.5m，间距2m。T构采用三向预应力体系，箱梁纵向、横向预应力体系采用Φj15.24高强度低松弛（II类松弛）钢绞线（标准强度1860MPa），竖向预应力采用Φ32高强度精轧螺纹钢，纵向间距50cm。箱梁采用对称平衡施工，墩两侧不平衡重量不得大于60吨

监控方案依据：

1.《城市桥梁设计准则》（CJJ11－93）建设部

2.《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77－98）建设部

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023－85）交通部

4. 南昌市生米大桥工程施工图设计（第三标段T型刚构），上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司

监控方法

桥梁的施工控制是一个施工→量测→判断→修正→预告→施工的循环过程，为了能够控制桥梁的外型尺寸和内力，首先必须安排一些基本的和必要的量测项目，其内容包括主梁各施工工况的标高、主梁部分控制断面的应力、结构温度场、气温以及对混凝土材料的一些常规检验。在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。

在这一基础上，将产生误差的原因予以尽量消除，给出下一个工况的施工控制指令，在现场施工形成良性循环。