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南水北調(diào)跨渠生產(chǎn)橋施工過程監(jiān)控技術(shù)探討

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  【摘 要】為保證橋梁施工質(zhì)量,防止事故發(fā)生,監(jiān)控技術(shù)在橋梁建造施工過程中越來越受到重視。文章對(duì)南水北調(diào)工程跨渠生產(chǎn)橋梁施工過程中采用的監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行分析與闡述。

  【關(guān)鍵詞】橋梁施工; 施工監(jiān)控; 測量

  1 工程概況

  本跨渠生產(chǎn)橋位于南水北調(diào)干渠兩岸兩村之間,是為滿足居民生產(chǎn)和生活的需要,連接附近村莊到總干渠對(duì)岸的主要交通通道。根據(jù)總干渠的開挖斷面,干渠管理道路與生產(chǎn)橋立交。根據(jù)橋梁布置原則的要求,結(jié)合干渠管理道路的位置,橋跨布置為4×20 m+90 m+4×20 m。其中主橋90 m跨度的系桿拱橋?yàn)槭┕けO(jiān)控的對(duì)象。

  2 施工監(jiān)控的目標(biāo)、內(nèi)容和工作重點(diǎn)

  2.1 施工監(jiān)控的目標(biāo)

  施工監(jiān)控的目標(biāo)就是在施工過程中控制結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形始終處于安全的范圍內(nèi),成橋后結(jié)構(gòu)的線形與內(nèi)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)本身又處于最優(yōu)的受力狀態(tài)。

  2.2 施工監(jiān)控的內(nèi)容

  監(jiān)控工作的主要內(nèi)容包括監(jiān)控計(jì)算、施工監(jiān)測。

  監(jiān)控計(jì)算一般取用設(shè)計(jì)部門確定的設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)作為監(jiān)控計(jì)算的初始狀態(tài),在此基礎(chǔ)上確定計(jì)算控制參數(shù),建立計(jì)算模型。檢查驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)成橋和施工各階段主要受力部位如拱肋、系梁等的應(yīng)力及位移是否滿足規(guī)范要求。然后結(jié)合具體的施工工況和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移、應(yīng)力分析計(jì)算,得出預(yù)測值。

  施工監(jiān)測包括對(duì)主拱肋和系梁的應(yīng)力、線形測量;吊桿索力測量;系桿分階段張拉時(shí)的拱腳位移、轉(zhuǎn)動(dòng)測量,和主拱肋及系梁的變形和應(yīng)力測量;溫度場的監(jiān)測;橋面線形測量。

  3 監(jiān)控工作內(nèi)容及重點(diǎn)

  3.1 施工控制計(jì)算

  3.1.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

  結(jié)構(gòu)計(jì)算就是利用建立的結(jié)構(gòu)計(jì)算體系對(duì)施工過程中每一階段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力和位移狀態(tài)以及施工監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,在結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮施工誤差、材料屬性差異等因素的影響,根據(jù)計(jì)算結(jié)果為各節(jié)段施工提供施工監(jiān)控目標(biāo)值,保證節(jié)段施工的順利進(jìn)行,從而保證結(jié)構(gòu)最終達(dá)到或接近設(shè)計(jì)要求的成橋狀態(tài)。

  本橋監(jiān)控計(jì)算準(zhǔn)備采用多套軟件進(jìn)行。本橋的監(jiān)控計(jì)算采用兩種分析方法。首先通過對(duì)設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)倒拆,以獲取各施工節(jié)段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、線形等,即所謂“倒拆計(jì)算法”;然后利用“倒拆法”獲得的各施工階段內(nèi)力、線形按照架設(shè)順序及相應(yīng)工況進(jìn)行正裝計(jì)算,整個(gè)計(jì)算步驟按主橋施工架設(shè)過程進(jìn)行,直至合攏,即所謂“正裝計(jì)算法”。正裝計(jì)算需進(jìn)行多次迭代,逐步逼近,最終達(dá)到理想的符合設(shè)計(jì)要求的成橋內(nèi)力及線形。

  首先根據(jù)該橋架設(shè)過程,進(jìn)行施工架設(shè)直至最終成橋全過程的計(jì)算,并計(jì)算該橋在各種荷載作用下橋梁各構(gòu)件的內(nèi)力、變形,與設(shè)計(jì)院進(jìn)行相互校核。然后,在實(shí)際施工過程中結(jié)合實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別,調(diào)整計(jì)算模型進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算分析。計(jì)算的主要內(nèi)容有:①各階段系梁的內(nèi)力和變形;②各階段拱肋的內(nèi)力和變形;

  ③吊桿初拉力及各階段吊桿拉力;

  ④架設(shè)及施工過程中系梁、拱肋的預(yù)拱度設(shè)計(jì)和架設(shè)標(biāo)高;

  ⑤成橋階段橋面的標(biāo)高。

  3.1.2 施工控制方法

  施工控制就是對(duì)橋梁施工過程實(shí)施控制,確保在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi),確保成橋狀態(tài)(包括成橋線形和成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力)符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)形式、施工特點(diǎn)及具體控制內(nèi)容,可以采用橋梁施工預(yù)測控制法。

  預(yù)測控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后,對(duì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)施工階段(節(jié)段)形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測,使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行。由于預(yù)測狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)間免不了有誤差存在,某種誤差對(duì)施工目標(biāo)的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預(yù)測予以考慮,以此循環(huán),直到施工完成和獲得與設(shè)計(jì)相符合的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在實(shí)際施工中,在每一個(gè)階段完成后,可以對(duì)橋梁的實(shí)際信息進(jìn)行測試,測試的結(jié)果又可以反饋給預(yù)測控制。通過反饋得到的實(shí)測值與預(yù)測值進(jìn)行對(duì)比,在排除儀器誤差、測試原理等非結(jié)構(gòu)因素引起的誤差以外,就可以判斷實(shí)際施工的誤差狀態(tài),然后重新調(diào)整計(jì)算,力爭在下個(gè)階段中減小或消除誤差。實(shí)際的施工控制就是重復(fù)預(yù)測-反饋-調(diào)整后預(yù)測過程中,最終保證橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)。

  3.1.3 參數(shù)的估計(jì)、預(yù)測和調(diào)整

  施工控制是全過程的控制,也就是每個(gè)施工階段都要控制,這樣才能避免誤差的累積和確保施工安全。

  在橋梁施工過程各階段及體系各部分相互關(guān)聯(lián),不論是在施工階段之間還是結(jié)構(gòu)內(nèi)部都相互影響。由于存在各種各樣的誤差以及環(huán)境方面的影響,使得施工過程中實(shí)際結(jié)構(gòu)與理論狀態(tài)總會(huì)存在一定偏差,因此,需要根據(jù)理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)測成果,采用控制理論分析方法來調(diào)節(jié)偏差,使整個(gè)施工過程結(jié)構(gòu)狀態(tài)始終在受控狀態(tài)及結(jié)構(gòu)處于控制范圍內(nèi),并盡量接近設(shè)計(jì)和計(jì)算理論值。

  (1)參數(shù)估計(jì)。首先,根據(jù)影響性分析確定需進(jìn)行參數(shù)估計(jì)的計(jì)算量(如預(yù)應(yīng)力參數(shù)、砼彈模、主梁重量等);然后根據(jù)大量的實(shí)測數(shù)據(jù),采用最小二乘法確定最優(yōu)估計(jì)值;最后,將最優(yōu)估計(jì)值重新帶入安裝計(jì)算模型重新計(jì)算,得到一套進(jìn)一步精確的理論數(shù)據(jù)。

  (2)濾波和預(yù)測。通過參數(shù)估計(jì),基本上消除了計(jì)算誤差(系統(tǒng)誤差),但實(shí)際施工中由于測量手段、施工工藝的限制,仍然會(huì)存在一定的偶然誤差,這就需要進(jìn)行濾波、預(yù)測和調(diào)整。

  建立合適的狀態(tài)方程,采用目前較成熟的卡爾曼濾波法進(jìn)行濾波和預(yù)測,可以得到目前結(jié)構(gòu)狀態(tài)的濾波估計(jì)值,和下一步施工參數(shù)的預(yù)測估計(jì)值。根據(jù)合理的預(yù)測值可以及時(shí)采取措施,減小后續(xù)施工過程中結(jié)構(gòu)偏差。

  (3)優(yōu)化調(diào)整。對(duì)于已存在的偏差,根據(jù)最小二乘法理論,采用適當(dāng)手段(如預(yù)應(yīng)力)進(jìn)行最優(yōu)調(diào)整,做到既能最大化減小結(jié)構(gòu)偏差,又方便施工。

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