1、 山东大学网络教育学院 毕业论文 (设计 ) 论文 (设计 )题目 : 浅谈桥梁施工控制 姓 名 年 级 秋 专 业 土木工程 学习中心 上海 指导教师 职 称 2014年 月 日 摘 要 III 摘 要 随着大跨度桥梁建造数量的不断增加，桥梁架设过程中的线形及应力状态控制工作越来越显重要，在大跨度桥梁架设过程中，一般均需对线形及应力状态进行专门的分析研究。但是，施工过程的控制工作仍然是大跨度桥梁建设中的一个薄弱环节，目前在已完成的桥梁中，不少就出现的线形不好、内力状态不合理的问题。大跨度桥梁施工是一系列复杂的体系转换过程，不同桥型有不同的特点，针对它们的特点采用不同的对策是控制成功的关键，本
2、文 分别对桥梁施工控制的发展、 桥梁施工 控制 的作用 、意义和它对桥梁施工的重要性，以及桥梁施工控制的目标、影响因素、控 制的方法分类和索力调整的几种方法，进行了简单的介绍和分析， 并结合几座大跨度、典型桥梁施工控制实例，对大跨度桥梁施工控制必要性、目的性及控制重点进行了概述 。 关 键 词 ： 控制目标 ； 意义作用 ； 影响因素 ； 方法分类。 论文类型 ： 理论研究 目录 V 目 录 1 绪论 . 1 2 桥梁施工控制的研究背景 . 3 2.1 桥梁施工控制的作用 . 3 2.1.1 控制和调节结构参数的作用 . 3 2.1.2 确保施工 工艺的作用 . 3 2.1.3 施工监测的作用
3、 . 4 2.2 桥梁施工控制的意义 . 4 2.2.1 桥梁施工控制是桥梁施工质量的重要保证 . 5 2.2.2 桥梁施工控制是桥梁营运中的综合监测系统 . 5 2.2.3 桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 . 6 2.3 桥梁施 工控制的目标 . 6 3 施工控制方法分类 . 7 3.1 开环控制 . 7 3.2 反馈控制 . 7 3.3 自适应控制 . 7 3.4 索力调整的方法 . 8 3.4.1 斜拉索多次张拉法 . 8 3.4.2 卡尔曼滤波法 . 8 3.4.3 满意满足度法 . 8 4 影响桥梁施工控制的因素 . 9 4.1 结构参数 . 9 4.2 施工工艺 . 10 4.
4、3 温度变化 . 10 4.4 材料收缩、徐变和剪滞效应 . 10 5 施工控制实例 . 11 5.1 苏通大桥辅桥 (连续 钢 构 ) . 11 5.1.1 工程概况 . 11 5.1.2 施工控制重点和措施 . 11 5.1.3 控制成果 . 11 5.2 忠县长江大桥 (斜拉桥 ) . 11 5.2.1 工程概况 . 11 5.2.2 施工控制重点和措施 . 12 目录 VI 5.2.3 控制成果 . 12 6 结论与展望 . 13 致 谢 . 15 参考文献 . 17 预览中看不见即可）： Equation Chapter (Next) Section 1 山东大学网络教育学院论文 1
5、 1 绪论 随着近年来我国社会经济的蓬勃发展，对于 桥梁 工程的施工质量要求也在不断地加强。因此要想有效提高 桥梁 工程的施工质量，就需要广泛地运用现代 桥梁 工程施工控制技术 ，以此来加强 桥梁 工程施工的先进性和科学性。 以往，在桥梁施工技术中并未突出施工控制的内容，甚至没有提到“施工控制”。而事实上 ，施工控制是施工技术的重要组成部分，并始终贯穿于桥梁施工中。施工控制在施工技术中未被重视的原因是由于过去所建桥梁一般跨径不大、规模较小、影响因素少等，因为施工控制不力而产生的不良后果也就不明显，从而使人们忽视了它的重要性。 桥梁施工 控制 技术的发展最早使用桥梁施工控制概念要追溯到 20世纪
6、 50年代初 ,第一座现代斜拉桥 Stromsund桥施工时 ,建桥者就如何使索力和标高达到设计要求的问题进行研究 ,这也是传统意义上的施工控制。在 1958 年修建 TheodonNess 斜拉桥时 ,设计者首次提出了采用 “ 倒退分析 ” 的方法计算 出各施工阶段结构的标高和初始索力 ,这种方法在 1978 年竣工的美国 P-K 桥中得到了应用。后来 ,加拿大在修建安纳西斯桥时 ,也采用了同样的施工控制技术。但真正较系统地把工程控制理论应用到桥梁施工管理中的是日本。 20 世纪 80 年代初 ,日本修建日野预应力混凝土连续梁桥时 ,就建立了施工控制所需的应力、挠度等参数的观测系统 ,并应用
7、计算机对所测参数进行现场处理 ,然后将处理后的实测参数送回控制室进行结构计算分析 ,最后将分析结果返回到现场进行施工控制。上述方法也是国外传统的施工监控方法。到 80 年代后期 ,日本修建Chichby 斜拉 桥和 Yokohama 海湾斜拉桥时 ,成功地利用计算机联网传输技术建立了一个用于拉索索力、主梁标高、主梁倾角、塔垂直度调整的自动监控系统 ,实现了施工过程中实测参数与设计值的快速验证比较 ,它对保证施 工的质量控制起了很大的作用。 山东大学网络教育学院论文 3 2 桥梁施工控制的研究背景 2.1 桥梁施工控制的作用 桥梁施工控制的作用是使施工实际状态量最大限度地与理论设计状态（线形与受
8、力）相吻合，要实现其控制作用就必须在施工过程对下列因素实施有效的控制 2.1.1控制和调节结构参数的作用 结构参数的获得和调整是桥梁的施工控制的重要因素。结构参 数的准确性会直接影响分析结果的准确性。施工控制中通过调整结构参数进行结构施工模拟分析。在施工中桥梁结构参数总是会与设计参数存在一定的误差。应通过施工控制来调整误差，使得结构参数尽量最接近桥梁的真实结构参数。然而实际上，由于上述各种误差干扰的存在，各阶段的计算值不可能完全正确。这就需要在施工过程中根据结构的实际反应对挠度计算值进行修正。由于各阶段的挠度是各项参数的函数。所以挠度的修正可以通过参数的调整来实现。同时干扰各阶段挠度的误差，除
9、了参数的误差外还有非参数系统误差和随机误差，对于这类误差，也必须采取适当的 方法加以减除、估计、预测和调整。通过以上分析，确定控制方案为：通过参数调整、消除参数误差、修正结构计算数据，消除非参数误差，通过反馈控制，滤除随机误差，确定预留拱度调整量。对于测量精度要求较高的桥梁施工， 有时也 引入第三方检测的方法，运用 GPS 远程定位，实时监控节点标高，及时调整抛高系数，这对于桥梁的线形控制能起到积极作用。 2.1.2确保施工工艺的作用 桥梁施工控制是为施工服务的，它要求和确保施工工艺控制在设计要求之内，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来就位安装和梁段浇筑等方面误差，使施工工艺保持在 施
10、工控制之中。 在大跨径预应力混凝土箱梁悬臂浇筑施工中，随着箱梁的延伸，结构自重将逐步施加于已浇筑的节段上，使其饶度逐渐增大并且不断变化，因此在节段施工中要有一定的预拱度，饶度控制将影响到合拢精度和成桥线形。因此必须进行精确的计算和严格的控制，通过实测，对设计给出的预拱值在一定范围内适当修正。 除保证各跨线形在控制范围内以外主梁全程线形应定期进行通测，以确保全桥线形的协调性。 另外， 大体积混凝土 浇筑施工控制对于结构质量是至关重要的，因此，在进行浇筑时需要做好防范措施。 优选低水化热水泥拌制混凝土，并适当使用缓凝减水 剂和微膨胀剂，减少大体积混凝土体积收缩影响，以降低混凝土可开裂的可能性。在保
11、障混凝土设计强度的前提下，适当降低水灰比，掺加适量粉煤灰以降低水泥用量。降低混凝土入模温度，控制混凝土内外温差（当无设计要求时，控制在 25 摄氏度以内），如降低拌合水温度、骨料用水冲洗降温、避免暴晒等。适当设置后浇带，山东大学网络教育学院论文 4 以减少外应力和温度应力，也有利于散热，降低混凝土内部温度。必须二次抹面，以减少表面收缩裂缝，紧接进行保湿覆盖保温养护。 可预埋冷水管，通过循环水将混凝土内部热量待带出，进行人工导热。 2.1.3施工监测的作用 桥梁施工控制 的最基本作用就是其监测作用。施工监测控制是保证桥梁成功修建的重要工序，也是为以后营运过程中的养护和调控提供基础数据的重要手段。
12、它对应力、变形、温度、以及建材力学指标进行监测、例如温度变化的监测、温度对桥梁的结构受力与变形影响很大。温度变化结构应力也相应变化，在不同时刻对结构状态、温度、应力、变形进行监测，其结果是不同的，通常都是将控制理想状态定位在一天的一个特定温度下，监测温度变化能够使其对结构的影响程度降至最低。在施工控制过程中，保证测量的可靠性极为重要，除了要从测量设备、方法上尽量减少测量误差外，在进行 控制分析时必须将误差计入。 2.2 桥梁施工控制的意义 随着交通事业发展的需要，桥梁建设任务将更加艰巨，施工难度越来越大。事实上，任何桥梁施工，特别是大跨径桥梁的施工，都是一个系统工程。在该系统中，设计图纸要求是
13、施工的目标，在为实现设计目标而必须经历的施工过程中，将受到许许多多确定和不确定因素（误差）的影响，如何从各种失真的结构参数中找出相对真实之值，对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工系统处于控制之中，对设计目标安全、顺利实现是至关重要的。上述工作一般需以现代控制论为理论基础来进行，所 以称之为施工控制 。在近年来的桥梁建设中，人们已经普遍认识到施工控制在施工技术中的 重要地位与作用。实际上，桥梁施工控制早在以前的施工过程中就已被人们采用，如在施工中为了保证桥梁建成时的线形符合设计要求，在有支架施工时总是要在支架上设置预拱度；在悬臂施工中总是要使施工节段的立模标高高于设计标高一
14、定数值，这实质上就是在对施工实施控制，这些处理的好坏常常被看作是施工技术水平高低的体现。 桥梁施工控制是随施工过程中的预测、实测、评估及反馈、再预测的循环控制逐渐实现的，它是将实用的结构现场测试技术和计算分析技术应用于施 工，并结合施工过程形成结构评估、监测及反馈控制的安全及质量技术控制系统。其目的是通过监控监测及计算预测、评估使施工过程处于安全、可控状态，成桥后桥梁结构内力及线形满足设计目标要求；同时，通过监控计算及详细分析提高施工精度，优化施工顺序，保证施工顺利进行。 桥梁施工控制不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，而且也是实施难度相对较大的部分。对不同体系、不同施工方法、不同材料等的桥梁，
15、其施工控制技术要求也不一样。以钢桁梁的悬臂架设为例，为使最终满足设计标高，通常采用预设拱度的方法山东大学网络教育学院论文 5 来解决，即将先架设的节点预先抬高来考虑 后架设节段的影响。由于钢材的匀质性和制造尺寸的准确性，预设拱度方法在钢桁梁悬臂拼装过程中是较为成功的方法。但是，对于同样采用悬臂法施工的混凝土桥梁就不那么简单。因为混凝土桥梁除了本身材料的非匀质性和材料特性的不稳定外，它还要受到温度、湿度、时间等因素的影响，加上采用悬臂施工这种自架设体系施工方法，各节段混凝土或各层混凝土相互影响，且这种相互影响又有差异，这就必然造成各节段或层的内力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程变化而偏离设计值
16、的现象，甚至出现超过设计允许的内力和位移。对这种情况，若不通过有效的施工控制及 时发现、及时调整，就势必会造成成桥状态的线形与内力不符合设计要求或在施工过程中结构的破坏。 桥梁施工控制能确保在桥梁施工过程中结构内力和 线 形始终处于结构容许的安全范围内，以确保桥梁施工过程安全和成桥状态符合设计和规范要求。它的作用体现在以下方面： 2.2.1桥梁施工控制是桥梁施工质量的重要保证 桥梁施工控制是桥梁施工质量的重要保证。二者目标是一致的，我国交通事业的发展，使桥梁修建规模日渐扩大，建设水平日益提高。造价相对较低的混凝土桥梁已经逐渐与大跨度钢桥并驾齐驱。钢桥自架设体系施工法逐渐广泛应用于混凝土桥的 施
17、工中。这种将桥梁的上部结构部分分节段或分层进行施工，也就是无支架而靠自身结构进行的施工方法使得混凝土桥得到了较大发展。随着自架设体系施工方法的广泛使用带来了桥梁结构较为复杂的内应力和位移变化，因此，在桥梁施工过程中要对结构内力和变化进行系统的、严格的控制，从而保证桥梁施工质量和安全，随着计算机仿真模拟 技术的广泛应用，为施工控制人员预先对各阶段、各工序的自架设体系施工方法进行模拟提供了条件，能够计算出的内力和位移的预计值，这样在施工中就能随时根据实测结果调整实测值与预计值间的误差，使其符合设计要求，以确保 桥梁的施工质量。 2.2.2桥梁施工控制是桥梁营运中的综合监测系统 桥梁施工控制为桥梁的
18、营运创造综合监测系统。其中的监测因素包括结构温度监测、应力监测、变形监测等内容。通过系统的、持久的监测可以直接反映施工的质量和成果。同时，应注意监测设备、监测方法、监测数据采集方法等带来的误差，在调试过程中要考虑在内加以更正，监测系统还能提供长期预留观测点，使桥梁即使面对交通事业的发展、荷载等级、交通流量、行车速度等要求的提高，以及一些不可预测的破坏力时也能通过监测系统提供的数据及时调整，从而给桥梁营运阶段的养护工作提供 科学的、可靠的数据，给桥梁安全使用可靠保证。方便了桥梁养护部门根据监测数据和桥梁的实际使用情况进行有效的更换和维护。避免了以往只靠外观检查等简单山东大学网络教育学院论文 6
19、手段和粗略的数据进行的实效不大的养护。为彻底改变我国目前桥梁养护的现状，为科学、灵活地预报桥梁各部位营运情况提供保障。 2.2.3桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 任何桥梁的建设和施工中，安全都是最关键的内容。进行桥梁施工控制，能保证桥梁按预定的程序和施工方法有条不絮的进行施工建设。同时可通过监测方法，运用相应监测设备能得到各施工阶段结构的内应力和变形的实际数据。根据预计数值调整结构的内力和变形的误差，还能进行检查和分析误差原因，以便完全跟踪掌握施工进程和发展情况。从而避免了突发事故的出现的可能性。为桥梁的安全施工，及时交工提供了有力保障。桥梁施工控制系统就是桥梁建设的安全系统。为确保桥梁施
20、工的安全，桥梁施工控制必不可少，尤其对造价昂贵的大跨度桥梁，更为重要。 2.3 桥梁施工控制的目标 桥梁施工控制的目标可以分为两个部分：成桥状态总目标和施工过程中的分目标，各个目标必须包括应力状态和线形状态。 成桥时合理应力状态确定的方法在斜拉桥和拱桥设计中已经有了大量的研究；由于桥梁跨度的增大，混凝土收缩、徐变对桥梁线形的影响不可忽视，线形控制目标必须是桥梁长期线形达到设计竖曲线，在桥梁竣工时应保证足够的徐变预拱度。 从成桥合理状态确定施工阶段控制目标的理论方法主要有：倒拆法、无应力法等。随着桥梁跨径的增大，主梁相对刚度逐渐减小，再加上前支点长挂篮的使用，节段重量较大，如果完 全追求按成桥状
21、态来反推施工的控制目标，可能导致施工阶段梁体应力过大，施工中应力控制在允许范围内的要求与成桥状态的理想内力状态发生矛盾，这时就必须将施工阶段的控制目标与成桥状态目标分开考虑，在全桥合龙后进行一次调索，实现两个目标之间的转换。 理论上这些方法可以用于确定施工阶段的内力及标高状态，由于徐变、几何非线性、构造问题（实际结构不可能安装带有初应力的构件）等因素，它们只能用于初步确定施工阶段的内力状态，不能用于确定施工阶段的标高。施工标高控制过程是一个复杂的预拱度控制过程，施工阶段的标高状态必须根据施工模 拟计算所得的挠度反向确定。 Equation Chapter (Next) Section 1 山东
22、大学网络教育学院论文 7 3 施工控制方法分类 3.1 开环控制 对于较简单桥型施工，一般 都是在设计中估计结构的恒载和活载，由此计算出结构的预拱度，在施工过 程中只要按照这个预拱度来施工 ，施工完成后的结构就基本上能达到设计所要求的 线形 和内力。这就是一个开环的施工控制过程，因为施工过程中控制是单向的，并不需要根据结构的反应来改变施工中的预拱度。 对于早期的斜拉桥施工，从理论成桥状态通过施工过程的倒退分析，求得每个施工阶段主梁的位置和索力，在施工过程中只要按这样的位置和索力进行安装，理论上即可达到理想的成桥状态。这也是一个施工开环控制过程。 在各部件的制造和安装精度很高， 且对结构的力学特
23、性完全掌握的情况下 ，这种方法是可行的、方便的。 3.2 反馈控制 当斜拉桥在施工过程 中出现施工状态时，如不加以调整，就会造成结构的线形和内力远远偏离设计成桥状态，甚至危及安全。对于预应力混凝土斜拉桥，其施工中的精度保证相对较低，且设计计算所采用的各项参数与现场材料的参数存在一定的差距，因此预应力混凝土斜拉桥的施工控制难度较大。反馈控制就是通过施工控制量的实测数据，进行设计算，得出调整量，纠正偏差。 3.3 自适应控制 对于预应力混凝土斜拉桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中得计算参数（主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数）的取用等与施工中 得实际情况有不一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须在根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中得这些参数值，以使计算机模型与实际结构磨合一段时间后自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制 的 基础上，再加上一个系统参数识别过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。 当结构测量的受力状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别法中去计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，计 算模型就基本上与实际机构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
