大跨度橋梁施工控制

大跨度橋梁施工控制使橋梁建成時到達設計確定的內(nèi)力形狀線外形狀靜定構造——兩者完全分別超靜定構造——兩者間有聯(lián)絡一.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雜，較多體系轉換大跨度橋梁施工步驟較多，資料、構造尺寸、施工操作誤差的累計誤差較大斜拉橋設計規(guī)范中把施工控制造為實現(xiàn)設計目的的必要措施二.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——適用于構造參數(shù)比較穩(wěn)定的橋梁自順應施工控制——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)控制實際運用的問題離散系統(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施工控制最優(yōu)控制結論：自順應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.自順應施工控制系統(tǒng)要素1.確定理想形狀計算方法確定理想形狀的計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)部靜定構造——延續(xù)梁、拱、吊橋構造尺寸、施工方法確定后內(nèi)力形狀隨之獨一確定內(nèi)部超靜定構造——斜拉橋、組合拱同樣的構造、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、應力最小、彎曲能量最小、資料最省、造價最省確定性問題——剛性支承延續(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造中，目的函數(shù)為：Ti——第i號索力；——Ti=1時的構造彎矩；Mp(s)——恒載作用下的構造彎矩。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算方法倒拆法無法思索徐變某些步驟構造上無法實現(xiàn)倒拆、正裝綜合法疊代不一定能收斂無應力形狀法適用于鋼橋的構件預制不能確定每個施工階段的形狀需求多次調(diào)索確定施工目的的計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具分量按照上述索力進展正裝模擬計算，部分調(diào)整索力標高按模擬計算結果設預拱度缺陷——施工形狀與成橋理想形狀脫節(jié)2.施工過程模擬計算施工過程模擬計算計算程序——有限元程序我國：平面桿系程序國外：空間計算程序開場運用思索的要素模擬施工構件的安裝及撤除過程各種線形預應力鋼筋的張拉過程不同預制齡期、加載齡期下構件的收縮徐變構造的非線性要素溫度影響3.最優(yōu)控制調(diào)整量計算最優(yōu)控制調(diào)整量計算控制目的——應力、標高調(diào)整手段——索力、預應力、標高計算思緒——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)整必需在資料強度允許范圍內(nèi)、剩余誤差在允許范圍內(nèi)優(yōu)化計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.計算模型參數(shù)估計計算模型參數(shù)估計算法待估計參數(shù)——構件分量、剛度、徐變系數(shù)、預應力損失計算思緒——優(yōu)化方法丈量變量——索力、標高、應力優(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)估計計算原理影響方程優(yōu)化目的方程約束條件參數(shù)估計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實際的算法，如擴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)估計的變量分別丈量時辰選定1.掛籃挪動定位立模前的時辰；2.掛籃挪動定位立模后的時辰；3.節(jié)段混凝土澆筑前的時辰；4.節(jié)段混凝土澆筑后的時辰；5.張拉斜拉索前的時辰；6.張拉斜拉索后的時辰；彈性模量混凝土超重索力誤差5.丈量系統(tǒng)待丈量變量標高——激光束、連通管、垂度——激光束索力——隨機振動法應力——鋼弦應力計自動丈量系統(tǒng)自順應施工控制系統(tǒng)流程四.不同類型橋梁控制特點自順應控制方法、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，必需采用不同的對策1.懸臂澆筑混凝土斜拉橋施工特點：構造參數(shù)的準確性較差，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)段參與構造受力未施工節(jié)段的立模標高可以恣意確定，與已澆筑梁段無關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)段的立模標高來調(diào)整。2．及時識別誤差產(chǎn)生的緣由，估計計算程序參數(shù)的實踐值，主要是混凝土的彈性模量、資料的比重、徐變系數(shù)等，重新計算未澆筑梁段的預拱度，修正施工階段索力及相應的標高目的值，防止出現(xiàn)新的誤差。懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制對策3．由于立模標高可以隨時調(diào)整，索力值應該作為控制的根據(jù)，某節(jié)段標高只需控制在允許范圍之內(nèi)即可以為滿足要求。假設索力到達設計值時標高同時到達估計值，闡明計算模型與實踐構造是吻合的，否那么，闡明兩者之間存在差別，必需對參數(shù)進展重新估計。4．掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標高，但由此引起的誤差將永遠存在于主梁線形中，必需思索鋼筋骨架對掛籃剛度的影響。自順應控制思緒在甌江二橋

施工控制中的運用工程概略甌江二橋計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計線形一切各點的誤差均控制在4厘米范圍之內(nèi)，且斜拉索索力與設計值的誤差控制在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際預告值的相對誤差應控制在2%以內(nèi)；掛籃定位標高與預告標高之差控制在1厘米以內(nèi)；斜拉索張拉完后，如梁端測點標高與控制預告標高之差超越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：標高、索力、塔頂程度位移、主梁及塔身的部分溫度場和應力場；混凝土徐變系數(shù)和彈性模量測試實驗；在懸臂澆筑之前對掛籃進展了現(xiàn)場預壓實驗。控制措施：斜拉索的索力及梁段的立模標高。丈量值和控制措施控制實施施工初期〔0-3#節(jié)段〕參數(shù)估計：自重集度、彈性模量、掛籃剛度調(diào)整預告值：每對斜拉索添加初始索力30噸施工中期〔4-12#節(jié)段〕按預告值進展正常施工施工后期〔12#節(jié)段以后〕參數(shù)估計：自重集度估計調(diào)整預告值：斜拉索索力初始值調(diào)回到設計值控制結果全橋按照估計的目的合攏；全橋的線形除少數(shù)節(jié)點外，一切節(jié)點標高與設計線形的誤差均在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，在施工過程中進展了補張拉外，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展了很小的補張拉。2.懸臂拼裝混凝土斜拉橋施工特點：主梁每個節(jié)段的定位標高遭到預制線形的限制，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高可調(diào)余地較小，拼裝階段的線形應該作為控制的主要根據(jù)，假設標高到達設計值時索力同時到達估計值，闡明計算模型與實踐構造是吻合的，否那么，闡明兩者之間存在差別，必需對參數(shù)進展重新估計。參數(shù)估計的對象主要是主梁的剛度及徐變系數(shù)，在估計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，標高誤差較小，可以經(jīng)過索力調(diào)整來糾正。3.結合梁斜拉橋施工特點：主梁的線形在鋼梁預拼裝階段曾經(jīng)完全確定，現(xiàn)場拼裝時節(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先獲得，拼裝階段鋼梁剛度很小，索力及荷載對標高的影響非常明顯，鋼梁的抗拉、抗壓才干均較強。結合梁斜拉橋控制對策在確定施工控制目的時，應充分利用鋼梁的抗彎才干使混凝土橋面板承當較大壓應力。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)。結合梁斜拉橋控制對策參數(shù)估計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成結合梁的梁段，此時的剛度實踐上是處于裸鋼梁與結合梁之間，需求經(jīng)過參數(shù)估計算法來估計。在參數(shù)估計后應重新確定每階段的張拉索力，假設不進展修正，那么在以后每個階段施工完成時索力與標高均不能同時到達控制目的，從而每次均需求標高調(diào)整，這將大大添加施工調(diào)索任務量。由于線形的主要靠索力調(diào)整來保證，但是索力調(diào)整必需在梁體強度允許的范圍之內(nèi)，因此，必需分析索力誤差對主梁應力的影響，確保施工應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計值很多，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，只能經(jīng)過張拉預備預應力束調(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，誤差將永遠存在，只能經(jīng)過立模標高消除已施工梁段的剩余誤差，有時調(diào)整需經(jīng)過幾個梁段才干完成。混凝土延續(xù)梁橋控制對策參數(shù)估計及對計算模型的修正特別重要，只需與實踐施工過程相吻合的計算模型計算出的預告標高才是可實現(xiàn)的，施工結果的誤差才干減小。在進展施工模擬計算時必需充分思索各種施工要素，特別要正確計算主梁的軸線坐標，同時計算中要計入豎曲線的影響。由于沒有高效的調(diào)整措施，必需合理制定施工步驟，使每個步驟的變形量減小，這樣即使某個施工步驟產(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例橋梁概略87+4X+87米六跨延續(xù)梁橋寬：27米截面：單箱單室大懸臂箱梁橫隔板：只在墩頂設二道橫隔板墩高：27~34米支座：大噸位盆式橡膠支座肇慶大橋施工控制實例控制思緒自順應控制參數(shù)選擇