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編者按：本文主要闡述了混凝土連續梁施工撓度監控施工的方法,分析了施工監控內容大跨橋梁施工控制是一項系統工程,預拱度設置線形調整和線形監控,施工中較容易出現的誤差的調整方法,采用自適應控制法對橋梁進行施工控制確保施工安全.

【摘要】預應力混凝土連續梁橋采用懸臂澆注法施工，施工中存在難以避免的誤差，需要進行橋梁施工監測與控制。以大跨度變截面預應力混凝土連續箱梁橋為背景，介紹了預應力混凝土連續梁橋施工監控的目的、內容、施工監控細則和施工誤差調整策略，為大跨度預應力連續梁橋的安全施工和合理成橋狀態提供技術指導依據。

【關鍵詞】預應力混凝土連續梁，施工監控，應力監控，撓度監控

變截面預應力混凝土連續箱梁橋作為一種結構剛度大、跨越能力大的橋型，在橋梁建設中具有廣泛的發展前景。連續梁的分段懸臂澆筑法是目前國內外大跨徑預應力混凝土橋梁的主要施工方法，但在施工過程中的諸多因素（如:混凝土彈性模量，澆筑主梁混凝土超方量及單T兩側重量不平衡，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時荷載，掛籃的變形特征，結構體系轉換和合龍等）都會影響橋梁結構線形及內力方面與設計出現偏差。當上述因素與設計不符，而且不能及時識別引起控制目標偏離的真正原因時，必然導致在以后階段的懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差積累。因此，需要對掛籃懸臂澆筑施工過程進行監控，制定有效合理的施工監控方案一方面可確保橋梁結構在施工及成橋后受力合理，以使得橋梁結構的成橋線形達到設計狀態和要求；另一方面可確保懸臂澆筑施工過程中結構的穩定和安全，以使得整個施工過程安全順利的進行。

1.工程概況某主線橋平面位于R=700m圓曲線上，主橋采用45m+2×80m+45m四跨變截面預應力混凝土連續箱梁結構，上部箱梁采用單箱雙室截面，變高梁段箱梁底板上下緣均為1.8次拋物線。箱梁頂寬16.5m，底寬9.1m，根部梁高4.8m，跨中2.3m，腹板厚40～60cm，墩頂處箱梁頂板厚60cm，其余處箱梁頂板厚28cm，底板為25～55cm，采用掛籃懸臂澆筑法施工。

2.施工監控內容大跨橋梁施工控制是一項系統工程，具體而言就是對橋梁上部結構懸臂澆注施工的過程進行應力、變形及穩定性等的監測與控制，其施工監控工作具體包括：

（1）對橋梁設計的進一步分析復核，確保橋梁施工過程及成橋狀態的受力與變形符合現行規范要求；

（2）在上部結構正式施工前，對施工組織進行詳細審查，對施工方案的安全性進行分析，特別是對掛籃懸澆、施工支架及墩梁固結設施等的復核與安全性分析；

（3）大跨度橋梁的施工均采用分階段逐步完成的施工方法，為達到成橋的線形和受力狀態，需確定與設計成橋狀態相應的合理施工初始狀態。

（4）對施工過程的結構變形、應力及穩定性進行監測，確保施工過程結構受力及幾何形態處于受控狀態。

3.施工監控細則

3.1橋梁結構復核。對掛籃懸臂澆注施工的預應力混凝土連續箱梁結構，需要進行以下幾個方面的基礎性分析計算，以確保施工過程安全及施工控制參數的準確性。公務員之家

（1）施工過程結構應力驗算；

（2）成橋正常使用狀態下結構應力及變形驗算；

（3）成橋極限承載狀態下結構強度驗算；

（4）施工過程橋梁變形分析，以確定設計預拱度。

3.2預拱度設置。對于懸臂澆注施工的預應力混凝土橋梁，其線形調整主要是通過設置合理的預拱度來實現的。因此，線形控制的關鍵在于分析預拱度的組成以及確定各組成的取值。預拱度控制主梁懸澆段的各節段立模標高可按下式確定:Hi=H0+fi+f掛籃+1/2fp（1）

式中:Hi——待澆筑段主梁底板前端立模標高；H0——該點設計標高；fi——該施工階段及以后各施工階段對該點撓度影響值，該值包括恒載、移動荷載、徐變、體系轉化、預加應力等影響；f掛籃——本節段的掛籃變形值，由加載試驗提供；fp——活載作用下產生的撓度。上述各參數在有限元分析基礎上，根據實測信息，對計算預拱度進行調整和預測，確定最佳預拱度［2,3］。

3.3線形監控。通過對懸臂澆筑掛籃變形及主梁線形進行監測，可以掌握懸臂澆筑掛籃體系的變形情況，從變形上來判斷掛籃結構的工作性能及安全狀況；可檢查施工好的混凝土主梁的線形同設計目標線形間的差異情況；還可積累混凝土梁施工過程中懸臂澆筑掛籃的變形資料和混凝土主梁的變形資料，為下階段主梁預拱度的設置提供參考，為線形控制服務。因此需進行的監測項目主要包括：掛籃結構、混凝土主梁標高、混凝土主梁中線。

3.3.1線形測點布置及方法。為進行線形監測與控制，需要選擇合適的測量控制點，并在模板、混凝土梁段及掛籃的關鍵位置設置觀測點。采用幾何水準方法（水準儀＋水準尺）對懸臂澆筑過程各測點的變形情況進行監測，根據標高的變化情況，來推算掛籃和混凝土主梁的變形。測量時應避開溫差較大的時段。懸臂澆注正式施工前，應首先確定統一的變形監測網，變形監測基準點埋設在穩定的地方。根據地面基準點，再將基準點引至每一墩頂箱梁0號塊底板與頂板。底板作為立模高程控制點，頂板作為撓度監測工作點，并做好明顯的紅色標識。懸臂澆注施工過程中，一般在底模板前端選3個特征位置，以控制施工立模誤差。為了進行懸臂澆筑掛籃在混凝土自重作用下的變形測量，需要對主桁架、底籃及行走滑道的標高進行測量。在主桁架前吊桿上錨固位置、底籃前吊桿下錨固位置及行走滑道的前、中、后位置布置變形測點，橫向與兩主桁架的位置相對應。對于各施工節段，沿縱向，在各施工節段懸臂前端及0號塊中間、前端設置測點；沿橫向，在腹板頂板相交處、頂板中部設置測點。各測點采用約30cm長的短鋼筋，要求鋼筋頭露出澆注好的橋面約2～3cm，并要求將露出橋面部分均用油漆涂成紅色并編號。懸臂澆筑掛籃施工混凝土橋梁的線形如圖2所示。圖2懸澆施工混凝土主梁線形測點布置示意圖

3.3.2線形測量工況。在采用掛籃進行各孔懸澆施工時，從線形控制的角度出發，共設置了如下的測量工況

(1)立模后；(2)鋼筋綁扎后；(3)混凝土澆筑后；(4)預應力張拉前；(5)預應力張拉后；(6)脫模后；(7)掛籃行走后。

3.4主梁截面應力監測。為了掌握掛籃懸臂澆筑施工混凝土箱梁的應力隨施工過程的變化情況及確保混凝土箱梁受力的安全性和合理性，有必要對掛籃懸臂澆筑施工混凝土箱梁的應力進行監測與控制。

3.4.1應力監測方法。采用鋼弦式應力計對混凝土橋梁結構的應力進行測試，通過測量測點應變換算應力值。對于鋼弦式應力計，是利用傳感器內腔中鋼弦頻率的變化來反映被測物體的應變。鋼弦式應力計的輸出信號為鋼弦的振動頻率，其與應變的關系如式（2）。f=12lσρ=12lEgερ（2）對于混凝土結構，采用鋼弦式應力計測得的是總應變，其包括了非應力應變成分，要得到被測位置的真實應力，必須準確扣除非應力應變。而非應力應變又因測量對象及測量位置的不同而異。其應力測量的計算公式如下：σ=E(εT-εu)（3）

式中：σ——荷載作用下被測結構測點的應力；E——被測結構材料的彈性模量；εT——應力計直接測得的應變；εu——各非應力應變成分的總和。對于埋入混凝土中與粘貼在混凝土表面的應力計而言，的組成可分別由表達式（4）、（5）給出：εu=εc+εs+εt=εc+εs+αΔt（4）εu=εtαΔt（5）

式中：εt——溫度變化引起的材料變形量；α——鋼材的線膨脹系數；Δt——溫度變化量；εc、εs——分別為混凝土徐變和收縮引起的非應力應變成分。在采用鋼弦式儀器進行結構的應力測試中，需要特別注意的是溫度對測試結果的影響，在應力計算時須將溫變引起的自由應變予以扣除。因此，從溫度對鋼弦式儀器進行應力測試影響的角度考慮，每個鋼弦式應力計都必須配置一個溫度傳感器。對于采用埋入鋼弦式應力計進行混凝土結構應力測量，其測量精度還受到混凝土徐變和收縮引起的非應力應變成分等的影響，須采取相應措施對該非應力應變成分進行剔除，目前通常是在應力計附近埋置無應力計進行應力補償。本應力監測將在目前測試技術基礎上，通過增加測量次數，即在各關鍵工況前后分別測量應變值，通過計算增量的方法減少混凝土收縮、徐變對應力測試真值的影響。

3.4.2應力測點布置。為了掌握橋梁結構在施工過程中的實際應力狀態，須對主梁的關鍵受力截面進行應力監測。對于主梁，一般選擇懸臂根部、1/4L、1/2L處截面作為應力監測截面。其中，主梁懸臂根部截面是施工過程應力監測的重點截面，必不可少。從技術、經濟角度考慮，選擇其中的一個T構，對懸臂根部、1/4L、1/2L處截面進行全面的應力監測，對其它T構關鍵截面選取應力較大測點進行應力監測。應力測試截面測點布置如圖3所示。

3.4.3應力測試工況在施工過程中選擇各節段混凝土澆筑完畢、預應力張拉完畢、掛籃前移到位以及各合攏段澆筑前后、合攏段預應力張拉后、上二期荷載前后等作為應力測試工況。同時要求每隔一段時間定期測量（半年內每兩月一次，半年到一年之間3個月一次）。應力測試工作最好在溫度較為恒定時進行，同時須進行溫度的測試。

3.5主梁溫度監測。溫度是影響主梁撓度的最主要因素之一，溫度變化包括日溫度變化和季節變化兩部分，日溫度變化比較復雜，尤其是日照作用，季節溫差對主梁的撓度影響比較簡單，其變化是均勻的。因此為了摸清箱梁截面內外溫差和溫度在截面上的分布情況，在梁體上布置溫度觀測點進行觀測，以獲得準確的溫度變化規律。

3.5.1測量方法。采用經封裝的熱敏電阻作為監測傳感器，用自動采集單元進行溫度場測試數據采集，采樣間隔將依據溫度場的變化速率進行設置。如對混凝土水化熱的測量，可按15分鐘采樣一次，而對混凝土結構大氣溫度效應的測量可半小時一次。

3.5.2溫度測點布置。該橋主梁截面形式為單箱雙室，其施工過程及成橋運營期間的溫度效應往往較為明顯，對結構的受力和變形影響較大，從把握結構受力及控制橋梁線形的角度，有必要選取一典型主梁截面（d-d）布設溫度傳感器，用自動采集單元進行主梁溫度場的監測，其測點布置如圖4所示。為了保證測量結果的可靠性，在相應位置設置一輔助測試截面（a-a），其測點布置與主測試截面相同，即共設置兩個溫度場測試截面，每個截面布置35個溫度測點。

3.6施工誤差調整策略

3.6.1施工監控方法。大跨度橋梁的施工均采用分階段逐步完成的施工方法，在主梁各節段施工過程中，結構的實際狀態并不總是與其理想吻合。橋梁結構的實際施工狀態與理想施工狀態總是存在著一定的誤差，即理論預測存在誤差。橋梁施工控制的主要目的是使施工實際狀態最大限度地與理想設計狀態相吻合。要實現實際與預測相吻合，就必須全面了解可能使施工狀態偏離理論設計狀態的所有因素，以便對施工過程進行有效控制。自適應施工控制方法是目前最常用、最先進的施工控制方法。自適應控制是在反饋控制的基礎上，加上一個誤差識別過程。當結構的實測狀態與理論狀態不相符時，分析誤差產生的原因，根據該原因重新調整計算，使模型的輸出結果與實測結果相一致。自適應控制是一個預告-施工-量測-計算-參數識別-分析-修正-預告的循環過程。即在施工過程中，比較結構測量的受力狀態與模型計算結果，依據兩者的誤差進行參數調整（識別），使模型的輸出結果與實際測量的結果相一致。利用修正的計算模型參數，重新計算各施工階段的理想狀態，按反饋控制方法對結構進行控制。這樣，經過幾個工況的反復識別后，計算模型就基本上與實際結構相一致了，在此基礎上可以對施工狀態進行更好的控制。

3.6.2施工誤差調整。引起理論預測誤差的原因是多方面的，歸納起來主要有以下幾個方面：結構參數誤差、施工誤差、施工監測誤差、結構分析模型誤差及溫度變化不一致等。結構參數是施工控制中進行結構施工模擬分析的基本資料，它主要包括構件截面尺寸、材料彈性模量、容重、收縮徐變系數、熱膨脹系數、施工荷載、預加應力等［4］，其正確性直接影響分析的結果。實際研究表明，模型誤差及設計參數誤差是引起大跨度橋梁施工控制的誤差主要因素之一。基于自適應的控制方法，對大跨度預應力混凝土橋梁懸澆施工過程中的預測誤差調整，采取如下策略：

(1)采用準確模型進行施工過程的模擬仿真分析，以盡量較小模型誤差；

(2)比較實測值與理論預測值，若兩種誤差在允許范圍內，則按原預測值繼續下一節段的施工，否則進行第(3)步工作；

(3)進一步分析誤差的原因，特別對實際的設計參數進行識別，采用較為準確的設計參數進行結構分析，據此確定下一節段的立模標高等施工參數，對今后的施工狀態進行預測。

4.結語施工監控在大跨度預應力混凝土連續梁橋的建設中是必須的，是一項技術系統工程，施工監控的項目組織應和項目的施工組織計劃協同制定，在充分分析設計數據的基礎上，科學合理地制定監控方案，采用自適應控制法對橋梁進行施工控制，以確保施工過程中的安全，同時保證成橋后各構件的線形和內力狀態符合設計要求。

參考文獻

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［2］王照臨.現代控制理論基礎［M］.北京:國防工業出版社,1998,11-23.

［3］石德斌,程浪舟,朱文清.大跨度變截面預應力混凝土連續梁橋施工監控［J］.鐵道標準設計,2006(2):51-53.

［4］向中富.橋梁施工控制技術［M］.北京：人民交通出版社,2001,28-29.［文章編號］1619-2737（2010）02-23-15