大跨度橋梁施工控制

大跨度橋梁施工控制使橋梁建成時(shí)到達(dá)設(shè)計(jì)確定的內(nèi)力形狀線外形狀靜定構(gòu)造——兩者完全分別超靜定構(gòu)造——兩者間有聯(lián)絡(luò)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，相對變形較大大跨度橋梁施工過程復(fù)雜，較多體系轉(zhuǎn)換大跨度橋梁施工步驟較多，資料、構(gòu)造尺寸、施工操作誤差的累計(jì)誤差較大斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范中把施工控制造為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的的必要措施二.施工控制的思緒開環(huán)施工控制——適用于簡單橋梁或非循環(huán)式施工橋梁反響施工控制——適用于構(gòu)造參數(shù)比較穩(wěn)定的橋梁自順應(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.開環(huán)施工控制根本原理2.反響施工控制根本原理日本橫濱海灣橋控制流程圖3.自順應(yīng)施工控制根本原理Sakai提出的斜拉橋施工控制系統(tǒng)流程4.最優(yōu)控制實(shí)際運(yùn)用的問題離散系統(tǒng)方程控制目的問題——控制矩陣Pk,k-1是不斷變化的系統(tǒng)的維數(shù)也在變二.施工控制的思緒開環(huán)施工控制反響施工控制自順應(yīng)施工控制最優(yōu)控制結(jié)論：自順應(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.自順應(yīng)施工控制系統(tǒng)要素1.確定理想形狀計(jì)算方法確定理想形狀的計(jì)算方法確定成橋理想形狀確定施工步驟的控制目的確定成橋理想形狀內(nèi)部靜定構(gòu)造——延續(xù)梁、拱、吊橋構(gòu)造尺寸、施工方法確定后內(nèi)力形狀隨之獨(dú)一確定內(nèi)部超靜定構(gòu)造——斜拉橋、組合拱同樣的構(gòu)造、同樣的施工方法，不同索力〔吊桿力〕可以獲得不同內(nèi)力形狀最優(yōu)問題——內(nèi)力最小、應(yīng)力最小、彎曲能量最小、資料最省、造價(jià)最省確定性問題——?jiǎng)傂灾С醒永m(xù)梁最優(yōu)成橋形狀確定算法影響方程約束條件優(yōu)化目的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替代；簡化后的平面框架構(gòu)造中，目的函數(shù)為：Ti——第i號索力；——Ti=1時(shí)的構(gòu)造彎矩；Mp(s)——恒載作用下的構(gòu)造彎矩。桿系有限元程序中的處置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{ML}，{MR}的影響矩陣確定施工目的的計(jì)算方法倒拆法無法思索徐變某些步驟構(gòu)造上無法實(shí)現(xiàn)倒拆、正裝綜合法疊代不一定能收斂無應(yīng)力形狀法適用于鋼橋的構(gòu)件預(yù)制不能確定每個(gè)施工階段的形狀需求多次調(diào)索確定施工目的的計(jì)算方法簡化做法施工階段斜拉索索力等于節(jié)段分量的一半加施工機(jī)具分量按照上述索力進(jìn)展正裝模擬計(jì)算，部分調(diào)整索力標(biāo)高按模擬計(jì)算結(jié)果設(shè)預(yù)拱度缺陷——施工形狀與成橋理想形狀脫節(jié)2.施工過程模擬計(jì)算施工過程模擬計(jì)算計(jì)算程序——有限元程序我國：平面桿系程序國外：空間計(jì)算程序開場運(yùn)用思索的要素模擬施工構(gòu)件的安裝及撤除過程各種線形預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉過程不同預(yù)制齡期、加載齡期下構(gòu)件的收縮徐變構(gòu)造的非線性要素溫度影響3.最優(yōu)控制調(diào)整量計(jì)算最優(yōu)控制調(diào)整量計(jì)算控制目的——應(yīng)力、標(biāo)高調(diào)整手段——索力、預(yù)應(yīng)力、標(biāo)高計(jì)算思緒——優(yōu)化方法優(yōu)化目的——剩余誤差最小、能量最小、調(diào)整的功最小約束條件——調(diào)整必需在資料強(qiáng)度允許范圍內(nèi)、剩余誤差在允許范圍內(nèi)優(yōu)化計(jì)算原理影響方程約束條件優(yōu)化目的方程線性優(yōu)化方法影響方程優(yōu)化目的方程非線性優(yōu)化方法影響方程優(yōu)化目的方程約束條件 位移殘差最小 索力殘差最小4.計(jì)算模型參數(shù)估計(jì)計(jì)算模型參數(shù)估計(jì)算法待估計(jì)參數(shù)——構(gòu)件分量、剛度、徐變系數(shù)、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算思緒——優(yōu)化方法丈量變量——索力、標(biāo)高、應(yīng)力優(yōu)化目的——誤差最小約束條件——參數(shù)在物理常識范圍內(nèi)參數(shù)估計(jì)計(jì)算原理影響方程優(yōu)化目的方程約束條件參數(shù)估計(jì)方法分類一類是基于誤差最小化的算法，如最小二乘法一類是基于形狀估計(jì)實(shí)際的算法，如擴(kuò)展卡爾曼濾波法存在的問題：參數(shù)的靈敏度不高丈量數(shù)據(jù)不夠參數(shù)估計(jì)的變量分別丈量時(shí)辰選定1.掛籃挪動(dòng)定位立模前的時(shí)辰；2.掛籃挪動(dòng)定位立模后的時(shí)辰；3.節(jié)段混凝土澆筑前的時(shí)辰；4.節(jié)段混凝土澆筑后的時(shí)辰；5.張拉斜拉索前的時(shí)辰；6.張拉斜拉索后的時(shí)辰；彈性模量混凝土超重索力誤差5.丈量系統(tǒng)待丈量變量標(biāo)高——激光束、連通管、垂度——激光束索力——隨機(jī)振動(dòng)法應(yīng)力——鋼弦應(yīng)力計(jì)自動(dòng)丈量系統(tǒng)自順應(yīng)施工控制系統(tǒng)流程四.不同類型橋梁控制特點(diǎn)自順應(yīng)控制方法、反響控制方法只適用于有循環(huán)的節(jié)段施工方法即使采用節(jié)段施工，不同橋型也有不同特點(diǎn)，必需采用不同的對策1.懸臂澆筑混凝土斜拉橋施工特點(diǎn)：構(gòu)造參數(shù)的準(zhǔn)確性較差，而且要等到節(jié)段施工完成后才干確定主梁的剛度較大，節(jié)段的部分變形很小，索力調(diào)整對部分線形的調(diào)整作用很小調(diào)整范圍遭到混凝土應(yīng)力的限制掛籃剛度對部分變形有較大影響，長掛籃在混凝土澆筑節(jié)段參與構(gòu)造受力未施工節(jié)段的立模標(biāo)高可以恣意確定，與已澆筑梁段無關(guān)懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制對策1．對于已建成梁段的線形誤差在一定程度上可以經(jīng)過斜拉索索力的調(diào)整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不能夠經(jīng)過索力調(diào)整糾正一切誤差。剩余的誤差可以經(jīng)過下一節(jié)段的立模標(biāo)高來調(diào)整。2．及時(shí)識別誤差產(chǎn)生的緣由，估計(jì)計(jì)算程序參數(shù)的實(shí)踐值，主要是混凝土的彈性模量、資料的比重、徐變系數(shù)等，重新計(jì)算未澆筑梁段的預(yù)拱度，修正施工階段索力及相應(yīng)的標(biāo)高目的值，防止出現(xiàn)新的誤差。懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制對策3．由于立模標(biāo)高可以隨時(shí)調(diào)整，索力值應(yīng)該作為控制的根據(jù)，某節(jié)段標(biāo)高只需控制在允許范圍之內(nèi)即可以為滿足要求。假設(shè)索力到達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)標(biāo)高同時(shí)到達(dá)估計(jì)值，闡明計(jì)算模型與實(shí)踐構(gòu)造是吻合的，否那么，闡明兩者之間存在差別，必需對參數(shù)進(jìn)展重新估計(jì)。4．掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標(biāo)高，但由此引起的誤差將永遠(yuǎn)存在于主梁線形中，必需思索鋼筋骨架對掛籃剛度的影響。自順應(yīng)控制思緒在甌江二橋

施工控制中的運(yùn)用工程概略甌江二橋計(jì)算工況表控制目的控制的最終目的是：使成橋后的線形與設(shè)計(jì)線形一切各點(diǎn)的誤差均控制在4厘米范圍之內(nèi)，且斜拉索索力與設(shè)計(jì)值的誤差控制在5%范圍之內(nèi)。每一施工步驟中的誤差控制程度：斜拉索張拉索力與實(shí)際預(yù)告值的相對誤差應(yīng)控制在2%以內(nèi)；掛籃定位標(biāo)高與預(yù)告標(biāo)高之差控制在1厘米以內(nèi)；斜拉索張拉完后，如梁端測點(diǎn)標(biāo)高與控制預(yù)告標(biāo)高之差超越4厘米，需研討調(diào)整方案，確定索力調(diào)整措施。觀測變量為：標(biāo)高、索力、塔頂程度位移、主梁及塔身的部分溫度場和應(yīng)力場；混凝土徐變系數(shù)和彈性模量測試實(shí)驗(yàn)；在懸臂澆筑之前對掛籃進(jìn)展了現(xiàn)場預(yù)壓實(shí)驗(yàn)?？刂拼胧盒崩鞯乃髁傲憾蔚牧⒛?biāo)高。丈量值和控制措施控制實(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)告值：每對斜拉索添加初始索力30噸施工中期〔4-12#節(jié)段〕按預(yù)告值進(jìn)展正常施工施工后期〔12#節(jié)段以后〕參數(shù)估計(jì)：自重集度估計(jì)調(diào)整預(yù)告值：斜拉索索力初始值調(diào)回到設(shè)計(jì)值控制結(jié)果全橋按照估計(jì)的目的合攏；全橋的線形除少數(shù)節(jié)點(diǎn)外，一切節(jié)點(diǎn)標(biāo)高與設(shè)計(jì)線形的誤差均在4厘米以內(nèi)；除南塔邊跨13、14#索由于邊跨和中跨發(fā)生了不對稱變形，在施工過程中進(jìn)展了補(bǔ)張拉外，斜拉索均是在節(jié)段施工中張拉到位合攏后只對兩根索由于上下游索力有較大差別進(jìn)展了很小的補(bǔ)張拉。2.懸臂拼裝混凝土斜拉橋施工特點(diǎn)：主梁每個(gè)節(jié)段的定位標(biāo)高遭到預(yù)制線形的限制，只能經(jīng)過接縫間的契塊調(diào)理，余地很小，全部節(jié)段的分量在拼裝前可以預(yù)先獲得，沒有掛籃變形的影響。懸臂拼裝混凝土斜拉橋控制對策由于定位標(biāo)高可調(diào)余地較小，拼裝階段的線形應(yīng)該作為控制的主要根據(jù)，假設(shè)標(biāo)高到達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)索力同時(shí)到達(dá)估計(jì)值，闡明計(jì)算模型與實(shí)踐構(gòu)造是吻合的，否那么，闡明兩者之間存在差別，必需對參數(shù)進(jìn)展重新估計(jì)。參數(shù)估計(jì)的對象主要是主梁的剛度及徐變系數(shù)，在估計(jì)后重新確定每階段的張拉索力。由于沒有掛籃剛度及節(jié)段分量誤差，每節(jié)段吊裝完成時(shí)，標(biāo)高誤差較小，可以經(jīng)過索力調(diào)整來糾正。3.結(jié)合梁斜拉橋施工特點(diǎn)：主梁的線形在鋼梁預(yù)拼裝階段曾經(jīng)完全確定，現(xiàn)場拼裝時(shí)節(jié)段之間相對位置幾乎沒有調(diào)整的余地，全部節(jié)段的分量在拼裝前可以預(yù)先獲得，拼裝階段鋼梁剛度很小，索力及荷載對標(biāo)高的影響非常明顯，鋼梁的抗拉、抗壓才干均較強(qiáng)。結(jié)合梁斜拉橋控制對策在確定施工控制目的時(shí)，應(yīng)充分利用鋼梁的抗彎才干使混凝土橋面板承當(dāng)較大壓應(yīng)力。由于梁段間相對位置不能調(diào)整，某一梁段的誤差除影響本節(jié)段外，誤差的趨勢還將影響以后的梁段，因此，拼裝階段的線形是控制的主要目的，必需在下一節(jié)段拼裝前經(jīng)過斜拉索索力的調(diào)整來糾正已建成梁段的線形誤差，而將索力控制在一定誤差范圍內(nèi)。結(jié)合梁斜拉橋控制對策參數(shù)估計(jì)的對象對主要是主梁的剛度，特別是已安裝好橋面板但尚未構(gòu)成結(jié)合梁的梁段，此時(shí)的剛度實(shí)踐上是處于裸鋼梁與結(jié)合梁之間，需求經(jīng)過參數(shù)估計(jì)算法來估計(jì)。在參數(shù)估計(jì)后應(yīng)重新確定每階段的張拉索力，假設(shè)不進(jìn)展修正，那么在以后每個(gè)階段施工完成時(shí)索力與標(biāo)高均不能同時(shí)到達(dá)控制目的，從而每次均需求標(biāo)高調(diào)整，這將大大添加施工調(diào)索任務(wù)量。由于線形的主要靠索力調(diào)整來保證，但是索力調(diào)整必需在梁體強(qiáng)度允許的范圍之內(nèi)，因此，必需分析索力誤差對主梁應(yīng)力的影響，確保施工應(yīng)力控制在允許范圍之內(nèi)。4.懸臂施工混凝土延續(xù)梁橋延續(xù)梁線形控制與斜拉橋施工控制不同之處兩者的控制目的不完全一樣?；炷裂永m(xù)梁橋由于在懸臂施工階段是靜定構(gòu)造，合攏過程中如不施加額外的壓重，成橋后內(nèi)力形狀普通不會偏離設(shè)計(jì)值很多，因此延續(xù)梁橋施工控制的主要目的是控制主梁的線形。兩者實(shí)施控制的手段不一樣。對于混凝土延續(xù)梁橋，已施工梁段上出現(xiàn)誤差時(shí)，只能經(jīng)過張拉預(yù)備預(yù)應(yīng)力束調(diào)整，而這一調(diào)整量是非常有限的，因此，一旦出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠(yuǎn)存在，只能經(jīng)過立模標(biāo)高消除已施工梁段的剩余誤差，有時(shí)調(diào)整需經(jīng)過幾個(gè)梁段才干完成?；炷裂永m(xù)梁橋控制對策參數(shù)估計(jì)及對計(jì)算模型的修正特別重要，只需與實(shí)踐施工過程相吻合的計(jì)算模型計(jì)算出的預(yù)告標(biāo)高才是可實(shí)現(xiàn)的，施工結(jié)果的誤差才干減小。在進(jìn)展施工模擬計(jì)算時(shí)必需充分思索各種施工要素，特別要正確計(jì)算主梁的軸線坐標(biāo)，同時(shí)計(jì)算中要計(jì)入豎曲線的影響。由于沒有高效的調(diào)整措施，必需合理制定施工步驟，使每個(gè)步驟的變形量減小，這樣即使某個(gè)施工步驟產(chǎn)生誤差，該誤差在總體變形中所占比例就較小。肇慶大橋施工控制實(shí)例橋梁概略87+4X+87米六跨延續(xù)梁橋?qū)挘?7米截面：單箱單室大懸臂箱梁橫隔板：只在墩頂設(shè)二道橫隔板墩高：27~34米支座：大噸位盆式橡膠支座肇慶大橋施工控制實(shí)例控制思緒自順應(yīng)控制參數(shù)選擇