橋梁的結(jié)構(gòu)施工與力學(xué)論文.doc

結(jié)構(gòu)施工與力學(xué)纜索吊裝的最佳吊點橋梁工程施工中，當(dāng)上部構(gòu)件（如梁節(jié)段或拱肋等）需跨越深水、深谷、通航河道或者限于工期必須在洪汛期內(nèi)架設(shè)時，常采用無支架施工，其中更多采用纜索分段吊裝。預(yù)制構(gòu)件在吊移、擱置和拼裝過程中，構(gòu)件的受力狀態(tài)往往與成橋使用狀態(tài)不同，構(gòu)件的吊點（吊環(huán)）位置與數(shù)量，應(yīng)在設(shè)計中確定或在施工前驗算。梁段和拱肋通常采用兩點吊，當(dāng)構(gòu)件分段或曲率較大時，宜采用四點吊（圖18.1.1）。最佳吊點位置主要按構(gòu)件吊運時的穩(wěn)定與合理受力來確定，盡管有時還需要綜合各種次要因素的影響。這里，以最大拉應(yīng)力為控制目標(biāo)，選擇纜索吊裝中的最佳吊點，得出等截面四吊點的位置。對于兩點吊和四點吊的變截面構(gòu)件超靜定問題，用尋優(yōu)迭代的方法和總和試算法19，可得出吊點的變化規(guī)律和實用的計算結(jié)果。圖18.1.1 剛架拱橋吊裝分段構(gòu)件均近似按直梁驗算。當(dāng)構(gòu)件截面上下配置相等鋼筋并采用兩吊點時，構(gòu)件受力特點如雙伸臂簡支梁，吊點宜對稱布置，控制目標(biāo)為兩吊點處最大負(fù)彎矩M1與跨中最大正彎矩M2絕對值相等（亦即最大拉應(yīng)力相等），由此可解得x=0.207L（L為拱肋構(gòu)件長度）?？紤]斜索產(chǎn)生偏心拉壓、上下緣配筋數(shù)量、端頭接口及彎拱肋重心位置等因素后，實際吊點位置選在距拱肋端0.22L左右（L為拱肋構(gòu)件長度）。當(dāng)橋梁跨徑大，吊裝設(shè)備噸位許可時，可按較長的分段預(yù)制拱肋（特別是拱頂段），以減少空中操作；當(dāng)拱段曲率較大時，也采用四點吊，并使用轉(zhuǎn)向滑輪。四吊點構(gòu)件受力是超靜定問題利用對稱性取半結(jié)構(gòu)后，按一次超靜定梁分析選如圖18.1.2所示的基本體系，多余未知力X1即為構(gòu)件中部的正彎矩M1，力法方程為11X1+1P =0 。設(shè)外側(cè)吊點距桿端為x，考慮施工方便，一般取內(nèi)外側(cè)吊點間距為0.2L（小于0.27L時，其跨間彎矩均較?。┯脠D乘法計算主系數(shù)11和自由項1P后，可求得 。圖18.1.2 基本體系簡化若以為控制目標(biāo)，則不必解超靜定。由,直接解得：x = 0.124L。為適應(yīng)內(nèi)力的變化，連續(xù)梁、伸臂梁以及桁架拱和剛架拱的拱頂實腹段，經(jīng)常采用縱向變截面，截面變化規(guī)律多為直線或二次拋物線，并常用兩點吊或四點吊。變截面構(gòu)件吊點的確定，即使是兩點吊，也是一個超靜定問題，這里，最優(yōu)控制目標(biāo)是使吊點截面及跨內(nèi)截面上下緣的最大拉應(yīng)力盡可能小且均等。這對于少筋混凝土構(gòu)件尤為重要。以拋物線變截面構(gòu)件兩點吊為例（圖18.1.3），取厚度B=1，容重=1計算。圖18.1.3 變截面構(gòu)件兩點吊重心位置： 控制截面彎矩：， .其中： 對于少筋或素混凝土，抗彎截面模量：優(yōu)化目標(biāo)：，即這里，中段最大彎矩用中截面彎矩代替，以避免逐次求彎矩極值，誤差不大于2% 。為了計算穩(wěn)定和易于控制計算精度，在輸入L，H，h常數(shù)后，作無量綱處理，H=0即為等截面情況。用合理的步長在計算機上試算a，b值。首先在00.5L或更小的給定區(qū)間內(nèi)，取a初值并計算1，用0.618法逐次迭代，縮短區(qū)間；每取一個a值，就該以2=3為目標(biāo)，用進退法尋找合適的b值，并以1-3（為給定精度）控制迭代，以盡可能少的迭代次數(shù)求得符合滿意精度的兩個吊點位置后，再由重心位置確定兩根纜索的豎向索力分量。對于變截面構(gòu)件，無法同時滿足兩吊索的索力相等。確定變截面構(gòu)件四點吊的最佳吊點，應(yīng)以合理的截面應(yīng)力（若干吊點截面和構(gòu)件薄弱及敏感截面）為控制目標(biāo)。拱頂實腹段的吊裝常用四點吊，用總和法試算能得到滿足工程精度的結(jié)果20。圖18.1.4 剛架拱實腹段四點吊雙人字扒桿吊裝與膺架橫移某高架橋除了第一聯(lián)5孔為掛籃懸澆變截面箱梁外，其余15孔均為膺架現(xiàn)澆等截面箱梁，長615m（墩間凈距41m）,橋面寬32m，分左右幅（單向橋面寬為15.75m,中間留有0.5m空隙），墩高達(dá)40余米。該橋位于閩江口，風(fēng)大且淤泥軟土層厚，因此選擇全跨度桁架法施工?，F(xiàn)澆膺架利用高墩和現(xiàn)有簡易拆裝梁構(gòu)件作縱梁，拆裝梁每組重60t，在寬僅1.8m的高墩頂上吊裝和安裝是件相當(dāng)困難的事，塔式起重機或汽車吊等起重機械均無能為力，最后卻由簡單的雙人字扒桿來完成，靠的就是力學(xué)原理和起重工的經(jīng)驗。所謂雙人字扒桿吊裝設(shè)備是在墩頂裝兩副相同的人字扒桿，底座均錨固于墩中心（圖18.2.1）。在受力上，起重桿稱主桿，另一固定桿稱副桿，安裝一次可主、副桿互換來吊裝前后兩孔拆裝梁。兩扒桿頂部用滑輪組變幅時，能使主桿轉(zhuǎn)動以改變主桿仰角，達(dá)到使梁少許縱移的目的，不僅操作方便，也易于協(xié)調(diào)。 圖18.2.1 雙人字扒桿簡易設(shè)備 圖18.2.2 膺架體系整體橫移工藝雙人字扒桿兩腿高度和夾角根據(jù)拆裝梁的尺寸和起吊時高端進入墩頂長度而確定，副桿仰角按主桿最小和最大仰角（4575）之平均值設(shè)定。扒桿底座只要順橋方向前后卡在墩頂就能固定。扒桿結(jié)構(gòu)的受力情況較為復(fù)雜，通常假定扒桿的節(jié)點鉸接，扒桿的綁扎緊密，除了求長細(xì)比時乘以松弛系數(shù)1.1以外，不考慮其它影響；計算中只考慮風(fēng)纜自重對扒桿產(chǎn)生的軸壓力。作為一般空間力系分析，桿頂軸要承受起吊滑輪和前變幅滑輪的力，副桿頂軸要承受后錨固繩和后變幅滑輪的力，即頂軸要承受兩個力的組合。雙人字扒桿對墩頂?shù)淖饔昧ΠㄘQ直壓力和水平推力。副桿后錨固繩錨固在相鄰墩底承臺上，比錨固在相鄰墩頂，可獲得更大的副桿軸壓力，從而對墩頂?shù)鬃a(chǎn)生更大的反向水平分力，抵消主桿在最不利情況下產(chǎn)生水平力的35%左右，故雙人字扒桿在減小墩頂水平力方面極為有利。由于高架橋墩高，墩頂扒桿底座較小的水平力就會對墩底產(chǎn)生很大的彎矩，而橋墩厚度只有1.8m，順橋向承受彎矩的能力較弱，故需仔細(xì)驗算扒桿水平力對墩身產(chǎn)生的彎矩以及橋墩本身的抗彎能力。雙人字扒桿直接在運梁小車上起吊時，主桿單腿受力，故設(shè)計時以主桿單腿受力且仰角45為最不利工況。由于只有提升、變幅兩個步驟，因此吊裝較平穩(wěn)、安全；每個墩頂只需安裝一次，就可吊裝前后兩孔，投入少、效率高。高速公路高架橋分左右幅單向橋，在施工中先右幅、后左幅現(xiàn)澆箱梁。如果使膺架在右幅澆筑完成后，縱梁不落地，澆左幅時也不必重新吊裝，而是在高空中橫移到位，則大大提高施工效率。實際上，如果將支承于托架上的橫向桁架梁連成整體，使之成為兩端伸臂多點支承的的連續(xù)桁梁。作出跨中（左右兩墩間）節(jié)點位移和弦桿內(nèi)力影響線。橫移時，膺架連同橫楞和部分模架、模板原樣不動（重約200t），只需將右幅的兩組膺架縱梁暫時連成整體，作為移動荷載從右向左橫移。只要橫向桁架強度、剛度允許，在上弦頂上鋪設(shè)滑槽，同時給縱梁支座安裝上滑板，然后下落縱梁，使滑板落到滑槽內(nèi)就可以實現(xiàn)橫移。若滑槽鋪四氟乙烯板，滑板表面焊不銹鋼板，兩者間摩阻系數(shù)為0.06，每端牽引力約6.0t，故每端用一臺10t的鏈滑車，由人工倒鏈牽引。若槽內(nèi)用油脂潤滑，鋼對鋼的摩阻系數(shù)為0.12 ，則每端牽引力約12t,宜用卷揚機牽引。橫移時要適當(dāng)考慮高空風(fēng)荷載的作用。應(yīng)用力學(xué)原理可實現(xiàn)簡易設(shè)備吊大梁，并創(chuàng)造膺架、模具整體橫移新工藝。由于整體橫移簡化工序、節(jié)省工日，提高膺架的完好率和增加周轉(zhuǎn)次數(shù)，不僅有利于施工安全，還取得明顯的經(jīng)濟效益。利用廢橋現(xiàn)澆箱形拱舊橋改建或重建時往往要考慮舊橋的拆除或新橋位的選定，并確定橋型及其施工方案。深入研究施工中的結(jié)構(gòu)力學(xué)問題，優(yōu)化施工方案，不僅保證工程順利進展，還能取很好的經(jīng)濟效益。曾有一座舊橋位于新建電站庫區(qū)，為五跨石拱橋，竣工跨徑分別為15.3m，15.2m，215.1m和14.8m，凈矢跨比為1/5，拱圈厚度為60cm，橋面總寬為5m，兩側(cè)設(shè)安全帶。該橋局部拱圈開裂，北岸橋臺及第一個墩有局部沉降，橋面頂標(biāo)高約為66.3m。由于設(shè)計洄水位標(biāo)高達(dá)65m，已接近拱圈頂部，洪水季節(jié)橋面漫水，使舊橋無法正常使用，且存在安全隱患，需重建一座新橋。根據(jù)初勘選定的幾個橋位的地質(zhì)鉆探和河床斷面測量,不是發(fā)現(xiàn)斷裂帶就是必須采用深基礎(chǔ)，只有舊橋原橋位地質(zhì)狀況最好，有淺埋的中風(fēng)化基巖，而且河床窄，橋跨最短。幾經(jīng)比選后，提出在舊橋位重建新橋的設(shè)計方案。新橋橋面高，新橋臺就選在舊橋臺之后，采用淺挖施工，無需拆除舊橋，工程量較小。由于庫區(qū)河床水深，推薦橋型方案選擇單跨過河的大跨徑空腹式鋼筋混凝土箱形拱橋（圖18.3.1），確定主拱凈跨徑為115m，凈矢跨比f0/L0=1/7，下部構(gòu)造橋臺基礎(chǔ)為明挖階梯形擴大基礎(chǔ)，實體式橋臺基礎(chǔ)座落在巖層上。原設(shè)計采用纜索吊裝施工方案，分五段合龍?？疾飕F(xiàn)場，北岸橋頭地勢陡峭，施工場地狹窄，南岸則需拆遷樓房，不便設(shè)備進場和架立索塔。纜索吊裝對施工條件和能力要求較高，該橋可用預(yù)制場距離又較遠(yuǎn)，要鋪設(shè)從預(yù)制場到南岸橋頭的專供平板車行駛的近百米臨時車道，除耗資太大外，長25m、重60t的箱拱構(gòu)件段裝卸、運輸、翻身、起吊也有難度。吊裝施工方案不得不擱淺。架設(shè)拱架現(xiàn)澆施工的方案又因河床水深、支架不穩(wěn)定不敢貿(mào)然實施。如果舊橋能夠承受大跨度混凝土箱拱的恒載和施工活載，就可在舊橋面上搭設(shè)拱架，利用位于同一軸線上的舊橋現(xiàn)澆新橋。 圖18.3.1 橋上橋施工方案 圖18.3.2 現(xiàn)澆箱形拱經(jīng)過對開裂拱圈處局部水箱加載試驗證明其承載能力和結(jié)構(gòu)分析后，提出在舊橋上分片分階段現(xiàn)澆新拱橋的施工方案，即先縱向?qū)ΨQ澆筑中箱底板，并使箱拱底板先行合龍，達(dá)到強度后形成薄圈板拱；再在底板上安裝預(yù)制的腹板、支模澆筑頂板構(gòu)成合龍的中箱拱圈。依此施工程序，從中箱對稱擴展到邊箱。待箱拱拱圈整體成形后（圖18.3.2），再安裝拱上建筑構(gòu)件，澆注橋面。實際上，由拱架立柱傳給舊橋面的分布荷載很小。在底板成拱前，橋面承受拱架自重以及由拱架傳遞的單箱底板的恒載和部分施工活載；底板選擇較低氣溫時合龍，生成強度后，產(chǎn)生對拱架的部分卸載。隨著腹板的安裝和合龍，以及底板的軸向彈性變形和徐變收縮，拱架又呈現(xiàn)承載和部分卸載的變化。在頂板澆筑成形后，單箱拱圈生成。隨著邊箱的施工和拱架的壓縮變形，先成形的箱型拱圈對拱架逐漸卸載。由于分階段成拱，集零為整減輕了舊橋承載。此外，舊拱橋在拱架分布荷載下的壓力線比水箱荷載壓力線更接近于舊橋拱軸線，因而也更能發(fā)揮石拱橋的承載能力。工程實踐證明，這是一個成功的施工方案。懸臂施工及其控制無支架的纜索吊裝和懸臂施工 19世紀(jì)中期以前，各種橋梁都采用有支架的施工方法拼裝鋼梁或澆筑混凝土主梁，整個施工過程主梁均處于無應(yīng)力狀態(tài)。19世紀(jì)中期，懸臂鋼桁梁的出現(xiàn)解決了當(dāng)時設(shè)計與施工上的難題。懸臂桁梁的施工應(yīng)力與營運應(yīng)力的一致，給懸臂施工（無支架施工）方法提供了科學(xué)依據(jù)，使該法被廣泛采用。100多年來，纜索吊機成為主要吊裝工具，成功地應(yīng)用于梁橋的無支架施工中。采用多段吊裝和扣索臨時扣掛拱段來安裝主拱圈，也使無支架吊裝拱橋的施工方法日益完善。20世紀(jì)60年代，橋梁懸臂施工從鋼橋推廣到預(yù)應(yīng)力混凝土橋，為預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、拱橋和斜拉橋等大跨度橋梁的發(fā)展提供了有力的施工技術(shù)保障，開創(chuàng)了現(xiàn)代大跨度橋梁發(fā)展的新時代。懸臂施工通常分為懸臂澆筑和懸臂拼裝兩類21。它們都是利用已建成的橋墩，從墩頂開始沿橋跨方向逐段對稱（或不對稱）懸出接長、然后合龍的施工方法。兩類懸臂施工成橋后的受力及結(jié)構(gòu)行為基本相同，主要區(qū)別在于施工階段的內(nèi)力與變形不同。懸臂澆筑是用掛籃就地分段（一般38m，懸臂伸展部分，節(jié)段適當(dāng)加長）現(xiàn)澆（圖18.4.1），待每段混凝土養(yǎng)護并張拉預(yù)應(yīng)力后再將掛籃前移，以備澆筑下一節(jié)段之用。懸臂澆筑時，梁體鋼筋連續(xù)性好，混凝土整體性也較好。懸臂拼裝是用已制造好的鋼梁桿件或預(yù)制好的預(yù)應(yīng)力梁節(jié)段（一般為25m），用懸拼吊機懸吊于上部結(jié)構(gòu)上（圖18.4.2），將桿件或節(jié)段梁逐一牢固拼裝，形成向橋跨中逐漸增大的懸臂，直至跨中合龍或拼至下一個墩臺上去。隨著梁段增加即懸臂長度的增長，梁內(nèi)出現(xiàn)的負(fù)彎矩也不斷增大，因此對于混凝土橋必須在梁段上緣施加預(yù)應(yīng)力，使已完成的梁段連成整體。采用預(yù)制梁段拼裝的施工速度比現(xiàn)澆快得多，而且梁段質(zhì)量容易得到保證，對建造重復(fù)性高架長橋較經(jīng)濟。但從施工變形控制及穩(wěn)定性安全考慮，懸臂拼裝則較難控制，如果相鄰截面中因彈性變形、徐變和收縮引起的撓度不協(xié)調(diào)，容易發(fā)生梁體上翹及過大的二次彎矩值。而懸臂澆筑通過逐節(jié)段調(diào)整掛籃標(biāo)高容易控制施工中的變形。 圖18.4.1 懸臂澆筑懸臂施工使梁跨中正彎矩轉(zhuǎn)移為支點處的負(fù)彎矩，大大提高了橋梁的跨越能力。該法工序較為簡單，施工設(shè)備較少；多孔橋可平行作業(yè)，施工工期短；是適用于深水、峽谷和有通航要求的河段及大跨、高墩橋梁的最佳施工方案。早期曾應(yīng)用于T型剛構(gòu)橋，后來又被推廣應(yīng)用于懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋和拱橋等無支架施工。這些橋型采用懸臂施工時，一般存在施工過程受力體系轉(zhuǎn)換問題，因此應(yīng)在施工中及時調(diào)整所施加的預(yù)應(yīng)力來適應(yīng)這一轉(zhuǎn)換，并消除因體系轉(zhuǎn)換及其它因素引起的次內(nèi)力。 圖18.4.2 懸臂拼裝結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換與內(nèi)力調(diào)整 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)或桁式組合拱橋，除滿堂支架施工外，采用其它施工方法都面臨著體系轉(zhuǎn)換這一共同問題。尤其是采用懸臂澆筑或懸臂拼裝的多跨大跨度連續(xù)結(jié)構(gòu)，都經(jīng)歷最初的靜定懸臂剛構(gòu)狀態(tài)，然后分階段合龍為單跨（或多跨）的固端梁、伸臂梁或臨時連續(xù)剛構(gòu)等不同體系，最后才合龍為成橋狀態(tài)的連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)或桁架拱等超靜定結(jié)構(gòu)。在體系轉(zhuǎn)換中，除了要計算因施工程序不同、荷載不同而產(chǎn)生的不同施工內(nèi)力外，還應(yīng)計及各項次內(nèi)力，包括施工過程中由于張拉預(yù)應(yīng)力筋引起的次應(yīng)力和由于溫度變化、混凝土徐變、收縮等因素所產(chǎn)生的次內(nèi)力10。為了承受施工階段的內(nèi)力，懸臂上的預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)分批分期張拉。當(dāng)按順序合龍橋梁形成體系轉(zhuǎn)換時，在合龍梁段上要張拉連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼束，這些連續(xù)束的張拉是在超靜定體系上進行的，勢必產(chǎn)生由預(yù)加力引起的次內(nèi)力。計算預(yù)加力的次內(nèi)力的一般方法是：選定結(jié)構(gòu)的基本體系，計算出預(yù)加力對基本體系的彎矩，即初預(yù)矩（靜定力矩）；然后用力法求解結(jié)構(gòu)在預(yù)加力作用下的贅余力，即所謂“二次內(nèi)力矩”。初預(yù)矩和二次內(nèi)力矩之和即為預(yù)加力對結(jié)構(gòu)的綜合力矩。但實際懸臂施工的橋梁都為變截面，而且存在多次體系轉(zhuǎn)換，加上鋼束的預(yù)加力沿程分布的變化，計算相當(dāng)復(fù)雜，需求助于計算機的編程計算。通常采用等效荷載法，將混凝土與鋼束分開來考慮。鋼束對混凝土的作用用一組力來代替，求得等效荷載后，把它當(dāng)作外力，寫出荷載列陣，用矩陣位移法求解。最后求得的是預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的總效應(yīng)，包括初內(nèi)力和次內(nèi)力。當(dāng)橋梁施工依次合龍，結(jié)構(gòu)體系由靜定變?yōu)槌o定受力，合龍時的溫差也會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度變化的次內(nèi)力?；炷磷陨聿牧鲜湛s、徐變的特性，也導(dǎo)致體系轉(zhuǎn)換后次內(nèi)力的產(chǎn)生?；炷潦┕み^程的徐變分析，也是一項復(fù)雜的力學(xué)計算，程序設(shè)計采用增量理論，其中徐變系數(shù)的計算是關(guān)鍵，涉及徐變變化規(guī)律，多采用狄辛格法?？傊?，選擇體系轉(zhuǎn)換次序時，應(yīng)該使最終的連續(xù)梁（或剛構(gòu)）體系的恒載內(nèi)力分布合理，同時還應(yīng)盡可能地縮小各項次內(nèi)力的不利影響。在懸臂施工的連續(xù)梁中，各項次內(nèi)力常使跨中區(qū)段的正彎矩值有較大幅度的變化。在懸臂施工過程中，橋梁的靜力平衡體系不斷變化，結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重分布后的最終狀態(tài)經(jīng)常不同于最優(yōu)設(shè)計分布應(yīng)力，有時需要調(diào)整橋梁內(nèi)力。常用的方法有：用千斤頂在墩梁間調(diào)整支座的相對高度；中跨設(shè)臨時鉸，在結(jié)構(gòu)完工后被封閉在結(jié)構(gòu)中。這樣可在臨時鉸區(qū)創(chuàng)造一個主動推力，加于梁部產(chǎn)生補償和調(diào)整的效果。錢塘江二橋（18跨一聯(lián)的連續(xù)梁橋）體系轉(zhuǎn)換的特點是將相鄰兩個墩上的“T構(gòu)”先合龍成“構(gòu)”，然后由中間固定墩按先近后遠(yuǎn)的原則對稱順序向兩岸進行“構(gòu)”之間的合龍，將施工誤差盡量移至岸邊處理?！昂喼мD(zhuǎn)連續(xù)”是目前中、小跨徑連續(xù)梁橋施工中較為常見的一種方法?！跋群喼Ш筮B續(xù)”是預(yù)制時按預(yù)制簡支梁的受力狀態(tài)進行第一次預(yù)應(yīng)力筋（正彎矩筋）的張拉錨固，安裝完成后經(jīng)調(diào)整位置、澆筑墩頂接頭處混凝土、更換支座，進行第二次預(yù)應(yīng)力筋（負(fù)彎矩筋）的張拉錨固，進而完成一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的施工。所謂“準(zhǔn)連續(xù)梁”與上述不同的是主梁接頭采用普通鋼筋混凝土連接，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。它在恒載作用下大致呈簡支梁受力狀態(tài)，而在活載作用下卻呈現(xiàn)連續(xù)梁受力特點。不同的連續(xù)順序，各外因產(chǎn)生的次內(nèi)力還有所不同。總之，在簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換中，成橋連續(xù)梁的跨中正彎矩要比現(xiàn)澆一次落架大，而支點負(fù)彎矩要比現(xiàn)澆一次落架小。施工控制及其發(fā)展現(xiàn)狀 大跨度橋梁的施工是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的整個過程中，將受到許多確定或不確定的誤差因素（包括設(shè)計計算、材料性能、施工精度、荷載或氣溫變化等）的影響，因此施工過程應(yīng)從受影響而失真的參數(shù)中找出相對的真實值，并對施工狀態(tài)進行實時識別（監(jiān)測）、調(diào)整（糾偏）和預(yù)測。這項以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的工作，稱之為施工控制。由于在混凝土橋施工中引入了鋼橋自架設(shè)體系的施工方法（如懸臂施工方法），給橋梁結(jié)構(gòu)帶來較為復(fù)雜的內(nèi)力和位移變化，為了保證橋梁施工質(zhì)量和橋梁施工安全，對橋梁施工的控制已不可缺少。實際上，橋梁施工控制早已被人們采用，例如鋼桁梁懸臂架設(shè)時，為最終滿足設(shè)計標(biāo)高而預(yù)設(shè)拱度。但是，混凝土橋除了本身材料非勻質(zhì)和材質(zhì)特性不穩(wěn)定外，它還要受溫度、濕度、時間等因素的影響，加上采用自架設(shè)體系施工方法，各節(jié)段混凝土或各層混凝土相互影響，且這種相互影響又有差異，這些影響因素必然造成各節(jié)段或各層的內(nèi)力和位移隨著混凝土澆筑或塊件拼裝過程變化而偏離設(shè)計值，可能影響到以后各節(jié)段和合龍標(biāo)高以及全橋的線形。大型結(jié)構(gòu)的最終形成都經(jīng)歷了一個漫長而復(fù)雜的施工過程以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程。對施工過程中每個階段的變形計算和受力分析是結(jié)構(gòu)施工控制中的最基本內(nèi)容。在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制中現(xiàn)存三種模擬分析方法22。其中，正裝計算法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順序來進行結(jié)構(gòu)變形和受力分析，它能較好地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實際施工歷程，得到橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的位移和受力狀態(tài)，為橋梁施工控制提供依據(jù)。倒裝計算法則是按照橋梁結(jié)構(gòu)實際施工加載順序的逆過程來進行結(jié)構(gòu)行為分析，目的是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段理想的安裝位置（標(biāo)高）和理想的受力狀態(tài)。無應(yīng)力狀態(tài)法是以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長度和曲率不變?yōu)榛A(chǔ)，將橋梁結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)和施工各階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來，這種方法特別適應(yīng)于大跨度拱橋和懸索橋的施工控制。在預(yù)應(yīng)力混凝土梁體分段懸澆施工過程中，每節(jié)段都需要經(jīng)過移動掛籃就位、立模澆筑混凝土、完成預(yù)應(yīng)力束張拉等工序，形成若干施工循環(huán)。假定結(jié)構(gòu)受力條件和材料參數(shù)，運用結(jié)構(gòu)分析方法對施工全過程進行模擬分析，由于理想狀態(tài)與施工實際不可能完全一致，加上施工方法的變異因素，會造成實際結(jié)構(gòu)受力和位移不同于理想計算結(jié)果，并導(dǎo)致累計施工誤差。因此需要建立施工動態(tài)控制系統(tǒng)，借助測量信息反饋系統(tǒng)，對每一施工循環(huán)進行控制系統(tǒng)誤差分析，修正系統(tǒng)參數(shù)，進而對下一循環(huán)預(yù)測控制參數(shù)，如此重復(fù)循環(huán)，使系統(tǒng)參數(shù)誤差逐步消除，其后狀態(tài)控制參數(shù)更為精確，模擬分析與實際施工過程可趨于一致，從而使橋梁的分段澆筑施工最大限度滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，達(dá)到施工全過程的隨機最優(yōu)控制23。在桁式組合拱橋懸臂施工控制中，主孔預(yù)拱度的設(shè)置考慮恒載、活載和徐變撓度，為消除施工中各種因素引起的非彈性變形，各段構(gòu)件在安裝時還要增加施工預(yù)抬高度。根據(jù)徐變計算反映的規(guī)律，墩頂至斷縫區(qū)段徐變撓度小，斷縫至拱頂區(qū)段徐變撓度較大，因此相應(yīng)節(jié)段所取施工抬高值是個變量。施工中應(yīng)根據(jù)撓度觀測數(shù)據(jù)和徐變計算的結(jié)果，逐段予以調(diào)整。合龍時，兩岸桁片的高程差應(yīng)控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。懸拼施工中，結(jié)構(gòu)處于懸臂桁架體系狀態(tài)，合龍后將進行體系轉(zhuǎn)換，為了保證在體系轉(zhuǎn)換時結(jié)構(gòu)有更大的穩(wěn)定性，可采取分次放張，分次加載的方式，使結(jié)構(gòu)逐步、緩慢地由懸臂桁架體系過渡到桁架拱體系（圖18.4.3）。圖18.4.3 梁拱體系轉(zhuǎn)換施工過程中，若在內(nèi)力較大的桿件中布置監(jiān)控測點，將監(jiān)測的實際值與計算的預(yù)計值比較，及時發(fā)現(xiàn)異常問題，并停工檢查和分析原因，則可能避免類似加拿大魁北克橋施工中突然崩塌墜落事故的發(fā)生。若在建設(shè)橋梁時還預(yù)留長期觀測點，則將給橋梁終身安全監(jiān)測創(chuàng)造條件，并為橋梁運營階段的養(yǎng)護工作提供科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)，確保橋梁使用安全，避免象韓國圣水橋那樣的慘劇發(fā)生（該橋在行車高峰期突然在中跨斷塌50m，斷裂的原因是該橋長期超負(fù)荷運營，鋼桁梁螺栓和桿件疲勞破壞所致）。在這方面，剛通車的“世界第一拱”上海盧浦大橋已走在世界前列。大橋拱肋頂上的氣象儀隨時提供大橋溫度、風(fēng)速、雨量等技術(shù)參數(shù)；匝引道下安裝的感應(yīng)線圈已把日平均車流量逾6.42萬輛次的信息及時傳回中央控制室；電力、設(shè)備、交通、結(jié)構(gòu)健康等數(shù)據(jù)也都在掌握之中。橋上裝有除濕機自動除濕，保證了大橋鋼結(jié)構(gòu)的安全 。系統(tǒng)地實施橋梁施工控制的歷史并不長。20世紀(jì)80年代初，日本在修建日夜野預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋時，最早將工程控制論較系統(tǒng)地應(yīng)用到橋梁施工管理中。目前眾多發(fā)達(dá)國家已將橋梁施工控制納入施工管理工作中?？刂品椒ㄒ褟娜斯y量、分析與預(yù)報發(fā)展到自動監(jiān)測、分析與預(yù)報的計算機自動控制，已形成較完善的橋梁施工控制系統(tǒng)，如自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)等。在這方面，國內(nèi)起步較晚，20世紀(jì)80年代后，在橋梁施工中已注意到結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)整和預(yù)拱度的設(shè)置，但未引入系統(tǒng)控制概念，尚未建立起一套完善的施工組織管理系統(tǒng)和控制技術(shù)系統(tǒng)，對影響因素研究不充分，控制手段落后，預(yù)測和判斷精度不高。90年代后，人們逐漸從理論與實踐中認(rèn)識到橋梁施工控制的重要性24，除了斜拉橋之外，凡采用懸臂施工的大跨度橋梁施工控制都勢在必行。在該領(lǐng)域我國與發(fā)達(dá)國家之間的差距正在縮小。懸臂施工中橋梁的穩(wěn)定性與可靠性控制，仍是當(dāng)今橋梁建設(shè)的重點研究課題。參 考 文 獻1 陳燊，陳煥景. 樁框式橋臺設(shè)計的力學(xué)原理J. 福州大學(xué)學(xué)報，1998，（2）：81-84.2 陳燊，陳培健. 山區(qū)公路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比選優(yōu)化與變更