桥梁施工控制- 同济大学

参数估计算法
修改理想状态
施工理 + 想状态
控制量输入
参数调节
计算结果 有限元计算模型
e
实际结构
实测结果
控制调整量
控制量反馈计算
2020/2/7
自适应施工控制基本原理
同济大学桥梁工程系 石雪飞
施工 结果 输出
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施工过程模拟计算
计算程序——有限元方法
– 我国：平面杆系程序
– 国外：空间计算程序开始应用
一.施工监控的内容
理论计算确定控制目标
– 成桥时的理想控制目标值
– 每个施工步骤中的分步控制目标值 – 成桥及施工过程中各目标值的精度标准
施工现场跟踪实际操作保证目标的实现
– 获得结构行为的实测值 – 对实际结构进行调整 – 调整施工阶段控制目标值
2020/2/7
同济大学桥梁工程系 石雪飞
e
实际结构
实测结果
控制调整量 控制量反馈计算
2020/2/7
自适应施工控制基本原理
同济大学桥梁工程系 石雪飞
施工 结果 输出
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确定理想状态的计算方法
确定成桥理想状态
确定施工步骤的控制目标
2020/2/7
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确定成桥理想状态
内部静定结构——连续梁、拱、吊桥
– 结构尺寸、施工方法确定后内力状态随之唯 一确定
第K架设工况 测量值Ym
计算结果误差rk
辨识误差因素
最小二乘法或卡尔曼滤波理论
预测误差因素对以后工况的影响
随机有限元法
以后各工况
yes
精度满足要求
no
误差调整
最优控制理论
K=K+1 no K<M
M 为施工总阶段数
yes
同全济桥建大成学桥梁工程系 石雪飞
提 出 的 斜 拉 桥 施 工 控 制 系 统 流 程
2020/2/7
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三.自适应施工控制系统要素
参数估计算法
修改理想状态
施工理 + 想状态
控制量输入
参数调节
计算结果 有限元计算模型
e
实际结构
实测结果
控制调整量 控制量反馈计算
2020/2/7
自适应施工控制基本原理
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施工 结果 输出
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1.施工过程模拟计算
自适应施工控制——适用于循环式施工 桥梁
目前尚没有一种算法可直接用于施工控 制，控制方法只是一种思路的应用
2020/2/7
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1.开环施工控制基本原理
2020/2/7
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2.反馈施工控制基本原理
2020/2/7
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日本横滨海湾桥控制流程图
2
一.施工监控的目的和内容
施工控制的必要性
– 大跨度桥梁线刚度较低，相对变形较大 – 大跨度桥梁施工过程复杂，较多体系转换 – 大跨度桥梁施工步骤较多，材料、结构尺寸
、施工操作误差的累计误差较大 –斜拉桥设计规范中把施工控制作为实现设计
目标的必要措施
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考虑的因素
– 模拟施工构件的安装及拆除过程
– 各种线形预应力钢筋的张拉过程
– 不同预制龄期、加载龄期下构件的收缩徐变
– 结构的非线性因素
– 温度影响
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2. 确定理想状态计算方法
参数估计算法
修改理想状态
施工理 + 想状态
控制量输入
参数调节
计算结果 有限元计算模型
内部超静定结构——斜拉桥、组合拱
– 同样的结构、同样的施工方法，不同索力（ 吊杆力）可以获得不同内力状态
– 最优问题——内力最小、应力最小、弯曲能 量最小、材料最省、造价最省
– 确定性问题——刚性支承连续梁
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最优成桥状态确定算法
影响方程
索力向量
Z A (S)
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一.施工监控的内容
误差 标准
成桥理 想状态
施工控 制目标
值
调整施工 控制目标
误差原因辨 识
是否误差满 足误差标准
施工和结构 状态监测
后续施工 步骤
调整结构状 态
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二.施工监控的思路
开环施工控制——适用于简单桥梁或非 循环式施工桥梁
反馈施工控制——适用于结构参数比较 稳定的桥梁
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4.最优控制理论应用的问题
离散系统方程
控制目标
问题——控制矩阵Pk, k-1 是不断变化的
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二.施工控制的思路
开环施工控制 反馈施工控制 自适应施工控制 最优控制
结论： 自适应控制是目前适用于循环施工 桥梁最理想的方法，最优控制不适用于桥梁
待优化变量
影响函数
优化目标方程
待优化变量
J min f (Z) min f [A(S)]
优化目标
优化目标函数
约束条件
si si max (i 1，2， ，r)
zi zi max (i 1，2， ，r)
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弯矩最小求斜拉桥最优索力
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3.自适应施工控制基本原理
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架设过程
设计与制造过程
Sakai
结构架设分析 调查在设计，制造，架设过程中的随机误差因素
误差因素对结果误差的影响
选择测量项目
计算每个工况的设计线型和应力值Yd 确定精度允许值rd
斜索体系是的拉索以未知索力Ti代替；简 化后的平面框架结构中，目标函数为：
Ti——第i号索力； ——Ti=1时的结构弯矩；
Mp(s)——恒载作用下的结构弯矩。
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确定施工目标的计算方法
倒拆法
无法考虑徐变 某些步骤构造上无法实现
考虑施工过程的影响矩阵法
大跨度桥梁施工控制
石雪飞
同济大学桥梁工程系 二○○七年 六月
一.施工监控的目的和内容
施工控制的目的
使桥梁建成时达到设计确定的
内力状态
线形状态
静定结构——两者完全分离 超静定结构——两者间有联系 斜拉桥、悬臂施工拱桥、连续梁（刚构）桥
监测结构的安全性，保证施工精度
拱桥、悬索桥
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同济大学桥梁工程系 石雪飞
适用于混凝土桥，有时迭代不收敛
无应力状态法
适用于钢桥的构件预制 不能确定每个施工阶段的状态 需要多次调索
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确定施工目标的计算方法
简化做法
– 施工阶段斜拉索索力等于节段重量的一 半加施工机具重量
– 按照上述索力进行正装模拟计算，局部 调整索力