连续梁桥施工控制方面的几点讨论

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　　【摘要】：以温州绕城高速公路楠溪江大桥为例，分析了施工过程中主要参数的控制技术，通过对引起桥梁结构挠度内力变化的因素的分析得出正确的施工预拱度，使桥梁内力在施工阶段和成桥阶段达到合理的状态，使桥梁的施工质量处于受控阶段，对同类桥梁的施工具有一定的借鉴意义。
　　【关键词】：连续梁桥；控制技术；参数调整。
　　 楠溪江特大桥位于温州市绕城高速公路北线，跨越主航道的主桥采用75m+125m+75m预应力混凝土变截面连续箱梁结构。主跨箱梁采用单箱单室截面，梁底采用二次抛物线。箱梁全宽16.25米梁底宽8米，两侧悬臂长均为4.125米，中跨跨中梁高3.0米，墩顶支点处梁高为7.2米，边跨支点梁高为3.0米，采用挂篮悬臂浇注法施工。
　　1 桥梁施工控制的目的和意义
　　 桥梁施工监测与控制即是对施工中的重要环节过程进行监测与控制，以保证施工过程结构处于安全状态，对利用各种测试及监测手段获取的数据进行跟踪修正计算，给出后续各施工阶段的标高及内力反馈数据，用以指导和控制施工，保证桥梁线型和内力符合设计要求。
　　2 桥梁施工控制的标准
　　 桥梁施工控制中的几何控制总目标就是最终达到设计的几何状态要求，其结果的误差容许值与桥梁的规模、跨径大小、技术难度等有关，目前比较流行的悬臂浇筑的大跨径预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥误差限值（mm）施工控制标准为：
　　①成桥后线形（标高）±50mm（桥梁施工规范规定）；
　　②合拢相对设计高程高差±20～30mm（与跨径相关）；
　　3 桥梁施工控制的内容及参数调整
　　 大跨径连续梁桥的施工控制是一个施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。本项目实施过程中采用前进分析与倒退分析联合应用的算法，在进行前进分析时，先不计入混凝土收缩徐变的影响，计算出结构的内力与变形值，然后再计算出结构计入混凝土收缩徐变后的内力与变形值，两者相减则可以得到每一阶段混凝土收缩徐变产生的内力与位移值。接着进行倒退分析，按阶段扣除前进分析时相应阶段混凝土时效的影响。分析内容主要有：①挂篮(支架)行走；②块件重量；③预应力张拉；④预应力损失；⑤损失卸载效应；⑥混凝土收缩；⑦混凝土徐变；⑧临时施工荷载等因素产生的内力和位移。
　　3.1.1控制模型的建立
　　 在对楠溪江特大桥各施工阶段实施控制时，将其简化为平面杆系结构，将全桥左幅（或右幅）离散为76个单元。每个节段的悬浇过程分为：挂篮就位与立模混凝土浇筑张拉预应力筋与拆模移动挂篮前移四个受力阶段。
　　3.1.2参数调整内容
　　由于在施工控制中，同样会受到或多或少的噪声干扰，需要用滤波的方法，从被噪声污染的状态中估计出真实的状态。这里所指的参数是一个广义的概念，既包括参数误差本身对应的参数，还包括通过其他方式能够参数化的施工误差，参数调整以敏感性分析为基础。对于悬浇体系，影响挠度及预留拱度的参数虽然很多，但有些参数在施工中的变异相对却是不大的。如一般情况下，施工过程中混凝土强度变异很小，其影响可以忽略。还有些参数，虽然变异很大，难以把握，但其影响可以通过某种方法滤除（如温度），在此也不考虑。对于参数调整应着重考虑的参数项有：①块件重量；②有效预加力；③弹性模量；④混凝土收缩徐变；⑤合拢方式。对于这些参数如果在各施工阶段能获得其实际值，并将实际结果与原定理想状态比较，就可以确定其调整量。
　　（1）块件重量
　　 块件重量变异主要由施工截面尺寸偏差或涨模产生。为确定块件实际重量，可预先在悬臂根部某截面I-I（距悬臂根部1.5m处）的箱梁顶底板内埋置应力传感器（见图1-1），对于施工阶段K，在块件混凝土浇筑前后，观测到I-I截面顶、底板的应力变化量分别为、，令对应于顶、底板应力观测值、的悬臂端块件重量分别为、。
　　
　　
　　其中：WS、WX――I-I截面顶、底板截面模量
　　L――块件重心到截面I-I的距离
　　 块件实际重量则为
　　 P=（Ps+Px）/2 （3-1）
　　 P=（）/2L （3-2）
　　 应力计是根据变形转换为应力的工作原理研制的，因此量测的应力值中会含有收缩、徐变的影响。但由于该项检测可在混凝土浇筑前后完成，时间很短，其影响也很小，这样确定的P，其精度取决于应力传感器与频率测定仪的精度，而与温度变化及混凝土收缩徐变关系不大。
　　（2）有效预加力
　　 这里有效预加力系指力筋束张拉后瞬时损失完成时的预加力。在理论上，若在预加力张拉前后观测到I-I截面顶、底板应力变化分别为、，令对应于观测应力、的I-I截面顶底板反算有效预加力分别为、，则
　　 （3-3）
　　（3-4）
　　其中：WS，WX――截面模量；
　　A――I-I截面面积；
　　e――力筋束形心距I-I截面形心的距离。
　　 实际有效预应力则为
　　
　　（3-5）
　　 然而在施工中，有效预应力量测值一般受影响较大。因此，实用的有效预加力调整还是通过引伸量及千斤顶油表双控来实施。其他的影响因素还有弹性模量、混凝土的收缩徐变，对于悬臂体系，主梁的混凝土收缩表现为水平位移，不影响主梁自身的挠度，只有墩身混凝土的收缩才使主梁产生向下的挠度，但墩身的龄期较长，后期收缩量很小，混凝土徐变则是主梁挠度的主要影响因素，必须认真对待。可以根据现场取样，模拟现场环境条件下的收缩徐变试验结果来计算并得到主梁收缩和徐变挠度，将此挠度与计算的挠度比较可判定收缩、徐变误差并借以确定参数调整量。其他的还有施工周期、外荷载偏差（主要是临时施工荷载偏差，譬如大桥设计时模拟挂篮重和实际重量有偏差，同时挂篮长度及支点和后锚点位置同时也有所变动，需按实际调整）、挂篮弹性变形误差。通过以上分析，可获得块件重量、预加力、弹性模量、徐变等项参数的变异量。
　　3.1.3参数调整方法
　　 对于悬浇与悬拼体系的控制，可以采用参数识别法，应用最小二乘原理对该参数进行识别。如果在某一施工阶段测得主梁悬臂端m个节段的挠度为S=[S（1），S（2），…，S（m）]T设原定理想状态的理论计算挠度为μ=[μ（1），μ（2），…，μ（m）]T
　　则有误差向量Y=[Y（1），Y（2），…，Y（m）]T
　　 Y=μ-S （3-6）
　　若记待识别的参数误差为θ=[θ（1），θ（2），…，θ（n）]T(n为参数误差识别的项数）由θ引起的各节段挠度误差为γ=[γ（1），γ（2），…，γ（m）]T
　　 γ=Φθ(Φ为参数误差θ到γ的线性变换矩阵，由结构性能给定)。（3-7）
　　残差
　　 ε=Y-γ=Y-Φθ（3-8）
　　Y=Φθ+ε（3-9）

　　方差
　　 V=εTε
　　 =YTY-YTΦθ-θTΦY+θTΦTΦθ （3-10）
　　将上式配成完全平方的形式
　　V=（θ-（ΦTΦ）-1ΦTY）TΦTΦ（θ-（ΦTΦ）-1ΦTY）+YTY-YTΦ（ΦTΦ）-1ΦTY≥YTY-YTΦ（ΦTΦ）-1ΦTY
　　 当θ-（ΦTΦ）-1ΦTY=0时，上述不等式中的等号成立，此时V达到最小，因此θ的最小二乘估计为
　　 （3-11）
　　 引入加权矩阵有（3-12）
　　 根据灰色理论建模要求，控制参数的个数不得少于4个，因此，在进行实桥悬臂施工标高数据观测时，应对悬臂前4块按理想设计状态加经验值立模施工，在相同时间间隔内观测挠度（标高），并对每块标高观测值进行温度效应修正，这样就可形成一个数据序列：
　　 （3-13）
　　――原始实测标高数据序列； ――1号块标高实测值，类似地，～分别为2～4号块标高实测值。
　　 式（4-9）的数据序列经1-AGO后形成数列：
　　 （3-14）
　　其中 （3-15）
　　（3-16）
　　可建立下述白化形式的微分方程：
　　（3-17）
　　记参数列为
　　 （3-18）
　　按最小二乘法求解白化形式的微分方程为：
　　 （3-19）
　　 根据这一公式从而可以预测以后各悬浇阶段标高变化值，再经过还原生成（累减生成）形成标高预测序列，前面4次预测值与（3-9）式的数据数列进行比较，来判断是否还要进行残差修正计算。首先进行残差检验，除预测精度好或合格者无需进行残差修正外，其余均应进行残差修正计算，直至残差检验满足预测精度要求为止，此时（3-18）式计入残差模型的预测模型即可作为最终的标高预测模型。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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