橋梁施工控制

大跨度橋梁施工控制同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系

二○○一年 五月使橋梁建成時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)確定的內(nèi)力狀態(tài)線形狀態(tài)靜定結(jié)構(gòu)——兩者完全分離超靜定結(jié)構(gòu)——兩者間有聯(lián)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橋梁線剛度較低，相對(duì)變形較大大跨度橋梁施工過(guò)程復(fù)雜，較多體系轉(zhuǎn)換大跨度橋梁施工步驟較多，材料、結(jié)構(gòu)尺寸、施工操作誤差的累計(jì)誤差較大斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范中把施工控制作為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的必要措施二.施工控制的思路開(kāi)環(huán)施工控制——適用于簡(jiǎn)單橋梁或非循環(huán)式施工橋梁反饋施工控制——適用于結(jié)構(gòu)參數(shù)比較穩(wěn)定的橋梁自適應(yīng)施工控制——適用于循環(huán)式施工橋梁最優(yōu)控制——目前尚不適用于施工控制1.開(kāi)環(huán)施工控制基本原理2.反饋施工控制基本原理日本橫濱海灣橋控制流程圖3.自適應(yīng)施工控制基本原理Sakai提出的斜拉橋施工控制系統(tǒng)流程4.最優(yōu)控制理論應(yīng)用的問(wèn)題離散系統(tǒng)方程控制目標(biāo)問(wèn)題——控制矩陣Pk,k-1是不斷變化的系統(tǒng)的維數(shù)也在變二.施工控制的思路開(kāi)環(huán)施工控制反饋施工控制自適應(yīng)施工控制最優(yōu)控制結(jié)論：自適應(yīng)控制是目前適用于循環(huán)施工橋梁最理想的方法，最優(yōu)控制不適用于橋梁三.自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)要素1.確定理想狀態(tài)計(jì)算方法確定理想狀態(tài)的計(jì)算方法確定成橋理想狀態(tài)確定施工步驟的控制目標(biāo)確定成橋理想狀態(tài)內(nèi)部靜定結(jié)構(gòu)——連續(xù)梁、拱、吊橋結(jié)構(gòu)尺寸、施工方法確定后內(nèi)力狀態(tài)隨之唯一確定內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)——斜拉橋、組合拱同樣的結(jié)構(gòu)、同樣的施工方法，不同索力（吊桿力）可以獲得不同內(nèi)力狀態(tài)最優(yōu)問(wèn)題——內(nèi)力最小、應(yīng)力最小、彎曲能量最小、材料最省、造價(jià)最省確定性問(wèn)題——?jiǎng)傂灾С羞B續(xù)梁最優(yōu)成橋狀態(tài)確定算法影響方程約束條件優(yōu)化目標(biāo)方程彎矩最小求斜拉橋最優(yōu)索力斜索體系是的拉索以未知索力Ti代替；簡(jiǎn)化后的平面框架結(jié)構(gòu)中，目標(biāo)函數(shù)為：Ti——第i號(hào)索力；——Ti=1時(shí)的結(jié)構(gòu)彎矩；Mp(s)——恒載作用下的結(jié)構(gòu)彎矩。桿系有限元程序中的處理方法桿端力影響矩陣

{ML}={MLo}+[CL]{T}{MR}={MRo}+[CR]{T}其中：{ML}、{MR}分別是單元在左、右端桿端力向量{MLo}、{MRo}由初始索力引起的桿端力向量{T}是待求的索力修正量[CL]、[CR]就是{T}對(duì){ML}，{MR}的影響矩陣

確定施工目標(biāo)的計(jì)算方法倒拆法無(wú)法考慮徐變某些步驟構(gòu)造上無(wú)法實(shí)現(xiàn)倒拆、正裝綜合法疊代不一定能收斂無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法適用于鋼橋的構(gòu)件預(yù)制不能確定每個(gè)施工階段的狀態(tài)需要多次調(diào)索確定施工目標(biāo)的計(jì)算方法簡(jiǎn)化做法施工階段斜拉索索力等于節(jié)段重量的一半加施工機(jī)具重量按照上述索力進(jìn)行正裝模擬計(jì)算，局部調(diào)整索力標(biāo)高按模擬計(jì)算結(jié)果設(shè)預(yù)拱度缺點(diǎn)——施工狀態(tài)與成橋理想狀態(tài)脫節(jié)2.施工過(guò)程泡模擬計(jì)算施工過(guò)程姨模擬計(jì)算計(jì)算程栗序——失有限元蒼程序我國(guó)：桿平面桿沾系程序國(guó)外：辣空間計(jì)樹(shù)算程序鐵開(kāi)始應(yīng)代用考慮的枕因素模擬施工步構(gòu)件的安戲裝及拆除赴過(guò)程各種線形銹預(yù)應(yīng)力鋼猴筋的張拉惰過(guò)程不同預(yù)廟制齡期麥、加載節(jié)齡期下轎構(gòu)件的潔收縮徐源變結(jié)構(gòu)的非鼓線性因素溫度影衫響3.最優(yōu)控制拋調(diào)整量計(jì)串算最優(yōu)控制戴調(diào)整量計(jì)莖算控制目燥標(biāo)——債應(yīng)力、鍵標(biāo)高調(diào)整手醒段——隸索力、班預(yù)應(yīng)力頃、標(biāo)高計(jì)算思路蠶——優(yōu)化服方法優(yōu)化目扭標(biāo)——罰殘余誤饞差最小板、能量?jī)?yōu)最小、說(shuō)調(diào)整的粱功最小約束條件能——調(diào)整沸必須在材規(guī)料強(qiáng)度允冰許范圍內(nèi)帥、殘余誤屋差在允許餃范圍內(nèi)優(yōu)化計(jì)哪算原理影響方程約束條件優(yōu)化目標(biāo)方程線性優(yōu)化剛方法影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程非線性午優(yōu)化方映法影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程約束條件位移殘?zhí)O差最小索力殘差內(nèi)最小4.計(jì)薄算模型參數(shù)估計(jì)計(jì)算模型參數(shù)估寧計(jì)算法待估計(jì)捷參數(shù)—敘—構(gòu)件帥重量、涼剛度、彎徐變系精數(shù)、預(yù)糠應(yīng)力損糧失計(jì)算思路史——優(yōu)化萌方法測(cè)量變旋量——頌索力、妥標(biāo)高、拋應(yīng)力優(yōu)化目布標(biāo)——留誤差最壇小約束條獨(dú)件——發(fā)參數(shù)在套物理常往識(shí)范圍虧內(nèi)參數(shù)估計(jì)蘆計(jì)算原理影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程約束條件參數(shù)估計(jì)格方法分類(lèi)一類(lèi)是作基于誤餃差最小輸化的算寶法，如剃最小二恒乘法一類(lèi)是保基于狀象態(tài)估計(jì)擱理論的潑算法，羨如擴(kuò)展攻卡爾曼別濾波法存在的睛問(wèn)題：參數(shù)的靈緒敏度不高測(cè)量數(shù)據(jù)若不夠參數(shù)估計(jì)拔的變量分濫離測(cè)量時(shí)漲刻選定1.掛籃績(jī)移動(dòng)定位技立模前的哥時(shí)刻；2.掛籃拔移動(dòng)定位爬立模后的暴時(shí)刻；3.節(jié)稱段混凝蝕土澆筑號(hào)前的時(shí)權(quán)刻；4.節(jié)段伸混凝土澆稅筑后的時(shí)泛刻；5.張拉蠅斜拉索前鏟的時(shí)刻；6.張拉妻斜拉索后道的時(shí)刻；彈性模組量混凝土超兩重索力誤差5.測(cè)躺量系統(tǒng)待測(cè)量變憤量標(biāo)高——抬激光束、桃連通管、垂度——咐激光束索力—陡—隨機(jī)炎振動(dòng)法應(yīng)力—請(qǐng)—鋼弦緒應(yīng)力計(jì)自動(dòng)測(cè)量評(píng)系統(tǒng)自適應(yīng)施帆工控制系腹統(tǒng)流程四.不賠同類(lèi)型處橋梁控感制特點(diǎn)自適應(yīng)備控制方黃法、反導(dǎo)饋控制便方法只矛適用于駕有循環(huán)召的節(jié)段教施工方既法即使采季用節(jié)段敲施工，洽不同橋羊型也有額不同特毀點(diǎn)，必?cái)稠毑捎迷儾煌奈鼘?duì)策1.懸臂槳澆筑混凝半土斜拉橋施工特點(diǎn)愧：結(jié)構(gòu)參數(shù)再的準(zhǔn)確性翼較差，而浴且要等到涌節(jié)段施工缺完成后才欺能確定主梁的雨剛度較胖大，節(jié)膊段的局概部變形愈很小，欺索力調(diào)芳整對(duì)局苦部線形鈔的調(diào)整律作用很絡(luò)小調(diào)整范怖圍受到談混凝土損應(yīng)力的廚限制掛籃剛命度對(duì)局貿(mào)部變形年有較大等影響，授長(zhǎng)掛籃灑在混凝富土澆筑稱節(jié)段參劉與結(jié)構(gòu)甘受力未施工節(jié)泊段的立模挖標(biāo)高可以旗任意確定驚，與已澆暫筑梁段無(wú)方關(guān)懸臂澆筑姐混凝土斜希拉橋控制領(lǐng)對(duì)策1．對(duì)于黑已建成梁禾段的線形極誤差在一著定程度上禾可以通過(guò)翼斜拉索索遲力的調(diào)整肅來(lái)糾正，頂?shù)?，由抄于主梁剛匙度較大，樹(shù)不可能通涌過(guò)索力調(diào)躺整糾正所濟(jì)有誤差。霸殘余的誤濁差可以通肉過(guò)下一節(jié)砌段的立模辯標(biāo)高來(lái)調(diào)衣整。2．及時(shí)醬識(shí)別誤差死產(chǎn)生的原殖因，估計(jì)擋計(jì)算程序較參數(shù)的實(shí)職際值，主美要是混凝陸土的彈性居模量、材踏料的比重很、徐變系單數(shù)等，重墨新計(jì)算未首澆筑梁段再的預(yù)拱度賺，修改施息工階段索做力及相應(yīng)淋的標(biāo)高目秀標(biāo)值，避勿免出現(xiàn)新頓的誤差。懸臂澆故筑混凝導(dǎo)土斜拉即橋控制楊對(duì)策3．由于決立模標(biāo)高互可以隨時(shí)功調(diào)整，索涼力值應(yīng)該牛作為控制雷的依據(jù)，歪某節(jié)段標(biāo)改高只要控桿制在允許微范圍之內(nèi)忠即可認(rèn)為燭滿足要求旦。如果索月力到達(dá)設(shè)違計(jì)值時(shí)標(biāo)爐高同時(shí)達(dá)筐到預(yù)計(jì)值搬，說(shuō)明計(jì)嗽算模型與重實(shí)際結(jié)構(gòu)紅是吻合的鋤，否則，哪說(shuō)明兩者蓬之間存在陶差異，必?zé)o須對(duì)參數(shù)休進(jìn)行重新滋估計(jì)。4．掛窯籃剛度裁只影響聞?wù)跐步乐牧簞?shì)段標(biāo)高己，但由板此引起城的誤差桌將永遠(yuǎn)浸存在于免主梁線主形中，返必須考艱慮鋼筋廉骨架對(duì)塞掛籃剛闖度的影情響。自適應(yīng)控角制思路在忘甌江二橋散施工控右制中的應(yīng)永用工程概挺況甌江二拔橋計(jì)算圖工況表控制目財(cái)標(biāo)控制的史最終目戚標(biāo)是：夢(mèng)使成橋木后的線羊形與設(shè)踐計(jì)線形勢(shì)所有各像點(diǎn)的誤魂差均控己制在4議厘米范虛圍之內(nèi)叨，且鉗斜拉索摘索力與饅設(shè)計(jì)值參的誤差脅控制在深5%范煤圍之內(nèi)半。每一施工進(jìn)步驟中的勺誤差控制垮水平：斜拉索張陪拉索力與色理論預(yù)報(bào)竄值的相對(duì)進(jìn)誤差應(yīng)控埋制在2風(fēng)%以內(nèi)；掛籃定速位標(biāo)高齡與預(yù)報(bào)袍標(biāo)高之滴差控制霸在1厘倆米以內(nèi)叢；斜拉索澤張拉完要后，如傘梁端測(cè)烤點(diǎn)標(biāo)高磁與控制辮預(yù)報(bào)標(biāo)額高之拆差超過(guò)職4厘米陶，需研霸究調(diào)整四方案，阿確定索色力調(diào)整妥措施。觀測(cè)變量歇為：標(biāo)高已、索力、拼塔頂水平兇位移、主壞梁及塔身斃的局部溫團(tuán)度場(chǎng)和應(yīng)阿力場(chǎng)；混餅?zāi)列熳兒禂?shù)和彈雪性模量測(cè)稍試試驗(yàn)；在懸臂澆磁筑之前對(duì)廚掛籃進(jìn)行添了現(xiàn)場(chǎng)預(yù)睜壓試驗(yàn)?？刂拼爰谑盒苯K拉索的灰索力及激梁段的賞立模標(biāo)趙高。測(cè)量值和似控制措施控制實(shí)施施工初期（0-3#節(jié)段）參數(shù)估計(jì)：自重集度、彈性模量、掛籃剛度調(diào)整預(yù)報(bào)值：每對(duì)斜拉索增加初始索力30噸施工中期登（4-1咬2#節(jié)段敏）按預(yù)報(bào)球值進(jìn)行錢(qián)正常施狡工施工后期憐（12#管節(jié)段以后蘇）參數(shù)估計(jì)全：自重集陣度估計(jì)調(diào)整預(yù)報(bào)池值：斜拉扁索索力初歌始值調(diào)回催到設(shè)計(jì)值控制結(jié)服果全橋按照筒預(yù)計(jì)的目砍標(biāo)合攏；全橋的線機(jī)形除少數(shù)籠節(jié)點(diǎn)外，翻所有節(jié)點(diǎn)醒標(biāo)高與設(shè)楚計(jì)線形的冶誤差均在4厘米以內(nèi)瞧；除南塔邊戰(zhàn)跨13、14#索因?yàn)檫呄窨绾椭锌鐗虬l(fā)生了勞不對(duì)稱變乏形，在施聾工過(guò)程中綱進(jìn)行了補(bǔ)細(xì)張拉外，慣斜拉索均帶是在節(jié)段蚊施工中張喉拉到位合攏后只緩對(duì)兩根索惜由于上下粱游索力有致較大差異融進(jìn)行了很輔小的補(bǔ)張巴拉。2.懸尾臂拼裝屋混凝土程斜拉橋施工特點(diǎn)瓜：主梁每經(jīng)個(gè)節(jié)段倍的定位泛標(biāo)高受暢到預(yù)制詢線形的庫(kù)限制，敞只能通換過(guò)接縫恩間的契分塊調(diào)節(jié)價(jià)，余地逗很小，全部節(jié)厘段的重控量在拼張裝前可兵以預(yù)先赤獲得，沒(méi)有掛籃買(mǎi)變形的影欣響。懸臂拼裝喇混凝土斜漁拉橋控制霸對(duì)策由于定位谷標(biāo)高可調(diào)焰余地較小哭，拼裝階驚段的線形小應(yīng)該作為碼控制的主任要依據(jù)，耐如果標(biāo)高杏到達(dá)設(shè)計(jì)禁值時(shí)索力護(hù)同時(shí)達(dá)到界預(yù)計(jì)值，營(yíng)說(shuō)明計(jì)算亮模型與實(shí)秩際結(jié)構(gòu)是拋吻合的，斬否則，說(shuō)尾明兩者之雁間存在差匠異，必須浮對(duì)參數(shù)進(jìn)抄行重新估搭計(jì)。參數(shù)估方計(jì)的對(duì)正象主要寸是主梁辟的剛度宇及徐變團(tuán)系數(shù)，作在估計(jì)街后重新厲確定每籠階段的很張拉索狂力。由于沒(méi)納有掛籃值剛度及組節(jié)段重林量誤差痛，每節(jié)掛段吊裝煌完成時(shí)征，標(biāo)高咸誤差較夢(mèng)小，可博以通過(guò)賺索力調(diào)添整來(lái)糾粥正。3.結(jié)說(shuō)合梁斜植拉橋施工特點(diǎn)竿：主梁的線輪形在鋼梁蘋(píng)預(yù)拼裝階超段已經(jīng)完書(shū)全確定，番現(xiàn)場(chǎng)拼裝艷時(shí)節(jié)段之勵(lì)間相對(duì)位晝置幾乎沒(méi)迷有調(diào)整的辭余地，全部節(jié)段抓的重量在化拼裝前可公以預(yù)先獲互得，拼裝階曉段鋼梁茂剛度很嚷小，索治力及荷件載對(duì)標(biāo)和高的影碧響非常隱明顯，鋼梁的華抗拉、逗抗壓能縫力均較光強(qiáng)。結(jié)合梁規(guī)斜拉橋蓄控制對(duì)樓策在確定施稼工控制目打標(biāo)時(shí)，應(yīng)嚷充分利用落鋼梁的抗虧彎能力使債混凝土橋遵面板承擔(dān)勵(lì)較大壓應(yīng)角力。由于梁段炸間相對(duì)位府置不能調(diào)旋整，某一宜梁段的誤原差除影響美本節(jié)段外鑒，誤差的斜趨勢(shì)還將蔽影響以后隊(duì)的梁段，腥因此，拼灰裝階段的潤(rùn)線形是控轉(zhuǎn)制的主要徒目標(biāo)，必套須在下一逼節(jié)段拼裝哄前通過(guò)斜另拉索索力呼的調(diào)整來(lái)始糾正已建留成梁段的悼線形誤差粒，而將索豎力控制在掏一定誤差桿范圍內(nèi)。結(jié)合梁斜艦拉橋控制牢對(duì)策參數(shù)估供計(jì)的對(duì)勇象對(duì)主磚要是主晨梁的剛抽度，特勻別是已攻安裝好拒橋面板阿但尚未勺形成結(jié)次合梁的酬梁段，非此時(shí)的客剛度實(shí)導(dǎo)際上是洋處于裸隸鋼梁與靠結(jié)合梁寒之間，系需要通運(yùn)過(guò)參數(shù)準(zhǔn)估計(jì)算溪法來(lái)估攔計(jì)。在參數(shù)估死計(jì)后應(yīng)重街新確定每愧階段的張葡拉索力，耀如果不進(jìn)萄行修正，庸則在以后蒜每個(gè)階段供施工完成嫌時(shí)索力與攻標(biāo)高均不叉能同時(shí)達(dá)讓到控制目于標(biāo)，從而次每次均需侄要標(biāo)高調(diào)慮整，這將游大大增加鐘施工調(diào)索責(zé)工作量。由于線形角的主要靠獄索力調(diào)整攏來(lái)保證，配但是索力建調(diào)整必須貝在梁體強(qiáng)索度允許的飄范圍之內(nèi)數(shù)，因此，睛必須分析購(gòu)索力誤差梅對(duì)主梁應(yīng)舟力的影響虜，確保施劇工應(yīng)力控匯制在允許伏范圍之內(nèi)桿。4.懸臂茅施工混凝該土連續(xù)梁左橋連續(xù)梁惰線形控赴制與斜訪拉橋施凍工控制紙不同之走處兩者的揚(yáng)控制目怪標(biāo)不完謀全相同。混凝土松連續(xù)梁橋絹由于在懸結(jié)臂施工階季段是靜定飲結(jié)構(gòu)，合都攏過(guò)程中序如不施加禁額外的壓遼重，成橋大后內(nèi)力狀醉態(tài)一般不困會(huì)偏離設(shè)周計(jì)值很多啞，因此連釘續(xù)梁橋施洗工控制的過(guò)主要目標(biāo)揪是控制主鑒梁的線形游。兩者實(shí)施銳控制的手孤段不相同。對(duì)于廁混凝土游連續(xù)梁謀橋，已定施工梁翼段上出挑現(xiàn)誤差應(yīng)時(shí)，只居能通過(guò)捉張拉預(yù)畫(huà)備預(yù)應(yīng)吉力束調(diào)節(jié)整，而堡這一調(diào)距整量是彈非常有懇限的，挽因此，吸一旦出蹲現(xiàn)線形北誤差，客誤差將墓永遠(yuǎn)存厲在，只滑能通過(guò)展立模標(biāo)書(shū)高消除助已施工銷(xiāo)梁段的箏殘余誤虛差，有四時(shí)調(diào)整扎需經(jīng)過(guò)舅幾個(gè)梁雹段才能帥完成?；炷翂ㄟB續(xù)梁丙橋控制類(lèi)對(duì)策參數(shù)估垂計(jì)及對(duì)姥計(jì)算模當(dāng)型的修船正特別擱重要，越只有與慢實(shí)際施僅工過(guò)程嘆相吻合蓮的計(jì)算牌模型計(jì)讀算出的協(xié)預(yù)報(bào)標(biāo)疊高才是創(chuàng)可實(shí)現(xiàn)食的，施搶工結(jié)果悠的誤差趟才能減異小。在進(jìn)行施幻玉工模擬計(jì)迫算時(shí)必須菊充分考慮恭各種施工謹(jǐn)因素，特難別要正確菌計(jì)算主梁脖的軸線坐紙標(biāo)，同時(shí)件計(jì)算中要紫