高速鐵路大跨度連續(xù)梁橋線形監(jiān)控技術(shù)

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1、高速鐵路大跨度連續(xù)梁橋線形監(jiān)控技術(shù)摘要：懸臂施工法是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要施工方法，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋來(lái)說(shuō)，采用懸臂施工方法雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但是這類(lèi)橋梁的形成要經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，尤其是跨徑較大時(shí)，為保證合攏前兩懸臂端豎向撓度的偏差不超過(guò)容許范圍，須對(duì)該類(lèi)橋梁的施工過(guò)程進(jìn)行線形監(jiān)控。關(guān)鍵詞：工程施工技術(shù)；連續(xù)梁；線形控制一、工程概況廣西沿海鐵路欽州北至北海段擴(kuò)能改造工程丹田雙線特大橋（72+128+72）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋橋型布置如圖1所示。梁體截面類(lèi)型為單箱單室直腹板變截面箱梁，橋面板寬12.2m，梁體

2、全長(zhǎng)273.6m，中跨中部18m梁段和邊跨端部17.8m梁段為等高梁段，梁高為5.5m；中支點(diǎn)處梁高為10m，除0號(hào)段外其余梁段梁底下緣按二次拋物線變化。二、施工監(jiān)控的原則和方法梁部結(jié)構(gòu)采用懸臂施工方法，屬于典型的自架設(shè)施工方法，對(duì)于本橋來(lái)講，由于在施工過(guò)程中的已成結(jié)構(gòu)（懸臂階段）狀態(tài)是無(wú)法事后調(diào)整的或可調(diào)整的余地很小，所以，針對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn)，梁部的施工監(jiān)控主要采用預(yù)測(cè)控制法。23本橋的施工監(jiān)控包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：變形控制和內(nèi)力控制，變形控制就是嚴(yán)格控制每一階段梁的豎向撓度，若有偏差并且偏差較大時(shí)，就必須立即

3、進(jìn)行誤差分析并確定調(diào)整方法，為下一階段更為精確的施工做好準(zhǔn)備工作；內(nèi)力控制則是控制主梁在施工過(guò)程中以及成橋后的應(yīng)力，尤其是合攏時(shí)間的控制，使其不致過(guò)大而偏于不安全或在施工過(guò)程中造成主梁的破壞。三、施工控制體系為有效地開(kāi)展施工監(jiān)控工作，在本橋的施工監(jiān)控中建立如圖2所示的施工監(jiān)控體系。四、施工控制基本理論在丹田雙線特大橋72+128+72m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控中，對(duì)梁體線形、應(yīng)力進(jìn)行重點(diǎn)控制。在控制過(guò)程中，采用自適應(yīng)控制方法對(duì)本橋進(jìn)行線型控制，采用最小二乘法對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、估計(jì)。（一）自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)23

4、對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，施工中每個(gè)工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)所確定的理想目標(biāo)的重要原因是有限元計(jì)算模型中的計(jì)算參數(shù)取值，主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)等，與施工中的實(shí)際情況有一定的差距。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整量，必須根據(jù)施工中實(shí)測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計(jì)算模型中的這些參數(shù)值，以使計(jì)算模型在與實(shí)際結(jié)構(gòu)磨合一段時(shí)間后，自動(dòng)適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)辯識(shí)過(guò)程，整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。（二）參數(shù)識(shí)別在本橋的施工控制中按照自適應(yīng)控制思路，采用“最小二乘法”進(jìn)行參數(shù)識(shí)別和誤

5、差分析，其基本方法是：當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工到某一階段時(shí)，測(cè)得已施工梁段懸臂端m個(gè)階段的撓度為：S=[S(1),(2),…,S(m)]T設(shè)原定理想狀態(tài)的梁體理論計(jì)算撓度為：μ=[μ(1),μ(2),…,μ(m)]T上述兩者有誤差量：Y=[Y(1),Y(2),…,Y(m)]T若記待識(shí)別的參數(shù)誤差為：θ=[θ(1),θ(2),…,θ(m)]T由θ引起的各階段撓度誤差為：γ=[γ(1),γ(2),…,γ(m)]Tγ＝Φθ式中：Φ-參數(shù)誤差θ到γ的線性變換矩陣。殘差：ε＝Y(jié)-γ＝Y(jié)-ΦθY＝Φθ+ε23方差：V＝εTε

6、=(Y-γ)T(Y-γ)=(Y-Φθ)T(Y-Φθ)＝Y(jié)TY-YTΦθ-θTΦY+θTΦTΦθ將上式配成完全平方的形式：V＝(θ-(ΦTΦ)-1ΦTY)TΦTΦ(θ-(ΦTΦ)-1ΦTY)+YTY-YTΦ(ΦTΦ)-1ΦTY≥YTY-YTΦ(ΦTΦ)-1ΦTY當(dāng)■＝0時(shí)，即θ-（ΦTΦ）-1ΦTY＝0時(shí)，上述不等式中的等號(hào)成立，此時(shí)V達(dá)到最小，因此θ的最小二乘估計(jì)為：θ＝（ΦTΦ）-1ΦTY引入加權(quán)矩陣：ρ＝ρ■…0┆ρ■┆0…ρ■有：θ＾＝（ΦTρΦ）-1ΦTρY在連續(xù)梁橋懸臂施工的高程控制中，可以由結(jié)構(gòu)性能計(jì)算出

7、Φ，按工程條件定義ρ，由箱梁階段標(biāo)高觀測(cè)得到撓度實(shí)測(cè)值S，計(jì)算Y，最后獲得參數(shù)誤差估計(jì)值β，根據(jù)參數(shù)誤差對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。五、橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析（一）結(jié)構(gòu)分析依據(jù)及計(jì)算參數(shù)的確定23影響結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的基本參數(shù)有很多個(gè)，需測(cè)定的參數(shù)主要有：1、混凝土彈性模量，前期結(jié)構(gòu)計(jì)算按照規(guī)范取值，在施工過(guò)程中根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定，混凝土的彈性模量的測(cè)試應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)取樣的方法分別測(cè)定混凝土在3天、7天、28天齡期的彈模值，為主梁預(yù)拱度的修正提供數(shù)據(jù)。2、預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，按照現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果采用。3、恒載按設(shè)計(jì)圖提供的尺寸，并根據(jù)施

8、工現(xiàn)場(chǎng)采集的混凝土容重等參數(shù)進(jìn)行必要的修正，考慮結(jié)構(gòu)自重和臨時(shí)荷載，并考慮梁面坡度的影響。4、混凝土收縮、徐變系數(shù)，按照規(guī)范采用，計(jì)算按規(guī)范考慮結(jié)構(gòu)局部溫差效應(yīng)及考慮混凝土實(shí)際加載齡期的收縮、徐變的影響。5、材料熱脹系數(shù)，按規(guī)范取值。6、施工臨時(shí)荷載，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，盡量減少材料等的堆放，本階段不用的材料堆放在0＃塊附近。7、預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)，