1、北京环线特大桥跨二环桥线形监控摘要：北京环线特大桥跨二环桥是一座现浇预应力混凝土连续梁桥。挠度测量是箱梁悬臂施工控制的一项重要内容,目的是为施工提供每一个箱梁施工阶段准确的立模标高,为保持桥梁的线形和顺利合拢打下基础。以该桥为工程背景，介绍了本桥的线形监控的自适应控制方法以及线形监控中采取的措施，说明自适应控制理论能较好地应用于此类桥梁的线形控制。 关键词：线形监控；自适应控制理论；预应力混凝土连续梁桥； 中图分类号： U445 文献标识码：A 1 前言 大跨径连续箱梁悬臂施工是现代比较成熟的大跨径施工技术,为保证桥梁成桥线形与设计线形吻合及对向施工的高精度合拢,进行适时和准确的挠度测量尤其必
2、要。一般来讲,箱梁悬臂施工中影响挠度变形的因素很多,施工荷载、挂篮变形、混凝土容重、弹性模量、收缩徐变、日照和温度变化、预应力大小、结构体系转换等因素在设计过程中的参数设定值与实际施工状态不能完全保持一致,导致箱梁理论计算挠度与实际有较大偏差,而且随着悬臂跨径的增大,箱梁内外温差影响引起的偏差也逐渐增大。但这些因素的综合影响最终体现在箱梁的挠度上。因此需采取科学有效的措施对箱梁实施高精度测量,并进行分析和预测,实时的调整立模标高,最大限度的使大桥实际线形与设计线形一致，从而保证桥梁的力学结构不变和安全运营。 2 工程概况 北京环线特大桥跨二环桥上部结构为 6010060m 现浇预应力混凝土连续
3、梁桥，采用时速为 350 公里客运专线无碴轨道铁路工程建设通用参考图。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽 13.4m，箱梁底宽 6.7m，顶板厚度 40cm，底板厚度 40120cm，按直线线性变化，腹板厚度 60 至 80cm、80 至 100cm，按折线变化。梁全长 221.5m，计算跨度为 6010060m，中支点处梁高 7.85m，跨中 10m 直线段及边跨15.75m 直线段梁高为 4.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端 0.75m。 3 线形控制的基本理论 3.1 自适应控制理论 影响预应力混凝土桥梁施工过程中结构线形及内力的因素主要有混凝土的弹性模量，
4、浇筑混凝土超方量，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮的变形特性，预应力束张拉误差等。当上述因素与设计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差积累。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值。当结构测量到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算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果相一致。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，这样，经过几个工况的反复辨识，计算模型基本上与实际结构一致，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
5、图 1为自适应系统的构成。 对于采用悬臂拼装或悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶处的相对线刚度较大，变形较小，因此，在控制初期，参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小，这对于自适应控制思路的应用是非常有利的。经过几个节段的施工后，计算参数已得到修正，为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好的条件。 图 1 自适应系统的构成 Fig1 The constitution of the of the adaptive method 3.2 立模标高的确定 在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加
6、以正确的控制，则最终桥面线形较为良好。 立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度） 。其计算公式如下： 式中： 阶段立模标高； 阶段设计标高； 由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和； 由张拉本阶段及后续施工阶预应力在阶段引起的挠度； 混凝土收缩、徐变在阶段引起的挠度； 施工临时荷载在阶段引起的挠度； 取使用荷载在阶段引起的挠度的 50%； 挂篮变形值。 其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，、 、 、 、在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。监控计算采用平面杆系有限元方法进行，根据本桥的施工进度计
7、划从正装分析、倒装分析、实时跟踪分析三方面对本桥进行了结构分析。施工过程中利用最小二乘法对参数进行识别、修正。 3.3 测量 从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕为一个施工周期，每个周期中有关施工控制的步骤如下： （1）按照预报的挂篮定位标高定位挂篮，测量定位后的挂篮标高； （2）立模板、绑扎钢筋； （3）浇筑混凝土前，测量所有已施工梁段上的高程测点，复测挂篮定位标高，墩顶的水平位移； （4）分析测量结果，如需调整，调整挂篮标高； （5）浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高，测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高，建立测点与梁底标高的关系； （6）按铁路工程检验评定标准检查断面
8、尺寸，统计梁段混凝土超重的情况； （7）张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点； （8）分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值和应力、温度等测量结果计算、预报下一施工周期的挂篮定位标高。 3.4 误差控制 本桥线形控制的最终目标是：成桥后的线形与设计线形的所有各点的误差均控制在 3cm 范围之内。根据这一目标，在每一施工步骤中制订了如下的误差控制水平： （1）挂篮定位标高与预报标高之差控制在 1cm 以内； （2）预应力束张拉完后，如梁端测点标高与预报标高之差超过1cm，需经控制小组研究分析误差原因，确定下一步的调整措施； （3）如有其它异常情况发生影响到梁体标高，其调整方案也
9、应经仔细分析研究，提出控制意见。 3.5 参数调整 在获得测量数据库后，对比实测值与理论值的差别，采用分离变量法可识别出各参数的真实值。在本桥的线形监控中，取定主梁混凝土箱梁抗弯刚度、块件重量与预应力钢束张拉力为待识别的参数。在施工第号块时，由挂篮移位的梁体变位实测值与理论值的差别，可识别出第号块件的弹性模量的真实值；由浇筑混凝土时的变位值可识别出第号块的重量；由张拉预应力时的变位值可识别出第号块件对应的预应力钢束张拉力。在识别出各参数后，须及时将它们反映在有限元计算中，以获得修正的下一块件的挂篮变位预抬高量。 3.6 控制线形的调整 在施工过程中，由于结构实际情况与理论计算的差异以及挂篮定位
10、标高放样的误差，必将导致已建部分在成桥时的线形出现不能消除的误差。若对误差不予调整而继续施工，将导致全桥的线形波动较大。鉴于这种情况，须对未施工阶段的控制线形作出修改。在本桥的线形控制中采用了拉格朗日差值法： 式中：待施工阶段控制线形与设计标高的差值； 已施工阶段的标高与控制目标的偏差； 已施工阶段前端截面的水平坐标。 由上式可得出待施工阶段的控制线形与设计标高的差值，还须比较与标高偏差允许范围的大小，取。 4 控制成果 4.1 实测位移与理论位移对比 图 2 23墩 11块浇筑位移比较图 Fig2 contrast between Construction displacements of
11、11# of 23# pier 图 3 23墩 11块张拉位移比较图 Fig3 contrast between tension displacements of 11# of 23# pier 由图 2 和图 3 可以看出梁段在浇注后和张拉后的实测位移与计算位移接近。 4.2 成桥线形 中跨合拢段预应力束张拉后梁体实际预拱度与理论预拱度对比图如图 4 所示。 图 4 实际预拱度与理论预拱度对比图 Fig4 actual pre-camber and theory pre-camber contrast chart 由图 4 可以看出，全桥合拢张拉中跨预应力束后，梁体线形走势与理论线形一致，梁
12、底实际预拱度与理论预拱度误差在 1.5 以内，梁体线形平顺，满足目标控制要求。 5 结论 （1）连续梁、连续刚构的施工特点决定了自适应控制是这种桥型施工控制的有效方法； （2）线形控制结果表明，全桥线形变化平顺，实际走向与理论走向的变化趋势基本一致，所有节点高差及合拢误差满足控制目标要求； （3）线形控制是预应力混凝土连续梁桥施工质量的重要保证，是施工控制至关重要的一环，直接决定着连续梁桥的成桥线形是否符合设计要求影响着桥的外观和行车安全。 参考文献 1 向中富，桥梁施工控制技术M，北京：人民交通出版社，2001 2 徐君兰，大跨度桥梁施工控制M，北京：人民交通出版社，2000 3 兰州交通大
13、学，北京环线特大桥跨二环预应力混凝土连续梁桥线型监控报告R，兰州，兰州交通大学，2007 4 向学建，杨昀，下沙大桥上部成桥线形施工监控J，华东公路，2003 Linear Control for Beijing link bridge across the second ring Hui Ji-bo (Shehua Baoshen Railway Group Co.,Ltd.,Track Division,Erdos,Inner Mongolia,017000,China) Abstract: Beijing link bridge across the second ring is a P
14、C continuous bridge. Deflection survey is an important matter for cantilever construction controlling of box-beam, aiming at providing an accurate form-laying elevation for the construction phase of each beam to ensure bridges line and smoothly joining.Take this bridge as the project background,the
15、paper introduced the adaptive control method for linear control as well as the linear control adopted measures. It is demonstrated that the adaptive control method is applicable for linear control of the same pattern bridge Key words: linear control; adaptive control method；PC continuous bridge； 作者简介：惠继博，甘肃庆阳人，本科，毕业于兰州交通大学，助理工程师，现就职于神华包神铁路集团有限责任公司
