浅谈桥梁的施工控制问题

关键词：控制内容控制方法；桥梁施工 

　　1、桥梁施工控制的含义和意义 

　　近几年来，为了更好的发展经济，方便交通，我国在许多大河、大江甚至在海湾上构建了较多的更为经济合理的预应力混凝土桥梁。之所以在预应力混凝土桥梁施工中引入了钢桥自架设体系的施工方法，是因为在跨越深沟、深谷时不采用造价昂贵的河道支架，或者在建桥过程中不中断桥下交通和水中通航。要保证施工的质量，对于建桥的整个过程则应当进行严格的施工控制。就采用多工序、多阶段的自架设体系施工的大跨度桥梁上部结构来讲，要求结构标高和内力的最终状态符合设计的要求是十分困难的，因为大跨度桥梁的上部结构需要采用分析程序对多工序、多阶段的自架设施工方法进行模拟，这一过程首先是要计算出各阶段变形和内力的预计值，然后是将施工中的预计值与实测值进行比较、调整，最后直到预计值与实测值达到满意的设计状态为止。 

　　因为所有体系的桥梁所采用的施工方法都是按照预定的程序进行的，所以在施工过程中，各个阶段的变形与内力是完全可以预计的，另一方面利用监测手段得到各施工阶段的实际变形和内力可以跟踪掌握施工的进程与发展情况，以便较及时的发现施工中可能存在的偏差，从而可以消除事故隐患以确保桥梁的安全。 

　　施工控制也是桥梁营运中的综合监测系统。在桥梁的施工控制中，预留长期的观测点可以给桥梁创造终身监测的条件，从而对桥梁营运阶段的养护工作提供科学的、可靠的数据以及正确的、及时的管理措施，以保证桥梁的安全使用。所以根据以上情形可以看出在大跨度桥梁的建设过程中采用桥梁施工控制已经成为了一种必然的趋势。 

　　在大跨径预应力混凝土连续梁桥中，较为常见的几种施工方法是：在落地支架上浇筑边跨现浇段，在悬臂浇筑节段前还要将桥墩与主梁进行临时固结，一旦跨中合拢施加预应力完成后，则去掉墩顶的临时固结，以便使主梁能支承于支座上，在其所有的主墩上按照“T构”用挂篮分段去对称悬臂浇筑，同时在吊架上浇筑跨中合拢段，全桥按对称悬臂浇筑到边跨合拢再到中跨合拢的顺序进行施工。所以，预应力混凝土连续梁桥的施工过程是相当复杂的：①要去经历体系转换的过程；②它还要经历T型刚构悬臂浇筑阶段形成主梁的过程。从某种程度来讲，施工控制成为了大跨径预应力混凝土连续梁桥修建与发展过程中不可或缺的保证措施。 

　　2、桥梁施工控制的影响因素 

　　施工实际状态最大程度地与理论设计状态相吻合这一条件成为了桥梁施工控制最主要的目的。为了能够实现上述的目标，我们则应当全面的了解使施工状态偏离理论设计的各种可能因素，从而能够对施工过程实施较为有效的控制措施。 

　　2.1　施工监测 

　　施工监测是桥梁施工控制最基本的手段之一，是为后期调控提供基础数据的重要手段，也是大桥能够成功修建的重要工序。而在控制的过程中，保证测量的可靠性则显的尤其的重要，这一过程不但要从测量设备和方法上减少测量误差，而且还要在进行控制分析时将误差计入。 

　　2.2　施工工艺 

　　①施工控制是对施工进行服务的；②施工进程的好坏又影响着控制目标的实现。在施工控制中除了要求施工工艺必须符合控制的条件外，还应当计入施工条件非理想化而带来梁段浇筑和挂篮就位安装等方面的误差，这样才能使施工状态保持在控制之内。 

　　2.3　结构参数 

　　结构参数是不论在哪种桥梁的施工控制过程中都必须考虑的重要因素，因为结构参数准确性会直接影响分析结果的准确性。而设计参数总是会与实际桥梁结构参数存在一定的误差，所以如何让结构参数尽量接近桥梁的真实结构参数是当前必须要先解决的问题。此种问题包括：采用动态取值和误差分析；结构截面尺寸；材料弹性模量。采用随机抽样的方法能够准确识别钢筋和不同集料对混凝土材料热膨胀系数、施工荷载以及材料容重的影响程度。预加应力虽然是预应力混凝土结构内力与变形控制考虑的重要结构参数但是其大小容易受到多种因素的影响，其中包括管道摩阻、弹性模量、预应力钢绞线断面尺寸、张拉设备等情况。因此在控制过程中必须合理估计误差取值。 

　　2.4　温度变化 

　　因为温度的变化对桥梁结构的变形与受力影响比较的大，所以在不同时刻对结构状态进行测量时，温度变化的影响是必须要考虑的条件。为了能够将温度变化对结构的影响排除，一般情况下都是将控制状态定位在一天的某个特定的温度下，这种情况一般是将一天中温度变化较小的早晨作为控制所需实测数据的采集时间。 

　　2.5　混凝土材料收缩与徐变 

　　相对于应力混凝土桥梁来讲，混凝土徐变、收缩对结构变形、内力有更大的影响，这是因为预应力混凝土桥梁施工在施工与体系转化过程中，普遍存在各阶段龄期相差大、加载龄期小等情况，因此在控制过程中，必须要采用符合实际的、合理的计算模型和徐变参数。 

　　2.6　结构计算分析模型 

　　在对实际桥梁结构进行减化同时建立计算模型时，必然会存在误差，这类情况包括，模型化的本身精度、边界条件处理以及各种假定等。 

　　以上的这些误差可以总结为随机误差和系统误差这两种类型。因为悬臂浇筑的大跨度连续梁桥是通过控制各施工阶段主梁悬臂端截面的预留拱度来控制施工的，而这一过程又与截面在施工阶段的挠度密切相关，所以，如果在理想状态计算的各阶段截面挠度值都是正确的，那么截面的预留拱度也会是正确的，根据此类施工，在各施工阶段就能保证桥面标高达到理想状态的计算标高。但是在实际的操作过程中，各阶段的计算值由于以上的各种误差干扰的存在不可能完全的正确，因此，这就需要根据结构的实际反应在施工过程中对挠度计算值进行修正。在干扰各阶段挠度的误差中，除了参数的误差外还存在随机误差和非参数系统误差。而对于此类的误差，也应当采取合适的方法加以估计、预测、滤除以及调整。 　　由以上的分析可以确定以下的控制方案：①通过参数调整，消除参数误差。②通过对结构计算数据进行修正去消除非参数误差。③通过反馈控制去滤除随机误差以此来确定预留拱度的调整量。 

　　3、桥梁施工控制的主要内容 

　　3.1　结构稳定性的控制 

　　国内外曾经有过许多桥梁在施工的过程中，因为失稳而导致全桥破坏的例子，所以桥梁结构的稳定关系到桥梁的安全，它与桥梁的强度存在着同等地位的意义。因此要严格地控制施工各阶段结构构件稳定性。特别对于容易受到突发情况影响的大跨径桥梁，是很难对桥梁施工的安全性进行保证的。所以建立一套全面监控系统来对桥梁进行终身监控是十分具有必要的。 

　　3.2　结构应力的控制 

　　在对桥梁进行施工控制时，特别要注意对结构应力的进行监控，因为一旦结构设计应力与实际应力状态不符合时，将会给结构造成某种程度的影响，这种危害远远的超过结构变形的危害。对于预应力混凝土连续梁桥来讲，结构体内的预加力大小与应力大小存在很大的关系，所以应该主要的控制预加力：所用的压力表的读数不应当低于1.5级；压力表与千斤顶应当配套校验，以便来确定压力表与张拉力读数之间的关系曲数；检验测力计的精度或者千斤顶用的试验机不得低于±2％；锚具与张拉机具应当在现场进行校验检查。预应力钢材用应力控制方法张拉时，应当对伸长值进行校核，理论伸长值与实际伸长值应当控制在6％的范围内。 

　　3.3　结构变形的控制 

　　因为在施工过程中桥梁结构的变形将会受到许多因素的影响，所以无论采用怎样的施工方法，桥梁结构总要产生变形，而这种情形很容易导致桥梁结构实际位置偏离预期的状态，最终成桥状态与所设计的相比不符合，从而对桥梁的正常运营产生了严重的不良影响。因此对桥梁结构的变形必须实施严格的控制。 

　　对桥梁结构几何尺寸的控制是施工控制的一种基本要求，而任何一个结构都不可能与设计尺寸毫无误差的吻合，因此要将设计尺寸与结构尺寸尽量下降到《公路桥涵施工技术规范》所制定的范围内。 

　　4、桥梁施工控制的主要方法 

　　桥梁的施工控制在渐渐的被工程界所重视的同时也形成了一些较为实用的控制方法，这类方法包括最佳成桥状态法、线形回归分析法、参数识别法、神经网络法以及灰色预测控制法等等。而在这些方法当中灰色预测控制相对于其它的方法则是一种比较好的反馈控制方法。 

　　灰色预测控制具有如下的特点：灰色控制理论：①对环境影响因素以及结构参数预测的控制；②则是基于系统发展变化的预测控制。根据需要将预测得到的结果代入结构方程而求得结构状态参数的方法是较为符合结构实际的状态，因而具有非常高的准确性。 

　　灰色预测控制建模是一种实时的控制。不同的是数理统计方法是按照先进行对规律检验再来处理问题，它所要求是数据能够越多越好并且越具有规律性越好，但是灰色过程则是利用原始数据的整理来进行寻找数的规律的，这是一种就数找数的规律方式。 

　　灰色预测控制是“采样瞬态建模”的控制，该控制过程是：每当采集到一个新数据时便会相应的建立起一个新的模型同时也会随之更新一组模型参数，因此该过程就是不停的采集数据，不停建模，不停的更新参数，不停预测的预测值的过程。这实际上就是通过模型参数的去不停更新，以此来适应行为的不断变化、噪声的不断干扰、环境的不断影响，所以此种控制方法具有很强的适应能力；灰色预测控制是行为的控制，同时也是后果的控制，所以既不必将系统的控制行为和噪声加以分离，又没有必要去追究行为变化产生的原因，这使得控制大为简化。 

　　因此，由以上的所有依据可以得出一种较为准确的结论：灰色预测控制是一种相对于其他方式较好的反馈控制方法。