ppt大跨度桥梁工程施工控制讲义

大跨跨度度桥桥梁梁施施工工控控制制XX桥梁梁工工程程系系二二○○○○一一年五五月月使桥梁建成时达到设计确定的内力状态线形状态静定定结结构构———两者者完完全全分分离离超静静定定结结构构———两者者间间有有联联系系一.施工工控控制制的的目目的的和和必必要要性性施工工控控制制的的目目的的一.施工工控控制制的的目目的的和和必必要要性性施工工控控制制的的必必要要性性大跨跨度度桥桥梁梁线线刚刚度度较较低低，，相相对对变变形形较较大大大跨跨度度桥桥梁梁施施工工过过程程复复杂杂，，较较多多体体系系转转换换大跨跨度度桥桥梁梁施施工工步步骤骤较较多多，，材材料料、、结结构构尺尺寸寸、、施施工工操操作作误误差差的的累累计计误误差差较较大大斜拉拉桥桥设设计计规规范范中中把把施施工工控控制制作作为为实实现现设设计计目目标标的的必必要要措措施施二.施工工控控制制的的思思路路开环环施施工工控控制制———适用用于于简简单单桥桥梁梁或或非非循循环环式式施施工工桥桥梁梁反馈馈施施工工控控制制———适用用于于结结构构参参数数比比较较稳稳定定的的桥桥梁梁自适适应应施施工工控控制制———适用用于于循循环环式式施施工工桥桥梁梁最优优控控制制———目前前尚尚不不适适用用于于施施工工控控制制1.开环环施施工工控控制制基基本本原原理理2.反馈馈施施工工控控制制基基本本原原理理XX桥控控制制流流程程图图3.自适适应应施施工工控控制制基基本本原原理理XX提出出的的斜斜拉拉桥桥施施工工控控制制系系统统流流程程4.最优优控控制制理理论论应应用用的的问问题题离散散系系统统方方程程控制制目目标标问题题———控制制矩矩阵阵Pk,k-1是不不断断变变化化的的系统统的的维维数数也也在在变变二.施工工控控制制的的思思路路开环环施施工工控控制制反馈馈施施工工控控制制自适适应应施施工工控控制制最优优控控制制结论论：：自自适适应应控控制制是是目目前前适适用用于于循循环环施施工工桥桥梁梁最最理理想想的的方方法法，，最最优优控控制制不不适适用用于于桥桥梁梁三.自适适应应施施工工控控制制系系统统要要素素1.确定定理理想想状状态态计计算算方方法法确定定理理想想状状态态的的计计算算方方法法确定定成成桥桥理理想想状状态态确定定施施工工步步骤骤的的控控制制目目标标确定成桥桥理想状状态内部静定定结构——连续梁、、拱、吊吊桥结构尺寸寸、施工工方法确确定后内内力状态态随之唯唯一确定定内部超静静定结构构——斜拉桥、、组合拱拱同样的结结构、同同样的施施工方法法，不同同索力（（吊杆力力）可以以获得不不同内力力状态最优问题题——内力最小小、应力力最小、、弯曲能能量最小小、材料料最省、、造价最最省确定性问问题——刚性支承承连续梁梁最优成桥桥状态确确定算法法影响方程约束条件优化目标方程弯矩最小小求斜拉拉桥最优优索力斜索体系系是的拉拉索以未未知索力力Ti代替；简简化后的的平面框框架结构构中，目目标函数数为：Ti——第i号索力；；——Ti=1时的结构构弯矩；；Mp(s)——恒载作用用下的结结构弯矩矩。杆系有限限元程序序中的处处理方法法杆端力影影响矩阵阵{ML}={MLo}+[CL]{T}{MR}={MRo}+[CR]{T}其中：{ML}、{MR}分别是单单元在左左、右端端杆端力力向量{MLo}、{MRo}由初始索索力引起起的杆端端力向量量{T}是待求的的索力修修正量[CL]、[CR]就是{T}对{ML}，{MR}的影响矩矩阵确定施工工目标的的计算方方法倒拆法无法考虑虑徐变某些步骤骤构造上上无法实实现倒拆、正正装综合合法叠代不一一定能收收敛无应力状状态法适用于钢钢桥的构构件预制制不能确定定每个施施工阶段段的状态态需要多次次调索确定施工工目标的的计算方方法简化做法法施工阶段段斜拉索索索力等等于节段段重量的的一半加加施工机机具重量量按照上述述索力进进行正装装模拟计计算，局局部调整整索力标高按模模拟计算算结果设设预拱度度缺点——施工状态态与成桥桥理想状状态脱节节2.施工过程程模拟计计算施工过程程模拟计计算计算程序序——有限元程程序我国：平平面杆系系程序国外：空空间计算算程序开开始应用用考虑的因因素模拟施工工构件的的安装及及拆除过过程各种线形形预应力力钢筋的的张拉过过程不同预制制龄期、、加载龄龄期下构构件的收收缩徐变变结构的非非线性因因素温度影响响3.最优控制制调整量量计算最优控制制调整量量计算控制目标标——应力、标标高调整手段段——索力、预预应力、、标高计算思路路——优化方法法优化目标标——残余误差差最小、、能量最最小、调调整的功功最小约束条件件——调整必须须在材料料强度允允许范围围内、残残余误差差在允许许范围内内优化计算算原理影响方程约束条件优化目标方程线性优化化方法影响方程优化目标方程非线性优优化方法法影响方程优化目标方程约束条件件位移残差差最小索力残差差最小4.计算模型型参数估计计计算模型型参数估计计算法待估计参参数——构件重量量、刚度度、徐变变系数、、预应力力损失计算思路路——优化方法法测量变量量——索力、标标高、应应力优化目标标——误差最小小约束条件件——参数在物物理常识识范围内内参数估计计计算原原理影响方程优化目标方程约束条件参数估计计方法分分类一类是基基于误差差最小化化的算法法，如最最小二乘乘法一类是基基于状态态估计理理论的算算法，如如扩展卡卡尔曼滤滤波法存在的问问题：参数的灵灵敏度不不高测量数据据不够参数估计计的变量量分离测量时刻刻选定1.挂篮移动动定位立立模前的的时刻；；2.挂篮移动动定位立立模后的的时刻；；3.节段混凝凝土浇筑筑前的时时刻；4.节段混凝凝土浇筑筑后的时时刻；5.张拉斜拉拉索前的的时刻；；6.张拉斜拉拉索后的的时刻；；弹性模量量混凝土超超重索力误差差5.测量系统统待测量变变量标高——激光束、、连通管管、垂度——激光束索力——随机振动动法应力——钢弦应力力计自动测量量系统自适应施施工控制制系统流流程四.不同类型型桥梁控控制特点点自适应控控制方法法、反馈馈控制方方法只适适用于有有循环的的节段施施工方法法即使采用用节段施施工，不不同桥型型也有不不同特点点，必须须采用不不同的对对策1.悬臂浇筑筑混凝土土斜拉桥桥施工特点点：结构参数数的准确确性较差差，而且且要等到到节段施施工完成成后才能能确定主梁的刚刚度较大大，节段段的局部部变形很很小，索索力调整整对局部部线形的的调整作作用很小小调整范围围受到混混凝土应应力的限限制挂篮刚度度对局部部变形有有较大影影响，长长挂篮在在混凝土土浇筑节节段参与与结构受受力未施工节节段的立立模标高高可以任任意确定定，与已已浇筑梁梁段无关关悬臂浇筑筑混凝土土斜拉桥桥控制对对策1．对于已已建成梁梁段的线线形误差差在一定定程度上上可以通通过斜拉拉索索力力的调整整来纠正正，但是是，由于于主梁刚刚度较大大，不可可能通过过索力调调整纠正正所有误误差。残残余的误误差可以以通过下下一节段段的立模模标高来来调整。。2．及时识识别误差差产生的的原因，，估计计计算程序序参数的的实际值值，主要要是混凝凝土的弹弹性模量量、材料料的比重重、徐变变系数等等，重新新计算未未浇筑梁梁段的预预拱度，，修改施施工阶段段索力及及相应的的标高目目标值，，避免出出现新的的误差。。悬臂浇筑筑混凝土土斜拉桥桥控制对对策3．由于立立模标高高可以随随时调整整，索力力值应该该作为控控制的依依据，某某节段标标高只要要控制在在允许范范围之内内即可认认为满足足要求。。如果索索力到达达设计值值时标高高同时达达到预计计值，说说明计算算模型与与实际结结构是吻吻合的，，否则，，说明两两者之间间存在差差异，必必须对参参数进行行重新估估计。4．挂篮刚刚度只影影响正在在浇筑的的梁段标标高，但但由此引引起的误误差将永永远存在在于主梁梁线形中中，必须须考虑钢钢筋骨架架对挂篮篮刚度的的影响。。自适应控控制思路路在XX施工控制制中的应应用工程概况况XX计算工工况表表控制目目标控制的的最终终目标标是：：使成成桥后后的线线形与与设计计线形形所有有各点点的误误差均均控制制在4厘米范范围之之内，，且且斜拉拉索索索力与与设计计值的的误差差控制制在5%范围之之内。。每一施施工步步骤中中的误误差控控制水水平：：斜拉索索张拉拉索力力与理理论预预报值值的相相对误误差应应控制制在在2%以内；；挂篮定定位标标高与与预报报标高高之差差控制制在1厘米以以内；；斜拉索索张拉拉完后后，如如梁端端测点点标高高与控控制预预报标标高高之差差超过过4厘米，，需研研究调调整方方案，，确定定索力力调整整措施施。观测变变量为为：标标高、、索力力、塔塔顶水水平位位移、、主梁梁及塔塔身的的局部部温度度场和和应力力场；；混凝凝土徐徐变系系数和和弹性性模量量测试试试验验；在悬臂臂浇筑筑之前前对挂挂篮进进行了了现场场预压压试验验。控制措措施：：斜拉拉索的的索力力及梁梁段的的立模模标高高。测量值值和控控制措措施控制实施施工初期（0-3#节段）参数估计：自重集度、弹性模量、挂篮刚度调整预报值：每对斜拉索增加初始索力30吨施工中中期（（4-12#节段））按预报报值进进行正正常施施工施工后后期（（12#节段以以后））参数估估计：：自重重集度度估计计调整预预报值值：斜斜拉索索索力力初始始值调调回到到设计计值控制结结果全桥按按照预预计的的目标标合拢拢；全桥的的线形形除少少数节节点外外，所所有节节点标标高与与设计计线形形的误误差均均在4厘米以以内；；除南塔塔边跨跨13、14#索因为为边跨跨和中中跨发发生了了不不对称称变形形，在在施工工过程程中进进行了了补张张拉外外，斜斜拉索索均是是在节节段施施工中中张拉拉到位位合拢后后只对对两根根索由由于上上下游游索力力有较较大差差异进进行了了很小小的补补张拉拉。2.悬臂拼拼装混混凝土土斜拉拉桥施工特特点：：主梁每每个节节段的的定位位标高高受到到预制制线形形的限限制，，只能能通过过接缝缝间的的契块块调节节，余余地很很小，，全部节段的的重量在拼拼装前可以以预先获得得，没有挂篮变变形的影响响。悬臂拼装混混凝土斜拉拉桥控制对对策由于定位标标高可调余余地较小，，拼装阶段段的线形应应该作为控控制的主要要依据，如如果标高到到达设计值值时索力同同时达到预预计值，说说明计算模模型与实际际结构是吻吻合的，否否则，说明明两者之间间存在差异异，必须对对参数进行行重新估计计。参数估计的的对象主要要是主梁的的刚度及徐徐变系数，，在估计后后重新确定定每阶段的的张拉索力力。由于没有挂挂篮刚度及及节段重量量误差，每每节段吊装装完成时，，标高误差差较小，可可以通过索索力调整来来纠正。3.结合梁斜拉拉桥施工特点：：主梁的线形形在钢梁预预拼装阶段段已经完全全确定，现现场拼装时时节段之间间相对位置置几乎没有有调整的余余地，全部节段的的重量在拼拼装前可以以预先获得得，拼装阶段钢钢梁刚度很很小，索力力及荷载对对标高的影影响非常明明显，钢梁的抗拉拉、抗压能能力均较强强。结合梁斜拉拉桥控制对对策在确定施工工控制目标标时，应充充分利用钢钢梁的抗弯弯能力使混混凝土桥面面板承担较较大压应力力。由于梁段间间相对位置置不能调整整，某一梁梁段的误差差除影响本本节段外，，误差的趋趋势还将影影响以后的的梁段，因因此，拼装装阶段的线线形是控制制的主要目目标，必须须在下一节节段拼装前前通过斜拉拉索索力的的调整来纠纠正已建成成梁段的线线形误差，，而将索力力控制在一一定误差范范围内。结合梁斜拉拉桥控制对对策参数估计的的对象对主主要是主梁梁的刚度，，特别是已已安装好桥桥面板但尚尚未形成结结合梁的梁梁段，此时时的刚度实实际上是处处于裸钢梁梁与结合梁梁之间，需需要通过参参数估计算算法来估计计。在参数估计计后应重新新确定每阶阶段的张拉拉索力，如如果不进行行修正，则则在以后每每个阶段施施工完成时时索力与标标高均不能能同时达到到控制目标标，从而每每次均需要要标高调整整，这将大大大增加施施工调索工工作量。由于线形的的主要靠索索力调整来来保证，但但是索力调调整必须在在梁体强度度允许的范范围之内，，因此，必必须分析索索力误差对对主梁应力力的影响，，确保施工工应力控制制在允许范范围之内。。4.悬臂施工混混凝土连续续梁桥连续梁线形形控制与斜斜拉桥施工工控制不同同之处两者的控制制目标不完完全相同。混凝土连连续梁桥由由于在悬臂臂施工阶段段是静定结结构，合拢拢过程中如如不施加额额外的压重重，成桥后后内力状态态一般不会会偏离设计计值很多，，因此连续续梁桥施工工控制的主主要目标是是控制主梁梁的线形。。两者实施控控制的手段段不相同。对于混凝凝土连续梁梁桥，已施施工梁段上上出现误差差时，只能能通过张拉拉预备预应应力束调整整，而这一一调整量是是非常有限限的，因此此，一旦出出现线形误误差，误差差将永远存存在，只能能通过立模模标高消除除已施工梁梁段的残余余误差，有有时调整需需经过几个个梁段才能能完成。混凝土连续续梁桥控制制对策参数估计及及对计算模模型的修正正特别重要要，只有与与实际施工工过程相吻吻合的计算算模型计算算出的预报报标高才是是可实现的的，施工结结果的误差差才能减小小。在进行施工工模拟计算算时必须充充分考虑各各种施工因因素，特别别要正确计计算主梁的的轴线坐标标，同时计计算中要计计入竖曲线线的影响。。由于没有高高效的调整整措施，必必须合理制