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第1页大跨度连续梁桥线形监控技术主讲人：金玉娟单位：中铁十一局勘察设计院目录第1章概念、意义及目的概念、意义及目的施工监控是确保桥梁在施工或使用阶段完美体现设计思路的一种手段。对于跨度大、结构复杂、施工工序多的大型桥梁而言必须引入施工监控作为辅助控制手段，才能确保桥梁在成桥状态下达到理想的几何线型和内力状态。施工监控主要包括理论分析预测、施工监测和施工控制三个方面。理论分析预测是通过计算模型对施工过程中每个阶段的变形在确定的材料参数、荷载、边界条件下进行分析预测；施工监测主要观测并记录包括挠度、温度效应等在内的要素，为施工控制提供分析数据；施工控制则是在施工全过程中通过数据分析对施工过程进行有效控制，其中线型控制是施工控制的核心。1.1施工监控的概念概念、意义及目的设计监控施工指导辅助校核实现指导（解读设计文件，将其转化为施工指令）（尽可能接近设计几何线型和内力状态）设计、施工、监控关系图（提供图纸和施工步骤）桥梁类型：大跨连续梁桥（悬浇）、拱桥、斜拉桥、悬索桥等大跨特殊结构桥梁。概念、意义及目的施工监控是确保桥梁施工宏观质量的关键。衡量一座桥梁的施工宏观质量标准就是其成桥状态的线型及受力符合设计要求。对大跨连续梁来说，由于结构体系处于超静定状态，施工阶段繁多，施工过程中存在多次体系转换，若不对施工过程进行控制，结构内力和线型的最终状态很难达到设计要求。施工监控是桥梁施工的安全保障。当桥梁按预定程序进行施工时，施工中的每一节段结构变形都是可以预计的，同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际变形，从而可以跟踪掌握施工进程和发展情况。当发现施工过程中监测实际值与计算的预计值相差过大时，就应立即进行检查和原因分析，避免施工事故的发生，以保证桥梁建设的安全。1.2施工监控的意义概念、意义及目的施工监控的目的就是通过精细化的仿真分析，确定成桥目标以及施工各阶段的理论目标，并制定合理的调整措施保证结构无应力合龙以及成桥线型。在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，判断施工过程结构是否安全；而当出现较大误差时，对施工误差进行分析，调整计算模型，并对后续施工方案提出调整建议，从而保证成桥时结构最大可能的接近理想设计状态，同时也确保施工期间主要构件结构安全，保障施工质量与工期。1.3施工监控的目的第2章影响线型控制的因素影响线型控制的因素2.1影响线型控制的因素设计参数误差施工误差测量误差结构分析误差实际状态与理想状态存在误差实际施工中，各种综合干扰因素导致桥梁结构的实际状态与理想状态存在一定的误差。在长期的实践过程中，大量工程技术人员发现，设计参数误差导致了理想线型与实际线型的偏差，是引起大跨度桥梁线型误差的主要因素。影响线型控制的因素2.2设计参数结构几何参数与时间相关参数荷载参数材料特性参数跨径截面特性参数温度混凝土收缩徐变混凝土容重施工临时荷载预加力弹性模量剪切模量设计参数面积抗弯刚度张拉控制应力预应力管道摩阻力挂篮、模板临时堆载第3章监控原则及方法监控原则及方法施工监控原则：施工监控的最终目标是确保成桥后结构线形满足设计要求。在施工过程中，通过设置合理的预拱度，使成桥后恒载（恒载+1/2活载）下主梁的标高满足设计标高的要求。调整立模标高是主梁线形调整的直接手段。通过仿真计算将参数误差引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。3.1监控原则监控原则及方法根据《高速铁路桥涵工程施工技术规范》、《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》，线形精度控制目标采用如下数值：立模偏差：①底模拱度偏差3mm;②梁高10mm；③梁段纵向旁弯10mm。浇筑梁段偏差：①悬臂梁段顶面高程+15mm或-5mm；②合龙前两悬臂端相对高差不大于15mm；③梁段轴线偏差15mm；④相邻梁段错台5mm。梁体外形偏差：桥面高程±20mm监控原则及方法在实际施工中，由于设计参数误差、施工误差、测量误差、结构分析误差等综合干扰因素，桥梁结构的实际状态与理想状态总存在着一定的误差。在大量的实践过程中，工程技术人员发现设计参数误差是最主要的因素。施工监控要解决的就是如何通过修正设计参数误差使结构的实际状态达到或逼近结构的理想状态。为达到这个目的需执行以下3个步骤：（1）确定主要设计参数：确定引起桥梁结构偏差的主要实际参数。（2）估计和修正主要设计参数：识别这些参数误差，最后得到设计参数的正确估计值，并予以修正。（3）优化调整立模标高：根据调整后的参数进行理论计算，为立模标高提供更接近实际的值。3.2监控方法监控原则及方法设计参数在同一座桥梁的施工监控中，并不是每一个设计参数都同时出现的，而且不同的设计参数对桥梁结构状态的影响程度也不同。因此需要对设计参数进行判别，一方面要确定设计参数的实际值，另一方面要判别对结构状态影响较大的主要设计参数。通过计算分析，采用设计参数敏感性分析可确定其主要设计参数。基本步骤如下：（1）将参数变化幅度控制在10％左右。选定监控目标（如跨中挠度），修改设计参数值，计算目标值的变化幅度，并建立各参数敏感性方程。（2）依据影响程度确定出主要设计参数和次要设计参数。通过设计参数敏感性分析，确定出主要设计参数，一般情况下，考虑主要设计参数的修正，忽略次要设计参数的影响。3.2.1确定主要设计参数的方法监控原则及方法确定了主要设计参数之后，就可对主要设计参数进行正确的估计，根据参数估计的结果，对原假定设计参数进行修正。参数估计的方法很多，常用的估计准则有：最小方差准则、极大似然准则、线性最小方差准则以及最小二乘准则。我们采用最小二乘法对主要设计参数进行估计和修正。最小二乘法是由K.F.Gauss首先提出的。他认为，对于未知的但要求估计的参数的最适宜的值是最可能的值，未知量的最可能值是这样的一个值，它使得实践值与计算值的差的平方乘以测量精度后所求得的和最小。3.2.2主要设计参数的估计和修正监控原则及方法3.2.3立模标高的优化调整分析设计参数误差对桥梁变形的影响，应用优化方法调整本梁段与后续梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态。优化调整的方法很多，常用的有带权的最小二乘法、线性规划法等。施工监控中，主要以控制主梁标高为主，根据测量数据和主要设计参数的影响，对立模标高进行优化调整。监控原则及方法结构分析a预告标高施工现场数据采集d误差分析la-dl≤ε主梁标高、温度、位移、截面尺寸、弹性模量、材料容重参数识别a’误差分析la’-dl≤ε修改设计自适应监控流程图否否预告-施工-测量-计算-参数识别-分析-修正-预告的循环过程第4章监控主要工作内容监控主要工作内容理论分析施工监测施工控制（线形控制）变形计算立模标高的确定线形测量温度测量误差分析和判断修改设计参数预告下节段标高确定重大修改和合龙措施相关资料搜集主要工作内容混凝土弹模容重截面特性参数挂篮及支架变形预应力施工参数工期安排施组设计等收缩徐变参数监控主要工作内容4.1理论分析理论分析的方法主要有正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法，连续梁桥一般采用正装分析法即可，计算软件一般采用MIDAS和桥博。该过程须注意以下几点：（1）正确解读设计图纸，完整模拟施工步骤（难点包括结构组、边界组、钢束组、荷载组等的激活和钝化），确保模型的正确性。该过程也是对设计文件的校核。如发现问题，应立即和设计方沟通。（2）模型中应考虑挂篮的结构形式、重量、混凝土的收缩、徐变及温度变化等影响。（3）模型的主要设计参数须为实测数据经修正后采用的数值。4.1.1变形计算监控主要工作内容悬臂施工过程中每个节段挂篮的立模标高是线形控制最关心的问题。立模标高即施工时模板的放样标高，是考虑施工及运营过程中各种因素的影响并通过桥梁设计标高比较得出来的。立模标高确定的目的就是为了使成桥若干年后桥面达到设计标高。要得出立模标高首先就要理解几个标高的概念，先来介绍一下桥梁的设计标高、竣工标高及立模标高的含义。(1)设计标高桥梁的设计标高理论上即为桥梁在正常使用情况下的标高，即桥梁竣工多年(一般为3～5年)以后，混凝土后期收缩徐变大体完成时的标高。桥梁监控的目的就是要使桥梁的线形满足设计要求，因此，设计标高是标高监控的依据。（2015版部颁高速铁路连续梁桥通用图中规定，实际施工预拱度不考虑活载影响。而铁路基本设计规范和公路规范中则要求考虑活载）iH设计4.1.2立模标高的确定监控主要工作内容（2）竣工标高竣工标高即为桥梁竣工时的成桥标高。桥梁在竣工后还要发生后期收缩徐变变形及活载变形，因此可得：不考虑活载：考虑活载：——桥梁设计标高，i表示桥梁纵向位置，。——桥梁竣工标高，包含二期恒载的影响。——桥梁竣工后由于后期混凝土收缩徐变而引起的变形。——1/2活载产生的挠度，规定桥梁变形方向向上为正。=iiiHHf设计竣工后期徐变iH设计iH竣工if后期徐变=iiiiHHff设计竣工后期徐变1/2活载if1/2活载iH竣工监控主要工作内容（3）立模标高立模标高即施工时挂篮模板的放样标高。考虑各种影响因素得：——挂篮立模标高，规定桥梁变形方向向上为正。——浇筑本节段混凝土挂篮所发生的变形。——结构某一阶段在立模之后，由于本阶段和以后施工阶段的影响使该点产生的变形，这种变形直到成桥竣工时为止。——根据实测数据分析后的调整值。=iiiiiiHHffff立模设计挂篮后期施工影响后期徐变调整iH立模if后期施工影响if挂篮if调整iH立模监控主要工作内容从立模标高的确定来看，挂篮的立模标高是多种因素引起的桥梁变形的累加，每个因素产生的变形都需要做出准确的预测。则属于桥梁竣工以后混凝土很长一段时间的收缩徐变引起的挠度，因此，以桥梁竣工后的标高来衡量桥梁的线形是比较科学的。这个标高就是所说的桥梁竣工标高，通常作为桥梁竖向变形验收的依据。因此，对于桥梁的线形一般以竣工标高作为控制对象。此外每个节段挂篮的立模标高都是独立计算和放样的。在实际施工过程中需要对现场每个节段最后的标高进行量测并与理论计算值相对比，对于结构的参数要针对每个节段的材料进行试验取值。所以，这种方法的优点就是放样误差不累积。也就是说，某一梁段放样不准不会影响下一梁段放样的准确性。if后期徐变监控主要工作内容iH设计if挂篮（1）桥梁的设计标高是由设计院给出的。设计图纸仅仅提供的是桥墩及桥台部位的桥面标高，对于线路其它部位的标高需要根据桥梁的设计线形来确定。在悬臂施工过程中，每个节段的控制点都没有提供确切的标高，需要考虑以上几个方面的因素进行计算确定,再根据给定标高及坡度就可以得出其它点的标高。（2）悬臂施工过程中的挂篮的变形值相比其它几个方面的影响较大，因此准确得出挂篮的变形值对确定立模标高具有重要意义。在实际施工过程中，挂篮不仅仅是对已浇筑梁段产生作用，在承受混凝土重量时自身也会产生一定的变形，即主桁架的变形和吊带的弹性变形，也就是通常所说的挂篮的非弹性变形和弹性变形两部分。这些变形的产生将直接反应在节段的沉降变形上。通常我们通过挂篮的预压实验来取得相关数据。4.1.3标高计算中参数的取值方法监控主要工作内容if后期徐变if后期施工影响（3）后期施工阶段对于挂篮立模标高的影响表现在随着后续梁段的施工，已浇注梁段标高会相应变化。可以通过有限元程序对施工阶段进行模拟计算来取值。（4）可以通过计算求出控制截面的挠度最大值，然后按抛物线沿跨长分布。但是由于徐变计算的理论还不够完善，因此理论计算结果与实际量测往往会有一定的出入。在施工监控过程中，通过有限元模型计算并参考相关已建成桥梁的后期收缩徐变实测值等来进行挂篮立模标高的确定。桥梁后期收缩徐变对于连续梁桥产生的最大影响就是随着桥梁使用年限的增加，桥梁跨中会逐渐下挠。根据实际已建成桥梁后期徐变资料，实际沉降量比理论计算值均偏大。因此，在实际施工监控中取值可适当偏大。监控主要工作内容4.2施工监测施工监测是大跨度桥梁施工监控的基础。大跨度桥梁施工过程复杂，影响其施工监控目标顺利实现的因素很多，在施工中必须对重要的结构设计参数和状态参数进行监测，以获取反映实际施工情况的数据和技术信息，不断根据实际情况修正原先确定的各施工阶