桥梁施工控制

大跨度桥梁施工控制同济大学桥梁工程系

二○○一年 五月使桥梁建成时达到设计确定的内力状态线形状态静定结构——两者完全分离超静定结构——两者间有联系一.施工控制的目的和必要性施工控制的目的一.施工控制的目的和必要性施工控制的必要性大跨度桥梁线刚度较低，相对变形较大大跨度桥梁施工过程复杂，较多体系转换大跨度桥梁施工步骤较多，材料、结构尺寸、施工操作误差的累计误差较大斜拉桥设计规范中把施工控制作为实现设计目标的必要措施二.施工控制的思路开环施工控制——适用于简单桥梁或非循环式施工桥梁反馈施工控制——适用于结构参数比较稳定的桥梁自适应施工控制——适用于循环式施工桥梁最优控制——目前尚不适用于施工控制1.开环施工控制基本原理2.反馈施工控制基本原理日本横滨海湾桥控制流程图3.自适应施工控制基本原理Sakai提出的斜拉桥施工控制系统流程4.最优控制理论应用的问题离散系统方程控制目标问题——控制矩阵Pk,k-1是不断变化的系统的维数也在变二.施工控制的思路开环施工控制反馈施工控制自适应施工控制最优控制结论：自适应控制是目前适用于循环施工桥梁最理想的方法，最优控制不适用于桥梁三.自适应施工控制系统要素1.确定理想状态计算方法确定理想状态的计算方法确定成桥理想状态确定施工步骤的控制目标确定成桥理想状态内部静定结构——连续梁、拱、吊桥结构尺寸、施工方法确定后内力状态随之唯一确定内部超静定结构——斜拉桥、组合拱同样的结构、同样的施工方法，不同索力（吊杆力）可以获得不同内力状态最优问题——内力最小、应力最小、弯曲能量最小、材料最省、造价最省确定性问题——刚性支承连续梁最优成桥状态确定算法影响方程约束条件优化目标方程弯矩最小求斜拉桥最优索力斜索体系是的拉索以未知索力Ti代替；简化后的平面框架结构中，目标函数为：Ti——第i号索力；——Ti=1时的结构弯矩；Mp(s)——恒载作用下的结构弯矩。杆系有限元程序中的处理方法杆端力影响矩阵

{ML}={MLo}+[CL]{T}{MR}={MRo}+[CR]{T}其中：{ML}、{MR}分别是单元在左、右端杆端力向量{MLo}、{MRo}由初始索力引起的杆端力向量{T}是待求的索力修正量[CL]、[CR]就是{T}对{ML}，{MR}的影响矩阵

确定施工目标的计算方法倒拆法无法考虑徐变某些步骤构造上无法实现倒拆、正装综合法叠代不一定能收敛无应力状态法适用于钢桥的构件预制不能确定每个施工阶段的状态需要多次调索确定施工目标的计算方法简化做法施工阶段斜拉索索力等于节段重量的一半加施工机具重量按照上述索力进行正装模拟计算，局部调整索力标高按模拟计算结果设预拱度缺点——施工状态与成桥理想状态脱节2.施工过程泡模拟计算施工过程姨模拟计算计算程栗序——失有限元苍程序我国：杆平面杆沾系程序国外：辣空间计树算程序铁开始应代用考虑的枕因素模拟施工步构件的安戏装及拆除赴过程各种线形锈预应力钢猴筋的张拉惰过程不同预庙制龄期麦、加载节龄期下轿构件的洁收缩徐源变结构的非鼓线性因素温度影衫响3.最优控制抛调整量计串算最优控制戴调整量计茎算控制目燥标——债应力、键标高调整手醒段——隶索力、班预应力顷、标高计算思路蚕——优化服方法优化目扭标——罚残余误馋差最小板、能量优最小、说调整的粱功最小约束条件能——调整沸必须在材规料强度允冰许范围内帅、残余误屋差在允许饺范围内优化计哪算原理影响方程约束条件优化目标方程线性优化刚方法影响方程优化目标方程非线性午优化方映法影响方程优化目标方程约束条件位移残苹差最小索力残差内最小4.计薄算模型参数估计计算模型参数估宁计算法待估计捷参数—叙—构件帅重量、凉刚度、弯徐变系精数、预糠应力损粮失计算思路史——优化萌方法测量变旋量——颂索力、妥标高、抛应力优化目布标——留误差最坛小约束条独件——发参数在套物理常往识范围亏内参数估计芦计算原理影响方程优化目标方程约束条件参数估计格方法分类一类是作基于误饺差最小输化的算宝法，如剃最小二恒乘法一类是保基于状象态估计搁理论的泼算法，羡如扩展攻卡尔曼别滤波法存在的睛问题：参数的灵绪敏度不高测量数据若不够参数估计拔的变量分滥离测量时涨刻选定1.挂篮绩移动定位技立模前的哥时刻；2.挂篮拔移动定位爬立模后的暴时刻；3.节称段混凝蚀土浇筑号前的时权刻；4.节段伸混凝土浇税筑后的时泛刻；5.张拉蝇斜拉索前铲的时刻；6.张拉妻斜拉索后道的时刻；弹性模组量混凝土超两重索力误差5.测躺量系统待测量变愤量标高——抬激光束、桃连通管、垂度——咐激光束索力—陡—随机炎振动法应力—请—钢弦绪应力计自动测量评系统自适应施帆工控制系腹统流程四.不赔同类型处桥梁控感制特点自适应备控制方黄法、反导馈控制便方法只矛适用于驾有循环召的节段教施工方既法即使采季用节段敲施工，洽不同桥羊型也有额不同特毁点，必敌须采用询不同的吸对策1.悬臂桨浇筑混凝半土斜拉桥施工特点愧：结构参数再的准确性翼较差，而浴且要等到涌节段施工缺完成后才欺能确定主梁的雨刚度较胖大，节膊段的局概部变形愈很小，欺索力调芳整对局苦部线形钞的调整律作用很络小调整范怖围受到谈混凝土损应力的厨限制挂篮刚命度对局贸部变形年有较大等影响，授长挂篮洒在混凝富土浇筑称节段参刘与结构甘受力未施工节泊段的立模挖标高可以旗任意确定惊，与已浇暂筑梁段无方关悬臂浇筑姐混凝土斜希拉桥控制领对策1．对于黑已建成梁禾段的线形极误差在一着定程度上禾可以通过翼斜拉索索迟力的调整肃来纠正，顶但是，由抄于主梁刚匙度较大，树不可能通涌过索力调躺整纠正所济有误差。霸残余的误浊差可以通肉过下一节砌段的立模辩标高来调衣整。2．及时酱识别误差死产生的原殖因，估计挡计算程序较参数的实职际值，主美要是混凝陆土的弹性居模量、材踏料的比重很、徐变系单数等，重墨新计算未首浇筑梁段再的预拱度赚，修改施息工阶段索做力及相应淋的标高目秀标值，避勿免出现新顿的误差。悬臂浇故筑混凝导土斜拉即桥控制杨对策3．由于决立模标高互可以随时功调整，索凉力值应该牛作为控制雷的依据，歪某节段标改高只要控杆制在允许微范围之内忠即可认为烛满足要求旦。如果索月力到达设违计值时标炉高同时达筐到预计值搬，说明计嗽算模型与重实际结构红是吻合的锄，否则，哪说明两者蓬之间存在陶差异，必无须对参数休进行重新滋估计。4．挂窑篮刚度裁只影响闻正在浇嚼筑的梁势段标高己，但由板此引起城的误差桌将永远浸存在于免主梁线主形中，返必须考艰虑钢筋廉骨架对塞挂篮刚闯度的影情响。自适应控角制思路在忘瓯江二桥散施工控右制中的应永用工程概挺况瓯江二拔桥计算图工况表控制目财标控制的史最终目戚标是：梦使成桥木后的线羊形与设践计线形势所有各像点的误魂差均控己制在4议厘米范虚围之内叨，且钳斜拉索摘索力与馒设计值参的误差胁控制在深5%范煤围之内半。每一施工进步骤中的勺误差控制垮水平：斜拉索张陪拉索力与色理论预报窜值的相对进误差应控埋制在2风%以内；挂篮定速位标高龄与预报袍标高之滴差控制霸在1厘俩米以内丛；斜拉索泽张拉完要后，如伞梁端测烤点标高磁与控制辫预报标额高之拆差超过职4厘米陶，需研霸究调整四方案，阿确定索色力调整妥措施。观测变量歇为：标高已、索力、拼塔顶水平凶位移、主坏梁及塔身毙的局部温团度场和应阿力场；混饼凝土徐变含系数和弹雪性模量测稍试试验；在悬臂浇磁筑之前对厨挂篮进行添了现场预睁压试验。控制措稼施：斜终拉索的灰索力及激梁段的赏立模标赵高。测量值和似控制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吨施工中期登（4-1咬2#节段敏）按预报球值进行钱正常施狡工施工后期怜（12#管节段以后苏）参数估计全：自重集阵度估计调整预报池值：斜拉扁索索力初歌始值调回催到设计值控制结服果全桥按照筒预计的目砍标合拢；全桥的线机形除少数笼节点外，翻所有节点醒标高与设楚计线形的冶误差均在4厘米以内瞧；除南塔边战跨13、14#索因为边像跨和中跨够发生了劳不对称变乏形，在施聋工过程中纲进行了补细张拉外，惯斜拉索均带是在节段蚊施工中张喉拉到位合拢后只缓对两根索惜由于上下粱游索力有致较大差异融进行了很辅小的补张巴拉。2.悬尾臂拼装屋混凝土程斜拉桥施工特点瓜：主梁每经个节段倍的定位泛标高受畅到预制询线形的库限制，敞只能通换过接缝恩间的契分块调节价，余地逗很小，全部节厘段的重控量在拼张装前可兵以预先赤获得，没有挂篮买变形的影欣响。悬臂拼装喇混凝土斜渔拉桥控制霸对策由于定位谷标高可调焰余地较小哭，拼装阶惊段的线形小应该作为码控制的主任要依据，耐如果标高杏到达设计禁值时索力护同时达到界预计值，营说明计算亮模型与实秩际结构是抛吻合的，斩否则，说尾明两者之雁间存在差匠异，必须浮对参数进抄行重新估搭计。参数估方计的对正象主要寸是主梁辟的刚度宇及徐变团系数，作在估计街后重新厉确定每笼阶段的很张拉索狂力。由于没纳有挂篮值刚度及组节段重林量误差痛，每节挂段吊装煌完成时征，标高咸误差较梦小，可博以通过赚索力调添整来纠粥正。3.结说合梁斜植拉桥施工特点竿：主梁的线轮形在钢梁苹预拼装阶超段已经完书全确定，番现场拼装艳时节段之励间相对位昼置几乎没迷有调整的辞余地，全部节段抓的重量在化拼装前可公以预先获互得，拼装阶晓段钢梁茂刚度很嚷小，索治力及荷件载对标和高的影碧响非常隐明显，钢梁的华抗拉、逗抗压能缝力均较光强。结合梁规斜拉桥蓄控制对楼策在确定施稼工控制目打标时，应嚷充分利用落钢梁的抗亏弯能力使债混凝土桥遵面板承担励较大压应角力。由于梁段炸间相对位府置不能调旋整，某一宜梁段的误原差除影响美本节段外鉴，误差的斜趋势还将蔽影响以后队的梁段，腥因此，拼灰装阶段的润线形是控转制的主要徒目标，必套须在下一逼节段拼装哄前通过斜另拉索索力呼的调整来始纠正已建留成梁段的悼线形误差粒，而将索竖力控制在掏一定误差杆范围内。结合梁斜舰拉桥控制牢对策参数估供计的对勇象对主砖要是主晨梁的刚抽度，特匀别是已攻安装好拒桥面板阿但尚未勺形成结次合梁的酬梁段，非此时的客刚度实导际上是洋处于裸隶钢梁与靠结合梁寒之间，系需要通运过参数准估计算溪法来估拦计。在参数估死计后应重街新确定每愧阶段的张葡拉索力，耀如果不进萄行修正，庸则在以后蒜每个阶段供施工完成嫌时索力与攻标高均不叉能同时达让到控制目于标，从而次每次均需侄要标高调虑整，这将游大大增加钟施工调索责工作量。由于线形角的主要靠狱索力调整拢来保证，配但是索力建调整必须贝在梁体强索度允许的飘范围之内数，因此，睛必须分析购索力误差梅对主梁应舟力的影响虏，确保施剧工应力控汇制在允许伏范围之内杆。4.悬臂茅施工混凝该土连续梁左桥连续梁惰线形控赴制与斜访拉桥施冻工控制纸不同之走处两者的扬控制目怪标不完谋全相同。混凝土松连续梁桥绢由于在悬结臂施工阶季段是静定饮结构，合都拢过程中序如不施加禁额外的压辽重，成桥大后内力状醉态一般不困会偏离设周计值很多哑，因此连钉续梁桥施洗工控制的过主要目标揪是控制主鉴梁的线形游。两者实施锐控制的手孤段不相同。对于厕混凝土游连续梁谋桥，已定施工梁翼段上出挑现误差应时，只居能通过捉张拉预画备预应吉力束调节整，而堡这一调距整量是弹非常有恳限的，挽因此，吸一旦出蹲现线形北误差，客误差将墓永远存厉在，只滑能通过展立模标书高消除助已施工销梁段的筝残余误虚差，有四时调整扎需经过舅几个梁雹段才能帅完成。混凝土垦连续梁丙桥控制类对策参数估垂计及对姥计算模当型的修船正特别搁重要，越只有与慢实际施仅工过程叹相吻合莲的计算牌模型计读算出的协预报标叠高才是创可实现食的，施抢工结果悠的误差趟才能减异小。在进行施幻玉工模拟计迫算时必须菊充分考虑恭各种施工谨因素，特难别要正确菌计算主梁脖的轴线坐纸标，同时件计算中要紫