大跨度橋梁施工控制(1)

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1、大跨度橋梁施工控制同濟大學(xué)橋梁工程系二○○一年五月使橋梁建成時達(dá)到設(shè)計確定的內(nèi)力狀態(tài)線形狀態(tài)靜定結(jié)構(gòu)——兩者完全分離超靜定結(jié)構(gòu)——兩者間有聯(lián)系一.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(fù)雜，較多體系轉(zhuǎn)換大跨度橋梁施工步驟較多，材料、結(jié)構(gòu)尺寸、施工操作誤差的累計誤差較大斜拉橋設(shè)計規(guī)范中把施工控制作為實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的必要措施二.施工控制的思路開環(huán)施工控制——適用于簡單橋梁或非循環(huán)式施工橋梁反饋施工控制——適用于結(jié)構(gòu)參數(shù)比較穩(wěn)定的橋梁自適應(yīng)施工控制——適

2、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)施工控制基本原理2.反饋施工控制基本原理日本橫濱海灣橋控制流程圖3.自適應(yīng)施工控制基本原理Sakai提出的斜拉橋施工控制系統(tǒng)流程4.最優(yōu)控制理論應(yīng)用的問題離散系統(tǒng)方程控制目標(biāo)問題——控制矩陣Pk,k-1是不斷變化的二.施工控制的思路開環(huán)施工控制反饋施工控制自適應(yīng)施工控制最優(yōu)控制結(jié)論：自適應(yīng)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.自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)要素1.確定理想狀態(tài)計算方法確定理想狀態(tài)的計算方法確定成橋理想狀態(tài)確定施工步驟的控制目標(biāo)確定成橋理想狀態(tài)內(nèi)部靜

3、定結(jié)構(gòu)——連續(xù)梁、拱、吊橋結(jié)構(gòu)尺寸、施工方法確定后內(nèi)力狀態(tài)隨之唯一確定內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)——斜拉橋、組合拱同樣的結(jié)構(gòu)、同樣的施工方法，不同索力（吊桿力）可以獲得不同內(nèi)力狀態(tài)最優(yōu)問題——內(nèi)力最小、應(yīng)力最小、彎曲能量最小、材料最省、造價最省確定性問題——剛性支承連續(xù)梁最優(yōu)成橋狀態(tài)確定算法影響方程約束條件優(yōu)化目標(biāo)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代替；簡化后的平面框架結(jié)構(gòu)中，目標(biāo)函數(shù)為：Ti——第i號索力；——Ti=1時的結(jié)構(gòu)彎矩；Mp(s)——恒載作用下的結(jié)構(gòu)彎矩。確定施工目標(biāo)的計算方法倒拆法無法考慮徐變某些步驟構(gòu)造上無法

4、實現(xiàn)倒拆、正裝綜合法疊代不一定能收斂無應(yīng)力狀態(tài)法適用于鋼橋的構(gòu)件預(yù)制不能確定每個施工階段的狀態(tài)需要多次調(diào)索確定施工目標(biāo)的計算方法簡化做法施工階段斜拉索索力等于節(jié)段重量的一半加施工機具重量按照上述索力進行正裝模擬計算，局部調(diào)整索力標(biāo)高按模擬計算結(jié)果設(shè)預(yù)拱度缺點——施工狀態(tài)與成橋理想狀態(tài)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：空間計算程序開始應(yīng)用考慮的因素模擬施工構(gòu)件的安裝及拆除過程各種線形預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉過程不同預(yù)制齡期、加載齡期下構(gòu)件的收縮徐變結(jié)構(gòu)的非線性因素溫度影響3.最優(yōu)控制調(diào)整量計算最優(yōu)

5、控制調(diào)整量計算控制目標(biāo)——應(yīng)力、標(biāo)高調(diào)整手段——索力、預(yù)應(yīng)力、標(biāo)高計算思路——優(yōu)化方法優(yōu)化目標(biāo)——殘余誤差最小、能量最小、調(diào)整的功最小約束條件——調(diào)整必須在材料強度允許范圍內(nèi)、殘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)化目標(biāo)方程線性優(yōu)化方法影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程非線性優(yōu)化方法影響方程優(yōu)化目標(biāo)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(gòu)件重量、剛度、徐變系數(shù)、預(yù)應(yīng)力損失計算思路——優(yōu)化方法測量變量——索力、標(biāo)高、應(yīng)力優(yōu)化目標(biāo)——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

6、方程優(yōu)化目標(biāo)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狀態(tài)估計理論的算法，如擴展卡爾曼濾波法存在的問題：參數(shù)的靈敏度不高測量數(shù)據(jù)不夠參數(shù)估計的變量分離測量時刻選定1.掛籃移動定位立模前的時刻；2.掛籃移動定位立模后的時刻；3.節(jié)段混凝土澆筑前的時刻；4.節(jié)段混凝土澆筑后的時刻；5.張拉斜拉索前的時刻；6.張拉斜拉索后的時刻；彈性模量混凝土超重索力誤差5.測量系統(tǒng)待測量變量標(biāo)高——激光束、連通管、垂度——激光束索力——隨機振動法應(yīng)力——鋼弦應(yīng)力計自動測量系統(tǒng)自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)流程四.不同類型橋梁控制特點自

7、適應(yīng)控制方法、反饋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，必須采用不同的對策1.懸臂澆筑混凝土斜拉橋施工特點：結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性較差，而且要等到節(jié)段施工完成后才能確定主梁的剛度較大，節(jié)段的局部變形很小，索力調(diào)整對局部線形的調(diào)整作用很小調(diào)整范圍受到混凝土應(yīng)力的限制掛籃剛度對局部變形有較大影響，長掛籃在混凝土澆筑節(jié)段參與結(jié)構(gòu)受力未施工節(jié)段的立模標(biāo)高可以任意確定，與已澆筑梁段無關(guān)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通過斜拉索索力的調(diào)整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不可能通過

8、索力調(diào)整糾正所有誤差。殘余的誤差可以通過下一節(jié)段的立模標(biāo)高來調(diào)整。2．及時識別誤差產(chǎn)生的原因，估計計算程序參數(shù)的實際值，主要是混凝土的彈性模量、材料的比重、徐變系數(shù)等，重新計算未澆筑梁段的預(yù)拱