大跨径预应力混凝土连续刚构施工监控报告

1、国道3117线狮狮子坪电电站库区区公路改改建工程程九架棚大大桥施工监测测与控制制研究报报告四川华腾腾公路试试验检测测有限责责任公司司二OO七七年十月月委托单位位：四川川华电杂杂古脑水水电开发发有限责责任公司司地 址：四川省省成都市市蜀汉路路5300号设计单位位：四川川省林业业勘察设设计研究究院监理单位位：四川川省公路路工程咨咨询监理理事务所所施工单位位:中铁铁十九局局集团国国道3117线狮子坪坪电站库库区公路路改建工工程项目目部检测单位位：四川川华腾公公路试验验检测有有限责任任公司资质证书书等级： 交 通 乙 级资质证书书编号：交（川川公）工工检证字字第（0016）号计量证书书编号：（2000

2、6）量认（2000623300770P）号报告编写写人：报告审核核人：报告批准准人：主要检测测人员：邢兵、杨磊、聂鹏潇潇声 明1、本检检测报告告为社会会提供公公证数据据。2、检测测报告无无“四川华华腾公路路试验检检测有限限责任公公司试验验检测报报告专用用章（11）”印章和和计量认认证“CMAA”印章无无效。3、复制制报告未未重新加加盖“四川华华腾公路路试验检检测有限限责任公公司试验验检测报报告专用用章（11）”印章和和计量认认证“CMAA”印章无无效。4、检测测报告无无报告编编写人、审核人人、批准准人签字字无效。5、报告告涂改、换页、无骑缝缝章，无无效。6、对检检测报告告若有异异议或服服务质量

3、量存在问问题，应应于收到到报告之之日起十十日内向向公司提提出。7、报告告涉及内内容和结结果仅对对检测项项目负责责。检测单位位：四川川华腾公公路试验验检测有有限责任任公司地 址：四川省省郫县现现代工业业港南区区西源大大道22229号号电 话： 133438804339888联 系 人： 邢 兵邮政编码码： 66117730感谢辞感谢国道道3177线狮子子坪电站站库区公公路改建建工程指指挥部对对本项目目的资助助！感谢国道道3177线狮子子坪电站站库区公公路改建建工程监监理部监监理工程程师对监监控实施施工作的的支持！感谢中铁铁十九局局集团国国道3117线狮狮子坪电电站库区区公路改改建工程程项目部部的

4、领导导及技术术人员的的合作！感谢四川川省林业业勘察设设计研究究院设计计人员的的技术协协作！国道3117线狮狮子坪电电站库区区公路改改建工程程九架棚大大桥施工工监测与与控制研研究报告告目 录任务来源源及工程程概况 1.11 任任务的主主要研究究目标 111.22 任任务的主主要研究究内容 11.33 工工程概况况 11施工监控控的目的的与内容容2.11 施施工监测测的目的的与内容容 32.22 施施工控制制的目的的与内容容 42.33 施施工控制制步骤 4施工控制制的理论论与方法法3.11 施施工控制制方法的的概述 63.22 施施工控制制计算的的一般原原则 63.33 九九架棚大大桥施工工控制

5、计计算模型型 73.44 施施工控制制的计算算方法 73.55 误误差分析析 113.66 九九架棚大大桥施工工控制流流程图 24施工控制制的组织织管理系系统4.11 施施工控制制的组织织管理的的重要性性 254.22 组组织机构构及其职职责 254.33 组组织管理理系统流流程 26主梁应力力观测与与控制5.11 测测量仪器器的选择择 275.22 测测点的布布置 275.33应力计计的埋设设 2285.44应力观观测的结结果 28主梁线形形控制与与调整6.11 施施工过程程中梁段段标高控控制结果果 406.22 合合龙后桥桥面标高高 406.33 主主桥全桥桥合龙后桥桥面线形形调控结结果

6、4476.44全桥竣竣工桥面面标高观观测结果果552结论 544参考文献献 555附录一：九架棚棚大桥施施工过程程的理论论受力变变形分析析56附录二：九架棚棚大桥箱箱梁各施施工段理理论计算算预拱度度69四川华腾公路试验检测有限责任公司 九架棚大桥监测与控制研究报告 PAGE 39国道3117线狮狮子坪电电站库区区公路改改建工程程九架棚大大桥施工工监测与与控制研研究报告告一、任务务来源及及工程概概况11 任务的主要研究究目标“九架棚棚大桥施施工监测测与控制制”课题的的主要研究究目标是是根据九九架棚大大桥主梁梁悬臂浇浇筑的施施工方案案提出的的一套合合理的施施工监测测与控制制方法，保证九九架棚大大桥

7、主桥桥顺利合合拢，合合拢段两两端悬臂臂端挠度度的偏差差不大于于20mmm，合合拢后桥桥面线形形良好。其研究究成果也也可满足足其它悬悬臂浇筑筑（拼装装）施工工的桥梁梁施工监监测与控控制的要要求。12 任务的的主要研研究内容容本课题的的研究内内容包括括：主要要施工监监控方法法的研究究和监测测系统的的建立，施工控控制软件件的开发发，对主主桥实施施控制等等几个方方面。本本课题自自20006年9月开题，进进行了一一年多的的研究工作作，于20007年10月顺利利地完成成了各项项工作。在这一年多的时间间里，本课题题小组在在施工现场场一直保保持5人以上上的研究究人员，经过课题题小组成成员团结结而又行行之有效效

8、的研究究工作，最终取取得了施工控控制的预预期目标标。在施工监监控过程程中本课课题小组组主要做做了以下下的工作作：桥梁梁模型的的建立与与理论分分析、施施工监测测与试验验、主梁梁线性控控制与调调整等，在课题题小组的的不懈努努力和各各个方面面的大力力支持下下，监控控工作取取得了圆圆满的成成功。13工工程概况况九架棚大大桥位于于狮子坪坪电站库库区九架架棚沟，为横跨跨九架棚棚沟的一一座大桥桥，桥梁梁里程KK8488+8226.880KK8499+0881.440，桥桥全长2254.60mm。其主主桥上部部结构为为预应力力混凝土土连续刚刚构，跨跨径设置置为666+1220+666米，全长2252米米。本桥

9、主梁梁采用单单箱单室室、双向向预应力力混凝土土箱型断断面。箱箱梁根部部高7.0米，跨中及及边跨55.0米米直线段段梁高22.755米，梁梁高按22次抛物物线变化化，箱底底宽5.0米，两侧悬悬臂长22.0米米，全宽宽9.00米。箱箱梁0号号块长112.00米，在在托架上上浇注。两侧各各有155个节段段，梁段段数及梁梁段长度度为73.00m和884.00m。全全桥共有有3个合合龙段，即两个个边跨合合龙段和和一个中中跨合龙龙段，合合龙段长长均为22m，在在吊架上上浇注。边跨现现浇段长长5m，在在支架上上浇注。主桥桥桥墩均采采用矩形形空心薄薄壁墩，墩顶横横桥向宽宽5m，两两侧按550：11向下放放坡，

10、以以增强横横桥向稳稳定性，桥墩纵纵桥向宽宽8m，纵纵桥向墩墩壁厚均均为1.2m；马尔康康岸（11号墩）墩高770m，理县岸岸（2号号墩）墩墩高722m；两两墩每隔隔9.99m左右右设置一一道0.5m厚厚的横隔隔板。箱箱梁采用用C500混凝土土，桥墩墩采用CC40混混凝土。主桥箱梁梁的两个个T构同同时施工工，采用用四对挂挂篮对称称悬浇施施工。00号段施施工完并并待其强强度满足足要求后后，在其其两端安安装挂篮篮，挂篮篮控制重重量为7700KKN，挂挂篮装好好后进行行预压测测试，消消除部分分非弹性性变形，记录弹弹性变形形曲线，获得标标高控制制数据。每节段段施工流流程见图图1-11。桥箱梁各各节段要要

11、求一次次浇注完完成，保保持对称称平衡施施工，不不对称重重量不大大于该梁梁段底板板的自重重。主桥桥边跨现现浇段在在支架上上一次连连续浇筑筑完成，预压支支架以确确保安全全和消除除非弹性性变形，按实测测的变形形和施工工控制的的要求，确定底底模标高高和预拱拱度。箱箱梁合龙龙是控制制全桥受受力状态态和线型型的关键键工序，首先合合龙两个个边跨，然后合合龙中跨跨，设计计要求合合龙温度度为1883。全桥桥按浇筑筑基础、墩身浇筑0号块对称悬悬臂施工工边跨合龙龙中跨合龙龙的顺序序进行施施工。图1.11主梁每每节段施施工流程程图二、施工工监控的的目的与与内容2.1 施工监监测的目目的与内内容2.1.1施工工监测的的

12、目的施工监测测是施工工监控的的重要组组成部分分。大跨跨径预应应力混凝凝土连续续刚构桥桥施工监监测的目目的就是是在悬臂臂施工过过程中，通过监监测主梁梁结构在在各个施施工阶段段的应力力和变形形，来达达到及时时了解结结构实际际行为的的目的。根据监监测所获获得的数数据，首首先确保保结构的的安全和和稳定，其次保保证结构构的受力力合理和和线形平平顺，为为大桥安安全、顺顺利地建建成提供供技术保保障。施工监测测的内容容大跨径预预应力混混凝土连连续刚构构的主梁梁在每一一节段的的施工过过程中，都需要要观测箱箱梁顶面面、底面面的挠度度，为控控制分析析提供实实测数据据。同时时，在节节段立模模、混凝凝土浇筑筑、预应应力

13、张拉拉前后，也需要要观测主主梁挠度度变化和和相应的的应力变变化，以以便与分分析预测测值作比比较，并并为状态态修正提提供依据据。在进进行这些些观测的的同时，还需要要对梁体体的温度度进行观观测，对对混凝土土的弹性性模量、徐变收收缩系数数及容重重进行测测试；对对于预应应力钢绞绞线，还还将测定定预应力力管道的的摩阻损损失。施施工监测测的具体体内容如如下：1主梁梁结构部部分设计计参数的的测定在进行结结构设计计时，结结构设计计参数主主要是按按规范取取用，不不过由于于部分设设计参数数的取值值一般小小于实测测值，因因此，大大多数情情况下，采用规规范设计计参数计计算的结结构内力力及位移移均较实实测值大大，这对对

14、设计是是偏于安安全的，但对于于结构施施工控制制来说是是不容忽忽视的偏偏差，因因为它将将直接影影响到成成桥后结结构线形形及内力力是否符符合设计计要求。因此，应对部部分主要要设计参参数提前前进行测测定，以以便在施施工前对对部分结结构设计计参数进进行一次次修正，从而进进一步修修正原设设计线形形，为该该桥成桥桥后满足足设计要要求奠定定基础。影响结构构线形及及内力的的基本技技术参数数有很多多个，就就其对结结构行为为影响程程度大小小而言，可将基基本技术术参数分分为两大大类：主主要技术术参数与与次要技技术参数数。主要要技术参参数对结结构行为为影响较较大，次次要技术术参数对对结构行行为影响响相对较较小。在在这

15、些基基本技术术参数中中，有些些参数是是可以测测定的，而另一一些则是是难以用用试验来来确定的的。在此此只考虑虑主要的的、而且且可测定定的参数数。具体体测定工工作的进进行，应应根据该该桥所在在的自然然环境情情况、所所用材料料情况、施工工工艺及工工序情况况来加以以测定。需测定定的参数数如下：（1）混混凝土弹弹模（2）混混凝土容容重（3）混混凝土收收缩徐变变系数（4）材材料热胀胀系数（5）施施工临时时荷载2主梁梁结构变变形监测测主梁结构构变形监监测主要要包括：墩及0#块施工工完毕，悬浇施施工前应应测量00#块的竣竣工位置置。要求求测量00#块两端端部箱梁梁顶面共共6个点的的标高。如图11所示；在每一一

16、节段施施工完成成后（挂挂篮行走走就位后后）与下下一阶段段底模标标高定位位前的桥桥面标高高观测；混凝土土浇筑前前后，预预应力张张拉前后后，挂篮篮行走前前后的挠挠度观测测。为了尽量量减少温温度对观观测的影影响，观观测时间间安排在在早晨太太阳出来来之前。测量仪仪器一般般采用水水准仪、经纬仪仪等。在在施工过过程中，对每一一节段需需进行数数次（至至少一次次）的观观测，以以便观察察各点的的挠度及及箱梁曲曲线的变变化历程程，以保保证箱梁梁悬臂端端的合龙龙精度及及桥面的的线形。3主梁梁应力监监测在大跨度度连续刚刚构桥上上，主要要测试大大桥的桥桥墩和箱箱梁截面面的应力力。一般般来说，在桥墩墩上测点点布置在在墩底

17、、横系梁梁及墩顶顶截面处处。在主主桥上，测点布布置在悬悬臂根部部、L/4，L/22等关键键截面上上。测试试仪器有有各种应应变仪（应变片片）、测测力计、应变式式测力传传感器，钢弦式式应力计计等。2.2 施工工控制的的目的与与内容2.2.1施工工控制的的目的对于分节节段悬臂臂浇筑施施工的预预应力混混凝土连连续刚构构桥来说说，施工工控制的的目的就就是根据据施工监监测所得得的计算算参数真真实值进进行施工工阶段计计算，确确定出每每个悬浇浇节段的的立模标标高，并并在施工工过程中中根据施施工监测测的成果果对误差差进行分分析和对对立模标标高进行行调整，以此来来保证合合龙段两两悬臂端端标高的的相对偏偏差不大大于

18、规定定值，并并且合龙龙后桥面面线形和和结构内内力符合合设计要要求。2.2.2施工工控制的的内容大跨度预预应力混混凝土连连续刚构构桥的施施工控制制包括两两个方面面的内容容：变形形控制和和内力控控制。变变形控制制是严格格控制每每一节段段箱梁的的竖向挠挠度及其其横向偏偏移，若若有偏差差并且偏偏差较大大时，就就必须立立即进行行误差分分析并确确定调整整方法，为下一一节段的的施工更更为精确确作好准准备工作作。内力力控制则则是控制制主梁关关键截面面的应力力，使其其不致因因内力过过大而偏偏于不安安全，甚甚至在施施工过程程中即造造成毁坏坏。当然然，这两两项控制制内容亦亦有所偏偏重，一一般以变变形控制制为主，同时

19、兼兼顾内力力控制。对于这这一控制制原则，基于如如下原因因： 11应力力反映的的是某一一截面上上某一点点的受力力情况，而挠度度则是某某一截面面所有点点的位移移的综合合反映，因而是是某一截截面应力力应变的的整体表表现。所所以说，挠度的的控制属属于宏观观的控制制，而应应力的控控制相比比之下属属于微观观控制。2从量量测手段段的精度度来说，挠度的的量测远远比应变变的量测测容易且且易于达达到满意意的效果果，而应应变的量量测由于于外界因因素影响响大、测测量仪器器质量等等原因使使量测结结果存在在着一定定的飘移移现象。虽然在整整个控制制过程中中一般以以变形控控制为主主，应力力控制为为辅，但但这并不不意味着着应力

20、控控制可以以忽略。在桥梁梁的建筑筑史上，桥梁变变形尚满满足要求求，但却却由于主主梁截面面应力过过大而造造成桥梁梁在施工工过程中中坍塌的的沉痛教教训并非非罕见。2.3 施工工监控步步骤以上分别别介绍了了施工监监测与施施工控制制的内容容及方法法，但是是在实际际的施工工监控过过程中，监测与与控制两两方面是是相辅相相成、无无法分割割的。首首先，施施工控制制中的理理论计算算必须以以监测得得到的实实际参数数为依据据，其误误差分析析更需要要根据监监测提供供的现场场具体情情况来具具体分析析；其次次，施工工控制的的效果必必须由施施工监测测来体现现。整个个施工监监控的过过程如图图21所示。图2.11施工控控制框图

21、图三、施工工控制的的理论与与方法3.1 施工工控制方方法概述述大跨径预预应力混混凝土连连续刚构构桥的施施工采用用分阶段段逐步完完成的悬悬臂施工工方法时时，结构构的最终终形成必必须经历历一个漫漫长而又又复杂的的施工过过程。对对施工过过程中每每个阶段段进行详详细的变变形计算算和受力力分析，是施工工控制中中最基本本的内容容。桥梁梁施工控控制的目目的就是是确保施施工过程程中结构构的可靠靠度和安安全度，保证桥桥梁成桥桥受力状状态及桥桥面线形形基本符符合设计计要求。为了达达到施工工控制的的目的，首先必必须通过过施工控控制计算算来确定定桥梁结结构施工工过程中中每个阶阶段在受受力和变变形方面面的理想想状态（施

22、工阶阶段理想想状态），以此此为依据据来控制制施工过过程中每每个阶段段的结构构行为，使其最最终成桥桥线形和和受力状状态满足足设计要要求。3.2 施工工控制计计算的一一般原则则预应力混混凝土连连续刚构构桥的施施工控制制计算除除了必须须满足与与实际施施工方法法相符合合的基本本条件外外，还要要考虑诸诸多相关关的其它它因素。大体上上讲，其其施工控控制计算算应遵循循以下原原则：1施工工方案：由于连连续刚构构桥的恒恒载内力力与施工工方法和和架设程程序密切切相关，施工控控制计算算前应首首先对施施工方法法和架设设程序作作一番较较为深入入的研究究，并对对主梁架架设期间间的施工工荷载给给出一个个较为精精确的数数值。

23、2计算算图式：连续刚刚构桥在在架设过过程中结结构体系系不断地地发生变变化，因因此在各各个施工工阶段应应根据符符合实际际状况的的结构体体系和荷荷载状况况选择正正确的计计算图式式进行分分析、计计算，计计算图式式见图331。3结构构分析程程度：对对连续刚刚构桥的的施工控控制计算算而言，采用平平面结构构分析方方法已经经可以满满足实际际架设控控制的需需要。4非线线性影响响：非线线性对中中小跨连连续刚构构桥的影影响可以以忽略不不计，但但大跨径径连续刚刚构桥则则必须考考虑非线线性的影影响，否否则计算算结果将将发生较较大偏差差。5混凝凝土收缩缩、徐变变的影响响：基于于同样的的理由，大跨径径连续刚刚构桥应应计入

24、混混凝土收收缩、徐徐变的影影响。图3.11施工控控制计算算图式3.3九九架棚大大桥施工工控制计计算模型型九架棚大大桥的施施工控制制主要是是在施工工过程中中，对箱箱梁的标标高及控控制截面面应力等等状态进进行控制制，以实实测的设设计参数数进行前前进分析析计算与与倒退分分析计算算，得到到各施工工阶段的的预拱度度值，从从而确定定各梁段段的立模模标高，确保成成桥线形形与设计计线形吻吻合。在对九架架棚大桥桥各施工工节段实实施控制制时，首首先根据据设计资资料建立立平面杆杆系计算算模型对对设计进进行复核核计算，该工作作由设计计方和监监控方同同步分别别进行。在有限限元分析析时，将将其简化化为平面面结构，各节段段

25、离散为为梁单元元，两主主墩端部部为固定定支座，两边跨跨端部为为活动支支座。由由于主桥桥在合龙龙前后结结构体系系转变，由对称称的单“T”静静定结构构转变为为非静定定结构，取单“T”进进行分析析计算。在施工工中，以以前进分分析和实实时跟踪踪分析为为主，倒倒退分析析为参考考。前进进分析时时，随着着施工节节段的推推进，充充分考虑虑了结构构形式、边界约约束、荷荷载形式式的变化化，前期期结构发发生徐变变和几何何位置的的改变，其计算算结果包包括各个个施工阶阶段的内内力和位位移值（分为不不计收缩缩、徐变变影响和和计入收收缩、徐徐变影响响两部分分）；后后退分析析计算结结果为各各个梁段段的预留留预拱度度，再由由预

26、留预预拱度便便可计算算出立模模标高值值。最终终的预拱拱度值见见（附表表一），立模标标高值见见（附表表二）。九架棚大大桥计算算模型共共划分成成98个单单元，其中上上部结构构划分成成82个单单元，下部划划分成116个单单元，如如图32所示（GQJJS计算算图示）。采用用平面杆杆系软件件初始计计算时，结构、材料参参数均按按理想状状态取值值：模型型中混凝凝土的容容重取226KNN/m33，弹性性模量EE取值3.5104Mpaa，预应应力钢绞绞线弹性性模量取取值1.9105Mpaa，张拉拉应力控控制为113955 Mppa，摩摩阻系数数取值00.144，偏差差系数取取值0.0011，收缩缩徐变采采用老化

27、化理论修修正算法法，徐变变终值采采用18800天天。计算算形成的的数据文文件是桥桥梁结构构施工控控制的基基础。图3.22GQJJS分析析的计算算模型图图3.4 施工工控制计计算的方方法施工控制制计算方方法主要要包括：前进分分析法、倒退分分析法和和无应力力状态计计算法。由于这这三种计计算方法法各有特特点，而而且不同同型式的的桥梁结结构所采采用的施施工方法法也不同同，所以以对不同同型式的的桥梁结结构应采采用不同同的计算算方法。对于连连续刚构构桥的施施工控制制，前进进分析法法和后退退分析法法比较适适用，下下面对这这两种方方法分别别进行重重点介绍绍。3.4.1前进进分析法法人们对结结构静力力分析的的一

28、般认认识是对对整个结结构的施施工结束束状态作作单工况况或多工工况的受受力分析析和变位位计算。但是，对于桥桥梁结构构来说，只作这这样的分分析是不不够的。尤其是是大跨径径桥梁结结构，都都有一个个分阶段段的施工工过程，结构的的某些荷荷载如自自重、施施工荷载载、预应应力等是是在施工工过程中中逐级施施加的，每一阶阶段都可可能伴随随着徐变变发生、边界约约束增减减、预应应力张拉拉和体系系转换等等。后期期结构的的力学性性能与前前期结构构的施工工情况有有着密切切联系。换言之之，施工工方案的的改变，将直接接影响到到成桥结结构的受受力状态态。在确确定了施施工方案案的情况况下如何何分析各各施工阶阶段及成成桥结构构的受

29、力力特性及及变形是是施工设设计中的的首要任任务。为了计算算出桥梁梁结构在在成桥后后的受力力状态，只有根根据实际际结构的的配筋情情况和既既定施工工方案逐逐个阶段段地进行行计算，最终才才能得到到成桥结结构的受受力状态态和变形形情况。这种计计算方法法的特点点是：随随着施工工阶段的的推进，结构形形式、边边界约束束、荷载载形式在在不断地地改变，前期结结构将发发生徐变变，其几几何位置置也在改改变，因因此，前前一阶段段的结构构状态将将是本次次施工阶阶段结构构分析的的基础。我们将将这种按按施工阶阶段前后后次序进进行的结结构分析析方法称称为前进进分析法法。前进进分析法法能够较较好地模模拟桥梁梁结构的的实际施施工

30、历程程，下面面我们就就介绍悬悬臂浇筑筑施工的的预应力力混凝土土连续刚刚构桥的的前进分分析计算算。1. 确确定结构构初始状状态。主主要包括括：中跨跨、边跨跨的大小小、桥面面线形、桥墩的的高度、横截面面信息、材料信信息、约约束信息息、预应应力索信信息、混混凝土徐徐变信息息、施工工临时荷荷载信息息、二期期恒载信信息等。2. 基基础、桥桥墩和00块浇浇筑完成成。计算算已浇筑筑部分在在自重和和外加荷荷载作用用下的变变形和内内力。3. 在在每一个个桥墩上上对称地地依次悬悬臂浇筑筑各个块块件，直直到悬臂臂浇筑完完成，挂挂篮拆除。计算每每一次悬悬臂浇筑筑时结构构的变形形和内力力。每一一阶段计计算均依依照上一一

31、阶段结结束时结结构变形形后的几几何形状状为基础础。4. 进进行边跨跨合龙、中中跨合龙龙，计算算这几个个主要阶阶段结构构的内力力和变形形。5. 桥桥面铺装装。计算算二期恒恒载作用用下结构构的内力力与变形形。通过以上上分析，我们可可以看出出前进分分析法具具有以下下几个特特点：1. 桥桥梁结构构在作前前进分析析之前，必须先先制定详详细的施施工方案案，只有有按照施施工方案案中确定定的施工工加载顺顺序进行行结构分分析，才才能得到到结构的的各个中中间阶段段或最终终成桥阶阶段的实实际变形形和受力力状态。2. 在在结构分分析之初初，先要要确定结结构最初初的实际际状态，即以符符合设计计的实际际施工结结果（如如跨

32、径、标高等等）倒退退到施工工的第一一阶段作作为结构构前进分分析计算算的初始始状态。3. 本本阶段的的结构分分析必须须以前一一阶段的的计算结结果为基基础，前前一阶段段的结构构位移是是本阶段段确定结结构轴线线的基础础，以前前各施工工阶段结结构受力力状态是是本阶段段结构时时差、材材料非线线性计算算的基础础。4. 对对于混凝凝土徐变变、收缩缩等时间间效应在在各个施施工阶段段中逐步步计入。5. 在在施工分分析过程程中严格格计入结结构几何何非线性性效应，本阶段段结束时时结构受受力状态态用本阶阶段荷载载作用下下结构受受力与以以前各阶阶段结构构受力平平衡而求求得。前进分析析法的计计算是按按有限位位移理论论进行

33、，在一个个施工阶阶段中，新拼装装的杆件件用激活活两个结结点间的的新单元元进行模模拟。计计算是对对施工阶阶段循环环进行，循环结结束时分分析结果果可以是是成桥若若干年后后结构的的受力状状态。前前进分析析程序系系统见图图33。前进分析析不仅可可以为成成桥结构构的受力力提供较较为精确确的结果果，还为为结构强强度、刚刚度验算算提供依依据，而而且可以以为施工工阶段理理想状态态的确定定、完成成桥梁结结构施工工控制奠奠定基础础。建立并修改本阶段结构刚度矩阵刚度矩阵分解激活本阶段结构上的预应力束本阶段所增块件自重与施工荷载的内力与位移计算本阶段预加力效应（内力及位移)计算混凝土徐变收缩内力与位移计算预加力损失计

34、算阶段内力与位移汇总预应力损失卸载效应（内力与位移)计算截面特性修正阶段内力与位移汇总内力、位移及体系末预加力延程分布写入外设结 束开 始数据输入激活本阶段单元与结点图3.33 前前进分析析程序系系统流程程图3.4.2倒退退分析法法前进分析析可以严严格按照照设计好好的施工工步骤进进行各阶阶段内力力分析，但由于于分析中中结构节节点坐标标的改变变，最终终结构线线形不可可能完全全满足设设计线形形。实际施工工中桥梁梁结构线线形的控控制与强强度控制制同样重重要，线线形误差差将造成成桥梁结结构的合合龙困难难，影响响桥梁建建成后的的美观和和运营质质量。为为了使竣竣工后的的结构保保持设计计线形，在施工工过程中

35、中用设置置预拱度度的方法法来实现现。而对对于分阶阶段施工工的连续续刚构桥桥，一般般要求给给出各个个施工阶阶段结构构控制点点的标高高（预抛抛高），以便最最终使结结构物满满足设计计要求，这个问问题用前前进分析析法是难难以解决决的。倒退分析析法可以以解决这这一问题题，它的的基本思思想是，假定时时刻结构构内力分分布满足足前进分分析时刻刻的结果果，线形形满足设设计轴线线。在此此初始状状态下，按照前前进分析析的逆过过程，对对结构进进行倒拆拆，分析析每次拆拆除一个个施工节节段对剩剩余结构构的影响响。在一一个阶段段内分析析得到的的结构位位移，内内力状态态便是该该阶段结结构理想想的施工工状态。所谓结结构施工工理

36、想状状态就是是在施工工各阶段段结构应应有的位位置和受受力状态态，每个个阶段的的施工理理想状态态都将控控制着全全桥最终终形态和和受力特特性。倒退分析析法具有有以下几几个特点点：1. 倒倒退分析析时的初初始状态态必须由由前进分分析来确确定，但但初始状状态中的的各杆件件的轴线线位置可可取设计计轴线位位置。2. 拆拆除单元元的等效效荷载，用被拆拆单元接接缝处的的内力反反向作用用在剩余余主体结结构接缝缝处加以以模拟，这些值值可由前前进分析析计算来来得到。开 始时刻状态施工完成时状态合拢初状态张拉预应力索初的状态施工初态安装本阶段初状态张拉预应力索前的状态结 束合拢前状态安装本阶段前状态对施工阶段循环图3

37、.44 倒倒退分析析程序系系统流程程图3. 拆拆除杆件件后的结结构状态态为拆除除杆件前前的结构构状态与与被拆除除杆件等等效荷载载作用状状态的叠叠加。换换言之，本阶段段结束时时，结构构的受力力状态用用本阶段段荷载作作用下结结构受力力与前一一阶段结结构受力力状态相相叠加而而得，即即认为在在这种情情况下线线性叠加加原理成成立。4. 被被拆构件件满足零零应力条条件，剩剩余主体体结构新新出现接接缝面应应力等于于此阶段段对该接接缝面施施加的预预加应力力，这是是正确进进行桥梁梁结构倒倒退分析析的必要要条件。混凝土的的收缩徐徐变与结结构的形形成历程程有着密密切的关关系，徐徐变应变变不仅与与混凝土土的龄期期有关

38、，而且与与作用在在混凝土土构件上上的应力力应变有有关。因因而结构构在进行行倒退分分析时，一般是是无法直直接进行行徐变计计算。为为了解决决这一问问题，一一般是应应用下述述的方法法：在进进行前进进分析时时，先不不计入混混凝土收收缩徐变变的影响响，计算算出结构构的内力力与变形形值，然然后再计计算出结结构计入入混凝土土收缩徐徐变后的的内力与与变形值值，两者者相减则则可以得得到每一一阶段混混凝土收收缩徐变变产生的的内力与与位移值值，将其其保存起起来。接接着进行行倒退分分析，按按阶段扣扣除前进进分析时时相应阶阶段混凝凝土时效效的影响响。倒退退分析程程序系统统流程图图如图334所示。3.5 误差差分析本课题

39、采采用了两两种方法法进行误误差分析析，一是是灰色理理论预测测法，二二是卡尔尔曼滤波波法。下下面详细细介绍这这两种方方法：3.5.1灰色色理论预预测法客观世界界既是物物质的世世界，也也是信息息的世界界。在工工程技术术系统方方面，大大多数的的系统信信息是完完全的，它有明明确的输输入和输输出关系系，因此此可以方方便地分分析输入入对输出出的影响响。然而而，也有有一些系系统信息息是不完完全的，没有明明确的输输入和输输出关系系，因此此就难以以分析输输入对输输出的影影响。我我们称信信息完全全明确的的系统为为白色系系统，信信息完全全不明确确的系统统为黑色色系统，信息部部分明确确、部分分不明确确的系统统为灰色色

40、系统。灰色系系统是信信息不完完全、不不确定的的系统。在灰色系系统理论论中，认认为“差异是是信息”，因此此提出了了差异信信息原理理；又认认为“人们认认知的根根据”是信息息，从而而建立了了以信息息为根据据的认知知模式；由于信信息不完完全、不不确定，必然导导致了认认知的非非确定与与非唯一一，即解解的非唯唯一性（解的非非唯一性性原理）；因为为人类的的探索是是无穷尽尽的，人人类的认认知是无无穷尽的的，所以以确定认认知是相相对的，信息不不完全、不确定定是绝对对的（灰灰性不灭灭原理）；对事事物作决决断力求求准确可可靠，而而准确可可靠的决决断，只只能依靠靠“最新鲜鲜”、“最有代代表性”的信息息作出（新息优优先

41、原理理）；信信息不完完全、导导致“少数据据”，从而而有少数数据建模模。灰色系统统理论是是我国邓邓聚龙教教授于119822年首先先提出的的，他编编写的灰色系系统理论论是灰灰色系统统理论的的奠基性性著作。从19982年年第一篇篇有关灰灰色系统统理论的的论文发发表以来来的十余余年里，灰色系系统理论论在基础础理论、应用等等方面均均有较大大的发展展。灰色色系统理理论已广广泛应用用于农业业、经济济、医疗疗、生态态、军事事、交通通、工业业控制、工程技技术等诸诸多领域域，典型型的例子子为气象象部门作作气象预预报、水水利工作作者作洪洪水预报报、交通通部门作作客运量量预报等等。九十十年代初初，灰色色理论开开始应用

42、用于大跨跨径桥梁梁的施工工控制中中，取得得了较好好的效果果。在此此，我们们简要介介绍一下下灰色理理论的基基本原理理及其在在大跨径径预应力力混凝土土连续刚刚构桥施施工控制制中的应应用。1、基本本原理灰色系统统理论就就是基于于灰关联联空间、光滑离离散函数数概念等等，以现现有信息息或原始始数列为为基础，通过灰灰过程及及灰生成成对现有有信息或或原始数数列进行行数据加加工与处处理，定定义了灰灰导数与与灰微分分方程，进而用用离散数数据建立立了微分分方程型型的动态态模型，即灰模模型（GGM模型型），来来预测系系统未来来发展变变化的一一种预测测控制方方法。下下面将主主要介绍绍灰色系系统理论论中与工工程实践践相

43、关的的一般原原理和计计算方法法。灰色系统统理论的的微分方方程模型型称为GGM(11，1)模型型，G表示grrey（灰），表示moodell（模型型）。GGM(11，1)表示示1阶的，N个变量量的微分分方程型型模型。灰色系系统理论论之所以以能够建建立近似似的微分分方程型型的模型型，是基基于下述述的概念念、观点点、方法法和途径径。（1）一一般随机机系统只只能建立立差分模模型，不不能建立立微分模模型，而而灰色理理论建立立的是微微分方程程模型。差分模模型是一一种递推推模型，只能按按阶段分分析系统统的发展展，只能能用于短短期分析析，只能能了解系系统显露露的变化化。正如如美国加加里福尼尼亚大学学T.CC.

44、Hssia在在他的专专著Syysteems Ideentiificcatiion 中所指指出：“尽管连连续系统统的离散散近似模模型对许许多工程程应用来来讲是有有用的，但在某某些研究究领域中中，人们们却常常常希望使使用微分分方程模模型。在在这些领领域中，微分方方程的系系数描述述了我们们所希望望辨识的的系统内内部的物物理或化化学过程程的本质质”。然而而人们没没有找到到建立这这种模型型的方法法和途径径，正如如T.CC.Hssia指指出“实践上上由于导导数信号号是很难难获得的的，所以以解不存存在”。而灰灰色系统统理论将将随机量量当作是是在一定定范围内内变化的的的灰色色量，将将随机过过程当作作是在一一定

45、幅区区和一定定时区内内变化的的灰色过过程，由由此建立立了灰微微分方程程模型。（2）系系统行为为数据列列往往是是没有规规律的，是随机机变化的的。对于于随机变变量、随随机过程程，人们们往往是是用概率率统计的的方法来来进行研研究。但但是概率率统计的的方法要要求数据据量大（大样本本），必必须从大大量的数数据中找找统计规规律，只只便于处处理统计计规律中中有较典典型的概概率分布布、有平平稳的随随机过程程的这一一类问题题，而对对于其它它非典型型分布、非平稳稳过程、有色噪噪声的处处理，都都感到很很棘手。总之，概率统统计的研研究方法法，计算算工作量量大，且且可以解解决和处处理的问问题较少少。而灰灰色系统统理论，

46、则将一一切随机机变量看看作是在在一定范范围内变变化的灰灰色量，将随机机过程看看作是在在一定范范围内变变化的、与时间间有关的的灰色过过程。对对灰色量量不是从从找统计计规律的的角度，通过大大样本量量进行研研究，而而是用数数据处理理的方法法（灰色色理论称称为数据据生成），将杂杂乱无章章的原始始数据整整理成规规律较强强的生成成数列再再作研究究。灰色色理论认认为系统统的行为为现象尽尽管是朦朦胧的，数据是是杂乱无无章的，但它毕毕竟是有有序的，是有整整体功能能的，因因此杂乱乱无章的的数据背背后，必必然潜藏藏着某种种规律。而灰数数的生成成，就是是从杂乱乱无章的的原始数数据中去去开拓、发现、寻找这这种内在在规律

47、，这是一一种现实实规律，不是先先验规律律。（3）灰灰色理论论将无规规律的原原始数据据进行数数据生成成后，使使其转变变为较有有规律的的生成数数列再建建模。所所以，灰灰色理论论建立的的不是一一般建模模所得到到的原始始数据模模型，而而是生成成数据模模型。因因此灰色色理论的的预测数数据，不不是直接接从生成成模型得得到的数数据，而而是还原原后的数数据。或或者说通通过生成成数据的的GM(11，1)模型型所得到到的预测测值，必必须作逆逆生成处处理。（4）灰灰色理论论是针对对符合光光滑离散散函数条条件的一一类数列列建模。一般原原始数据据作累加加生成（AGOO）后，可以得得到光滑滑离散函函数，基基于光滑滑离散函

48、函数的收收敛性与与灰关联联空间的的极限概概念，定定义了灰灰导数。灰色理理论认为为微分方方程是背背景值与与各阶导导数（灰灰导数）的某种种组合。（5）灰灰色理论论通过模模型计算算值与实实际值之之差（残残差）建建立GMM(1，1)模型型，作为为提高模模型精度度的主要要途径。残差的的GM(11，1)模型型，一般般只注重重现实规规律，最最新数据据的修正正，因此此残差GGM(11，1)与主主模型之之间在时时间上一一般是不不同步的的。灰色色模型在在考虑残残差GMM模型的的补充后后，就变变成了近近似的差差分微分分型模型型。（6）用用灰色理理论建模模，一般般都采用用三种检检验方式式，即残残差大小小检验、后验差差

49、检验、关联度度检验。残差大大小检验验，是模模型精度度逐点的的检验，是一种种直观的的检验、是一种种算术检检验。后后验差检检验，是是按照残残差的概概率分布布继续检检验，属属于统计计检验。关联度度检验，是根据据模型曲曲线与行行为数据据曲线的的几何相相似程度度进行检检验，是是一种几几何检验验。总结以上上各点，我们可可以描述述以GMM(1，1)模型型为基础础的灰建建模过程程，并通通过GMM(1，1)模型型来得到到灰预测测值及还还原值。令为元序序列为的一次次累加生生成（311）为的均值值生成（322），为灰微微分序列列，则与与中各时时刻数据据满足关关系：（333），对于（331）式，称为数数据列，为数据据

50、矩阵，为参数数列或参参数向量量。（333）式的的另一表表达式为为（k22，3，n）（34）上式称为为GM(11，1)模型型。残差列（35）当且仅当当满足平平方和最最小准则则，即（366）时，灰微微分方程程参数列列满足关关系（377）上式的演演算结果果为：（388）（399）若灰微分分方程（3110）的参数、服从（37）式，则称（3111）为（310）式式的白化化方程或或影子方方程，有有时亦称称（311）为为（34）的影影子方程程。影子子方程的的解为（3112）称（312）为为GM(11，1)的相相应式，其还原原值为（3113）2 灰色色系统理理论在连连续刚构构桥施工工控制中中的应用用对于悬臂臂

51、浇筑与与悬臂拼拼装施工工的连续续刚构桥桥，有各各阶段初初留预拱拱度的理理论计算算状态值值序列：对应有实实测值序序列：根据、建建立误差差序列：元素（11，2，）（314）以作为数数据生成成序列，由（331）式生生成及（32）式生生成，由由（34）式建建立模型型，由（38）、（39）式确确定出参参数、，由（312）式式得到响响应值，再由（313）式式获得还还原值。开 始输 入计算累加生成参数识别a、b计算响应值还原数据输出预测值 结 束图3.55 灰灰色预测测计算流流程图为误差预预测结果果。若带带有明显显的方向向性，则则存在系系统误差差，且其其分布即即为。根据可进进行参数数识别与与调整，来确定定下

52、一阶阶段预留留拱度调调整量。那么，下一阶阶段立模模时的预预留拱度度值为（3115）将以上步步骤进行行归纳可可画出应应用灰色色预测法法进行误误差分析析的计算算流程图图，如图图35所示。卡尔曼（kallmann）滤波波法我们在工工程实际际中常常常遇到这这样一类类系统，系统的的初始状状态是一一个随机机向量，并不知知道它的的确切值值，而只只知道其其均值（数学期期望）方方差。系系统不但但受确定定性控制制输入的的作用，而且往往往受到到一些随随机干扰扰（噪声声）的作作用。这这样，在在这些随随机干扰扰和随机机初始状状态的作作用下，系统的的状态就就不是一一个确定定性的函函数了，而是一一个随机机过程。再则，量测系

53、系统即使使不存在在系统误误差，也也会有随随机误差差存在。也就是是说，量量测系统统也存在在随机干干扰。因因此，我我们需要要根据夹夹杂着噪噪声干扰扰的量测测信号把把系统的的状态估估计出来来，以便便实现某某种最优优控制，这就是是随机最最优估计计问题。解决这这种状态态估计的的方法主主要有卡卡尔曼滤滤波法。卡尔曼滤滤波法是是美国学学者kaalmaan.RR.E于于19660年首首先提出出的，他他将状态态空间的的概念引引入到随随机估计计理论中中来，把把信号过过程视为为在白噪噪声作用用下一个个线性系系统的输输出，这这种输入入输出关关系用状状态方程程来描述述。这样样所描述述的信号号过程不不但可以以是平稳稳的标

54、量量随机过过程，而而且可以以是非平平稳的向向量随机机过程。借助于于当时数数字计算算机发展展的成果果，将概概率论和和数理统统计领域域的成果果用于解解决滤波波估计问问题，提提出了一一种新的的线性递递推滤波波方法。这种方方法不要要求储存存过去的的观测数数据，当当新的数数据被观观测以后后，只要要根据新新的数据据和前一一时刻的的估计量量，借助助于信号号过程本本身的状状态转移移方程，按照一一套递推推公式，即可算算出新的的估计量量，故它它大大地地减少了了计算量量和存贮贮量，便便于实时时处理，现已广广泛地应应用于空空间技术术和工业业自动控控制系统统。卡尔曼滤滤波法主主要有离离散线性性系统的的卡尔曼曼滤波法法和

55、连续续线性系系统的卡卡尔曼滤滤波法。由于在在大跨径径预应力力混凝土土连续刚刚构桥的的施工控控制中，结构的的状态均均是用离离散的数数据序列列表示（如某些些测点的的标高、某些断断面的应应力等），而不不是用连连续量来来表示，所以我我们在施施工控制制中使用用的是离离散线性性系统的的卡尔曼曼滤波法法。1.原理理对于不考考虑控制制作用的的情况，系统的的状态方方程和观观测方程程为：（3116）式中：维状态态向量状态转转移矩阵阵维随机机干扰向向量维观测测向量观测矩矩阵维观测测噪声向向量其中、都都是均值值为零的的白噪声声序列，且与互不相相关，在在每个采采样间隔隔内和为常值值，其统统计特性性为以上各式式对于任任意

56、的都都成立，式中为为克罗尼尼柯函数数，即又设初始始状态的的统计特特性为且所谓滤波波就是根根据初始始状态与与观测值值，做出状状态向量量的最优优估计。在初始始时刻，我们取取作为的估估计。现现在用递递推的形形式来表表达出各各个时刻刻在取得得的观测测数据的的基础上上所做出出的状态态的估计计。这里里所指的的递推形形式指的的是确定定仅仅用用到前一一时刻的的估计与与新的观观测值。这样，在的基础础上，逐逐次令11，2，就能用用递推公公式求出出各个时时刻的估估计值，。为了得到到递推公公式，假假定根据据观测数数据，已经定定出了在在时刻时时状态的的估计值值。在还还没有得得到新的的观测数数据之前前，要想想估计时时刻的

57、状状态，就就只有从从出发，根据状状态方程程来预报它它。但由由于随机机干扰的的值事先先无法得得知，所所以只能能已来预预报，将将该预报报值记作作当取得了了新的时时，我们们就用所所获得的的新信息息来检查查预报，并根据据检查结结果来校校正预报报值。检检查的办办法是用用观测方方程（3316）算算出相应应的观测测值同样，因因为这里里不知道道观测噪噪声的值值，故在在计算时时将它略略去。然然后将算算出的观观测值与与实际观观测值之之差乘以以一个适适当的系系数矩阵阵加在预预报值上上进行校校正。于于是，在在时刻时时估计值值的最优优滤波递递推估计计值为（3117）式中系数数矩阵叫叫做增益益矩阵。现在的的任务是是确定增

58、增益矩阵阵。采样样最优线线性估计计就是要要求得一一个最优优的增益益矩阵，使得误误差协方方差矩阵阵（3118）为最小。该问题题的解可可由下列列卡尔曼曼滤波的的递推公公式给出出：滤波算法法：（319）滤波增益益：（320）滤波误差差协方差差：（321）预测误差差协方差差：（322）2. 卡卡尔曼滤滤波的应应用前面已经经讲过，基本离离散线性性系统就就是指没没有确定定输入控控制量的的卡尔曼曼滤波系系统。由由于该系系统没有有输入控控制量，因此，它主要要适用于于可调变变量极少少的大跨跨径桥梁梁结构中中，所以以它很适适合于悬悬臂施工工的大跨跨径预应应力混凝凝土连续续刚构桥桥。当结结构某一一节段施施工完成成后

59、，无无论结构构参数处处于什么么样的状状态（比比如标高高），我我们基本本上没有有办法来来改变本本施工阶阶段的结结构标高高。我们们所能做做的事情情是：根根据本阶阶段的标标高误差差来预测测或估计计出下一一节段的的立模标标高，使使随后的的结构实实际状态态符合结结构的设设计理想想状态，这就是是基本离离散线性性系统卡卡尔曼滤滤波的实实际意义义。给定初始值，预测误差协方差最优滤波增益滤波误差协方差最优滤波值输入输出图3.66 卡卡尔曼滤滤波运算算流程图图对于悬臂臂浇筑与与悬臂拼拼装施工工的大跨跨径预应应力混凝凝土连续续刚构桥桥，可将将左右两两悬臂的的预留拱拱度值作作为状态态变量，对于已已施工阶阶段及待待施工

60、阶阶段，有有状态方方程：（3223）其中为阶阶段悬臂臂端预留留拱度计计算值与与阶段预预留拱度度计算值值之比，即（3224）由于预留留拱度可可以直接接观测，因此有有观测方方程：（3225）比较式（316）及及式（3325），可知=（单位位矩阵），所以以作为解解的卡尔尔曼滤波波递推公公式则成成为：滤波算法法：（326）预测算法法：（327）滤波增益益：（328）滤波误差差协方差差：（329）预测误差差协方差差：（330）对于初始始条件，由于块块在理想想状态的的误差甚甚小，因因此可取取块左右两两端理论论计算预预留拱度度值块左右两两端理论论计算预预留拱度度值与实实测预留留拱度值值差值的的平方，在式（3