桥梁施工控制研究现状与发展趋势

（桥梁结构理论与应用—课程论文）题目：桥梁施工控制研究现状与发展趋势院系名称：土木工程与建筑学院专业班级：土建研152班学生姓名：李可学号：1049731502692指导教师：康俊涛2016年1月22日桥梁施工控制研究现状与发展趋势李可（武汉理工大学土木工程与建筑学院研152班，武汉430070）摘要：桥梁建设是我国社会基础建设中的重要组成部分，是我国经济建设的核心之一，不仅可以促进社会经济的发展，而且极大提高了交通效率。随着桥梁跨度日趋增大，施工技术也变得更加复杂。因此桥梁施工控制对桥梁的整体质量显得尤为重要，特别是大跨径桥梁在施工过程中往往会出现各种各样的问题，也给桥梁建设带来了新的挑战，这说明桥梁施工控制是桥梁建设中的关键一环。本文首先介绍了桥梁施工控制的基本内容和方法，然后针对大跨径桥梁施工控制中的关键影响因素进行分析，并对桥梁施工控制的发展趋势作出展望。关键词：施工控制；大跨径桥梁；内容；影响因素中图分类号：文献标识码：A文章编号：ResearchStatusandImprovementTendencyofBridgeConstructionControlLike(Instituteofcivilengineeringandarchitecture,SchoolofScience,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Bridgeconstructionisanimportantpartofournationalsocialinfrastructuresandoneofthecoreofeconomicconstruction.Itcannotonlypromotethedevelopmentofsocialeconomy,andgreatlyimprovethetrafficefficiency.Withtheincreasingofbridgespan,constructiontechnologyisalsobecomingmorecomplicated.Sothebridgeconstructioncontrolisparticularlyimportanttotheoverallqualityofthebridge.Especiallyinaprocessoflong-spanbridgeconstruction,itoftenappearsallsortsofproblems,alsobringsnewchallengestobridgeconstruction.Itshowsthatthebridgeconstructioncontrolisakeylinktothebridgeconstruction.Thisarticlefirstlyintroducesthebasiccontentandmethodofbridgeconstructioncontrol,thenanalyzesthekeyfactorsoflong-spanbridgeconstructioncontrolandtheputforwardthetendencyofthebridgeconstructioncontrol.Keywords:constructioncontrol;long-spanbridges;content;keyfactor0前言桥梁在我国有着悠久的历史，早在唐汉时期，浮桥就已经被广泛运用，桥梁工程领域技术的发展历经久远，如今桥梁已经成为了城市中与公路并肩的交通方式，但是桥梁的广泛应用，也随之而来出现了一些常见的病害，桥梁在发挥交通作用时，不可避免发生一些安全事故。随着经济的增长，城市在步入国际大都市行列的同时，也产生了一系列问题，尤其是城市交通堵塞的现象。交通量的增长是城市经济发展的必然结果，作用在桥梁上部的荷载的整体基数增大，载重等级发生变化，在桥梁固有承载力的前提下，桥梁整体的耐用性必然会降低。而桥梁施工作为桥梁整体质量的最关键环节，应该引起足够的重视。特别是到了21世纪，大跨径桥梁成为一种趋势，但随着跨径增大，对施工质量的要求越来越高，因此对每一个施工环节进行有效的监控显得十分必要。1桥梁施工控制1.1施工控制的重要性大跨径桥梁作为桥梁工程发展的主要方向，其具体的施工过程中的施工控制是大跨径桥梁施工的重点和难点。大跨径桥梁建设的成功与否直接取决于施工单位对于施工控制的技术特点。由于大跨径桥梁的结构和材料特点，容易受到温度、湿度以及时间因素的影响。甚至在施工中不同的施工方法对桥梁的具体施工过程也会有较大的影响。所以，作为控制桥梁质量控制重中之重的施工控制直接决定了桥梁建设的成功与否。衡量一座桥梁质量标准就是要保证已成桥的线形以及受力状态符合设计要求。对于桥梁的下部结构，只要基础埋置深度和尺寸以及墩台尺寸准确就能达到标准，容易检查和控制，而对采用多工序、多阶段自架设体系施工的大跨度桥梁的上部结构而言，要求结构内力和标高的最终状态符合设计要求就不那么容易了。比如预应力混凝土刚构桥和斜拉桥在悬臂浇筑1号快件时，如预抛高设置不准，可能影响到以后节段和合龙标高以及全桥的线形。施工控制是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。1.2施工控制的内容1.2.1结构变形控制桥梁的变形会受到各种因素的影响,在施工过程中很容易因为多个小偏差综合在一起而产生变形，导致桥梁状态与设计方案不符，不利于桥梁的正常运行，虽然在桥梁的施工中，很难达到设计方案，但是也要尽量减少两者之间存在的误差，达到国家相关规范的要求。为保证变形控制总目标的实现，每道工序的变形控制误差允许范围也需要事先进行研究，通常包括：标高、合龙相对高差、轴线、倾斜度等。对于大跨度桥梁来说更是如此。成桥后的标高和平面位置，是线性控制的两个方面，尤其是弯梁桥的平面控制难度更高。所以施工中要认真进行结构分析，确保建设结构符合设计标准。标高的控制也就是竖向线性控制，一般选取若干个点，通过控制这些点的标高来控制整体施工的标高。避免出现合拢难、桥面起伏严重的后果。1.2.2结构应力控制结构的应力通常包括：结构自重应力、施工荷载应力、结构预加应力、温度应力、混凝土收缩徐变应力、斜拉索张力、悬索桥主缆吊杆拉力、中下承式拱桥吊杆拉力。和结构变形相比，结构的应力误差更容易对桥梁引起负面影响，桥梁的结构和应力息息相关，因此在施工时，应时刻注意桥梁的应力变化，保证桥梁的安。在实际监测的过程中，通过和设计参数进行比较，能够反映出结构应力的实际情况，要选择合理的科学方法对应力进行控制，一旦发现应力误差超出规定范围，要及时进行调整，避免造成更大的损失。1.2.2结构稳定控制在以前的施工过程中，桥梁的稳定性没有受到足够的重视，如加拿大的魁北克大桥因悬臂端下弦杆的腹板屈曲而发生突然崩塌，我国四川的州河大桥也因悬臂体系的桥墩在吊装主跨中段时桥墩承受过大轴力而失稳破坏。因此在桥梁施工过程中要严格控制施工各阶段的局部和整体稳定。桥梁的稳定性直接决定了桥梁的安全性，这也是人们广泛关注的问题。在施工中不仅要关注桥梁的稳定性，对施工设备而言，也要有同样的要求，通过良好的监控系统，对施工过程中的不规范行为进行纠正，保证施工安全。目前，桥梁的稳定性已经引起了人们的重视，但主要注重于桥梁建成后的稳定计算。对于施工过程中可能出现的失稳现象还没有可靠的监测手段，尤其是随着桥梁跨径的增大，对承受变动荷载和突发情况，还没有快速的反应系统，所以很难保证桥梁的施工安全，为此，应建立一套完整的桥梁稳定监测系统。目前主要通过稳定分析计算，并结合桥梁结构应力、变形情况来综合评定、控制其稳定性。1.2.3结构安全控制桥梁施工中的安全控制是桥梁施工控制的关键内容，只有保证了施工过程中的安全，才谈得上其他控制和桥梁的建成。其实，桥梁施工安全控制是上述变形控制、应力控制、稳定控制的综合体现，只有上述各项得到了控制，安全才得到了控制。由于桥梁结构形式不同，直接影响施工安全的因素也不一样，在施工过程中需根据实际情况，确定其安全控制重点。1.3施工控制的方法1.3.1事后控制法施工中的已成结构状态如果无法到达设计要求，就要采取一定的手段对其进行调整，最终使其达到要求。这种控制方法只适用于结构线形和内力还有调整余地的桥梁，比如斜拉桥等。根据具体的调整情况，事后调整控制法又可以分为两类。第一类是在完成每个节段施工之后，已成结构状态如果无法达到设计要求，采用调整斜拉索力的方式进行结构状态的调整，之后循序进行施工与调整的工作，直至最后完工；这类控制法的缺点比较明显：一般需要很大的工作量，调整过程比较麻烦而且很难保证好的调整效果。第二类是在整个桥梁结构完工之后对结构状态进行检查，如若不能达到设计要求，只需要进行一次性调整控制，此控制方法在理论上具有可行性，但实际操作起来难度非常大。由于调整过程中不能掌握结构内力变化，因此事后调整控制出现安全事故的概率比较大，而且控制结果达到理想状态的难度非常大。此类控制法应用起来效果并不理想而且使用率较低，常作为补救措施。1.3.2预测控制法此控制方法要求对整个施工目标与影响桥梁的结构状态的各因素进行全面考虑，对桥梁结构的每一个施工节段的前后状态进行比较，保证施工过程达到预计状态。实际与测量之间的状态误差是不可避免的，在预测后续施工状态时再考虑某一对施工目标造成影响的误差，以此循环，直到施工完成时的结构状态达到设计要求。这种控制方法的优点是适用于全部的桥梁，已成结构状态、不能再调整的施工必须这样控制。以预应力混凝土刚构桥为例，由于采用悬臂式施工方式，其已成结构的状态是无法进行调整的，因此只能采用这种控制方法。总而言之，预测控制法是进行桥梁施工控制的一个非常重要的方法。1.3.3自适应控制法此控制方法指的是，控制系统设计参数与具体实际不一致，必将造成系统的输出结果与实际情况不符，因此就需要在不同的施工阶段分析、修正、处理各种参数，使桥跨结构最终符合设计要求，使整个桥梁施工能够顺利进行。自适应控制方法被应用于相当多的大跨度桥梁施工控制中。1.3.4最大宽容度法即误差的最大容许值法，即在设计时给予设计标高和应力的最大宽容度，这种做法减少了控制的难度。影响桥梁施工的主要因素有结构参数、施工误差因素、监测因素和结构分析计算模型、温度变化与材料收缩影响、徐变等因素。结构参数包括材料密度、结构部件截面尺寸、材料弹性模量、材料的热膨胀系数、施工荷载及预加应力或索力等，监测包括温度、应力和变形监测等内容。1.4施工控制的研究现状桥梁施工控制是现代控制理论与与桥梁工程相结合的必然产物，随着桥梁跨径的不断增大以及新材料、新工艺、新施工方法在桥梁工程中的大量应用，桥梁施工控制所涉及的范围也越来越广泛。概括来讲，桥梁施工的控制理论历经了如下的发展历程：开环控制→闭环控制→自适应控制。对于跨径不大、结构简单的桥型结构经常采用开环控制，即在施工过程中控制作用是单项向前的，并不需要根据结构的实际状态来改变原先设定的预拱度。由于在这个系统中不考虑结构状态方程的误差和系统量测方程的噪声，因而又称为确定性控制方法。对于跨径大、结构复杂的桥梁体系，尽可能在结构设计计算中精确计算出成桥状态和各个施工阶段的理想结构状态，但是由于施工中的结构状态误差和系统测量误差的存在，随着施工过程的进展，误差可能会积攒起来，以致成桥状态线形远远偏离了设计要求。这就要求在施工误差出现后，必须进行及时的修正和控制，因为这种纠正的措施和控制量的大小是由结构实际状态经由反馈计算所决定的，这就形成了一个闭环反馈系统，因而成为闭环控制或反馈控制。如果能在重复性很强的分段施工特别是悬臂施工中，将这些有可能引起结构状态误差的因素作为未知变量或带有噪声的变量，在各个施工阶段进行实时识别，并将识别得到的参数用于下一阶段的实时结构分析、重复循环。这样在经过若干施工阶段的计算与实测磨合后，必然可以使得计算模型参数的取值趋于精确合理，使系统模型反应的规律适