探討橋梁中連續(xù)鋼構(gòu)橋施工控制的方法

精品文檔-下載后可編輯探討橋梁中連續(xù)鋼構(gòu)橋施工控制的方法【摘要】文章主要從橋梁中鋼構(gòu)橋施工的控制和方法著手分析，其實際探究了結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)力，使橋梁的施工質(zhì)量處于受控狀態(tài)，并分析了其存在的重要問題，提出了合理的控制方法和相應(yīng)措施，為此連續(xù)鋼構(gòu)橋施工的控制在橋建中具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】橋梁施工；控制技術(shù)；問題分析

前言：

該橋全長1607m，由雙向四車道國道主干線和兩車道農(nóng)用道構(gòu)成。橋跨布置為20×30m+（110+180+110）m+20×30m，其中主橋主跨為180m，上構(gòu)為三跨一聯(lián)三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱型（左幅為單箱單室截面、右幅為單箱雙室截面）連續(xù)鋼構(gòu)，兩岸引橋為預(yù)應(yīng)力混凝土T型組合梁，全橋橋面連續(xù)。

1、有限元分析

1.1計算模型

控制橋梁施工段，第一次使用了有限元計算，同步設(shè)立代表組和監(jiān)測組和對照組。在有限元分析，簡化為平面結(jié)構(gòu)，各節(jié)段離散為梁單元，兩主墩端部為固定支座，兩邊跨端部為活動支座。由于主橋在合攏前后結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變，由對稱的單“T”靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉庆o定結(jié)構(gòu)，取單“T”進行分析計算。正向分析和實時跟蹤分析，主要集中在建筑，向后分析作為參考。正向分析，提前施工段，充分考慮結(jié)構(gòu)，邊界約束，負載變化的形式，預(yù)結(jié)構(gòu)的蠕變和幾何位置變化。計算的數(shù)據(jù)文件是控制橋梁結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)上。

1.2計算參數(shù)識別

用有限元初始計算時，結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)均按理想狀態(tài)取值，實際結(jié)構(gòu)參數(shù)須通過識別對理想?yún)?shù)進行修正。結(jié)構(gòu)幾何形狀參數(shù)、截面特性參數(shù)、混凝土容重均用常規(guī)的方法進行識別。由于混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性關(guān)系，箱梁采用C50高強度混凝土，通過實驗，其彈性模量為3.51×104MPa。

由于混凝土徐變收縮在確定結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形中起重要作用，徐變系數(shù)由下式確定

（1）

式中，βa（τ）為加載后最初幾天產(chǎn)生的不可恢復(fù)變形系數(shù)；βd（t-τ）為隨時間而增的滯后彈性應(yīng)變；t為徐變系數(shù)；βf（t）、βf（τ）為隨混凝土齡期而增長的滯后塑性應(yīng)變。

預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)力損失視實際結(jié)構(gòu)而不同，一般地說，預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道之間摩擦引起的應(yīng)力損失，可按下列公式計算

δs1=δk[1-e-（μθ+κχ）]（2）

σk為錨下的控制應(yīng)力；x為從張拉端至計算截面的管道長度；μ為與管道壁的摩擦系數(shù)；θ為從張拉端至計算截面曲線管道部分切線之和；k為管道每m局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。經(jīng)過若干方案的比較，該大橋建立參數(shù)較少的預(yù)應(yīng)力損失沿橋梁縱向坐標(biāo)變化的數(shù)學(xué)模型

s（x）=a（1-e-bx）+c（3）

式中，x是橋梁的縱向坐標(biāo)，m；s（x）為預(yù)應(yīng)力損失隨x的預(yù)測值，kN。而a、b和c為3個模型參數(shù)，其中c為x=0時的預(yù)應(yīng)力損失值，當(dāng)c<0則表示施工中采取了超張拉，a+c是預(yù)應(yīng)力損失的最大值，kN；b是反映預(yù)應(yīng)力損失隨縱向距離增加逐步加大的參數(shù)。

利用實數(shù)直接操作遺傳算法識別上述參數(shù)。目前通用的遺傳算法是將優(yōu)化變量集合，編碼成二進制的染色體數(shù)鏈，然后進行染色體之間的雜交和變異操作，以完成遺傳信息傳遞，繁衍新的子代，并淘汰掉適應(yīng)度差的染色體，達到全局尋優(yōu)的目的。計算模型參數(shù)經(jīng)28次世代繁衍得到模型參數(shù)為

a=1227.22kNb=0.055043

c=-185.675kN

對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值為f=0.059872m。將以上參數(shù)代入預(yù)應(yīng)力損失模型式（4），得到損失值隨縱向距離變化。

2、施工預(yù)拱度控制

箱梁懸澆段的各節(jié)段立模標(biāo)高可按下式確定

Hi=H0+?i+（-?i預(yù)）+?籃+?x（4）

式中，Hi為待澆筑段箱梁底板前端點處掛籃盤模板標(biāo)高（張拉后）；H0為該點設(shè)計標(biāo)高；fi為本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值；fi預(yù)為本施工段頂板縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對該點的影響值；f籃為掛籃彈性變形對該施工段的影響值；fx為由徐變、收縮、溫度、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、二期恒載、活載等影響值。上述各參數(shù)在有限元分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)實測信息進行前期預(yù)測和后期調(diào)整，確定最佳預(yù)拱度。傳統(tǒng)的誤差調(diào)整方法主要有卡爾曼（kalman）濾波法、灰色系統(tǒng)（如：GM（1，N））、最小二乘法等。這些方法在橋梁施工控制應(yīng)用中取得了一些成效，但是對于非線性系統(tǒng)，有的方法還存在一定的局限性。

在該大橋施工預(yù)拱度控制中，運用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)進行預(yù)拱度信息預(yù)測和調(diào)整。BP網(wǎng)絡(luò)通過對若干樣本的自學(xué)習(xí)，建立網(wǎng)絡(luò)輸入變量與輸出變量之間的全局非線性映射關(guān)系。由于其有連續(xù)函數(shù)表現(xiàn)定理，選用圖2所示的3層網(wǎng)絡(luò)，輸入層和輸出層有與網(wǎng)絡(luò)輸入變量I1（l=1，2，…，L）及輸出變量οn（n=1，…，N）相應(yīng)的L和N個神經(jīng)元，而隱層取M個神經(jīng)元。輸入變量Il將按下式分配到隱層的第M個神經(jīng)元，作為其輸入dm

（5）

式中，wm是第1層ι單元到第2層m單元之間的權(quán)系數(shù)，而I01，wm為m神經(jīng)元的觸發(fā)門檻值。m單元的輸出Cm是其輸入dm的函數(shù)，有

Cm=F（dm）（6）

神經(jīng)元的傳遞函數(shù)F通常選用Sigmoid函數(shù)，即F（x）=1/（1+e-x）（7）

同理，可定義第3層（輸出層）的n單元輸入gn和輸出On分別為

On=F（gn）（8）

由式（7）、（8）可知，網(wǎng)絡(luò)輸出Οn的值域為（0，1），故需對樣本的期望輸出n作歸一化處理。通過一定數(shù)量樣本的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練（自學(xué)習(xí)）過程，實際是確定最適宜的權(quán)系數(shù)wm和wn，使其對全部J個樣本的輸入，按式（5）～（8）的正向運算得到的輸出Οn與期望輸出Οn的2次殘差E達到

（9）

選擇合理的權(quán)系數(shù)wm和wn的最優(yōu)化過程由BP算法完成，而且在

（10）

得到滿足時，網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)終止。由于樣本的期望輸出為測量標(biāo)高，實測值難免包含某些隨機因素和誤差，甚至個別數(shù)據(jù)存在明顯的不符合普遍規(guī)律的情形。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備有對這類樣本的鑒別能力，網(wǎng)絡(luò)的輸出并非要求嚴(yán)格地等于各樣本的期望輸出，而是尋求對全部樣本數(shù)據(jù)均有較好響應(yīng)的非線性映射關(guān)系。因此具有魯棒性，可以作為處理有隨機干擾問題的預(yù)測工具。

3、箱梁應(yīng)力控制

箱梁懸澆施工過程中，應(yīng)變測量的讀數(shù)頻度按各工序（混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力索張拉前后、掛籃前移以及溫度變化等情況）進行應(yīng)變等跟蹤測量和應(yīng)力分析。

在應(yīng)力數(shù)據(jù)處理的過程中，主要分析了鋼弦元件初值設(shè)定時引起的誤差；工況劃分導(dǎo)致的誤差；應(yīng)變的滯后性造成的誤差；混凝土的收縮、徐變等非結(jié)構(gòu)