橋梁施工控制方法

橋梁施工控制方法

　　施工控制主要是指在施工的過程中為了達(dá)成某種特定狀態(tài)而采取的計算分析方法和措施，借用工程控制論的理論框架大體上可以分為開環(huán)施工控制、閉環(huán)施工控制以及自適應(yīng)施工控制。下面是小編為大家整理的橋梁施工控制方法，希望對大家有所幫助。

　　1、橋梁施工控制的內(nèi)容

　　橋梁施工控制就是在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工仿真計算分析的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場測試，采集橋梁施工過程中各類數(shù)據(jù)信息。結(jié)合橋梁仿真分析計算，對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。尤其是對施工中各類結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)（如變形、內(nèi)力、應(yīng)力）分析，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論對誤差進(jìn)行分析，并根據(jù)需要研究制定出精度控制和誤差調(diào)整的具體措施，最后以施工控制指令的形式為橋梁的施工提供反饋信息。橋梁施工控制的主要內(nèi)容有：

　　①主梁線形控制；

　　②箱梁控制斷面應(yīng)力監(jiān)控；

　　③穩(wěn)定控制。

　　2、施工控制方法

　　在實際施工中，橋梁的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)總是存在著一定的誤差，施工控制就是采用現(xiàn)代控制理論和方法去分析這些誤差，并調(diào)整誤差，使成橋線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的最終狀態(tài)符合設(shè)計要求，并且確保橋梁施工過程中的結(jié)構(gòu)安全。大跨度橋梁施工控制采用的理論和方法主要有：參數(shù)識別與調(diào)整（最小二乘法）、Kalman濾波法和灰色理論法。

　　2.1參數(shù)識別

　　參數(shù)識別就是分析結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設(shè)計參數(shù)的誤差，經(jīng)過設(shè)計參數(shù)誤差的調(diào)整來控制橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)之間的偏差，使結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)與設(shè)計盡可能一致。參數(shù)識別在中國的橋梁施工控制中有著廣泛的應(yīng)用。其計算通常采用最小二乘法。相對于Kalman濾波法和灰色理論法，參數(shù)識別方法具有以下特點：

　　（1）參數(shù)識別方法將引起誤差的因素完全歸結(jié)于設(shè)計參數(shù)，認(rèn)為引起結(jié)構(gòu)狀態(tài)偏差是由于設(shè)計參數(shù)的取值（如砼彈模、砼容重、預(yù)應(yīng)力筋管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)、砼收縮徐變系數(shù)等）與實際不符。忽略了施工定位誤差、測量系統(tǒng)誤差、溫度影響誤差等。由此可能導(dǎo)致所估計的參數(shù)并非實際值，而是包含了施工定位誤差、測量系統(tǒng)誤差、溫度影響等的數(shù)值。

　　（2）參數(shù)識別一般采用最小二乘進(jìn)行線形回歸分析，其回歸方程為：Y=Φθ+E。

　　式中：Y：誤差向量；

　　Φ：線性轉(zhuǎn)化矩陣（即被估參數(shù)與撓度之間的線性關(guān)系矩陣）；

　　θ：估計參數(shù)向量；

　　E：殘差（包含量測誤差、參數(shù)估計誤差、系統(tǒng)誤差）。

　　其中Y可由理論分析值與實際觀測值相減求得，而矩陣Φm，n則需要根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)計算求得，其物理意義為，單位θn變化m節(jié)點所產(chǎn)生的撓度Ym。在橋梁施工監(jiān)控中，一般需要采集每一施工工況下各節(jié)段測點的撓度數(shù)據(jù)，從而使得矩陣Φm，n的計算顯得尤為復(fù)雜，且隨著數(shù)據(jù)的增加，矩陣Φm，n的規(guī)模也越大，采用常用橋梁分析軟件根本無法計算，需要編制專用程序求得。

　　（3）最小二乘法的原理是求得一組參數(shù)θ，使得模型的輸入輸出數(shù)據(jù)之間關(guān)系擬合的最好，這就要求殘差E最小，因而若數(shù)據(jù)被噪聲污染的越厲害（如溫度影響、施工誤差等因素），參數(shù)估計的準(zhǔn)確性也就越差。

　　（4）為了能夠使得參數(shù)識別更加準(zhǔn)確，這就要求數(shù)據(jù)有較好的規(guī)律性，且需要較多數(shù)據(jù)，因此在梁段數(shù)比較少時所得到的回歸曲線的精度難以保證。

　　2.2卡爾曼濾波法

　　卡爾曼濾波法的實質(zhì)是從被噪聲污染的信號中提取真實的信號，采用由狀態(tài)方程和觀測方程組成的線形隨機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)空間來描述濾波器，并利用狀態(tài)方程的遞推性，按線性無偏最小均方誤差估計準(zhǔn)則，采用一套遞推算法對濾波器的狀態(tài)變量作最佳估計，從而求得濾掉噪聲后有用信號的最佳估計，即估計出系統(tǒng)的真實狀態(tài)，然后用估計出來的狀態(tài)變量，按確定的控制規(guī)律對系統(tǒng)進(jìn)行控制。卡爾曼濾波法具有以下特點：

　　（1）卡爾曼濾波法將概率論和數(shù)理統(tǒng)計理論用于解釋濾波估計問題，提出了新的線性遞推方法，不需要儲存過去數(shù)據(jù)，只需根據(jù)新數(shù)據(jù)和前一時刻估計量，借助狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，按照遞推公式計算新的估計量，從而節(jié)約計算時間。

　　（2）卡爾曼濾波法進(jìn)行遞推的關(guān)鍵在建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，使得誤差估計具有一定的收斂性，特別當(dāng)數(shù)據(jù)污染嚴(yán)重的情況下，估計量仍有一定的信服力。

　　（3）卡爾曼濾波法進(jìn)行遞推計算時，需要輸入系統(tǒng)狀態(tài)初始值，而初始值對計算結(jié)果有很大影響，若初始值取值不當(dāng)，會使結(jié)果失真。

　　2.3灰色系統(tǒng)理論

　　灰色系統(tǒng)可以看作是在一定時間內(nèi)變化的隨機(jī)過程，環(huán)境干擾將使系統(tǒng)行為特征量過分離散，為此灰色系統(tǒng)用灰色數(shù)生成對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到隨機(jī)性弱化、規(guī)律性強(qiáng)化了的序列，在此基礎(chǔ)上以灰色動態(tài)GM模型作為預(yù)測模型，并及時對模型進(jìn)行滾動優(yōu)化和反饋校正。灰色預(yù)測控制具有以下特點：

　　（1）灰色預(yù)測控制建模是可利用少數(shù)據(jù)建模，是一種實時控制。在處理方法上，灰色過程是通過原始數(shù)據(jù)的整理來找數(shù)的規(guī)律，是一種就數(shù)找數(shù)的現(xiàn)實規(guī)律的途徑，而數(shù)理統(tǒng)計方法是按先驗規(guī)律來處理問題，要求數(shù)據(jù)越多越好，越具規(guī)律性越好。

　　（2）灰色預(yù)測控制是后果控制，不需要追究引起狀態(tài)變化的原因，不必處置復(fù)雜的隨機(jī)過程，這使得控制大為簡化。

　　（3）灰色系統(tǒng)理論是“瞬態(tài)建模”，每新增數(shù)據(jù)便生成新的模型，因而數(shù)據(jù)的取舍對于灰色系統(tǒng)至為關(guān)鍵，數(shù)據(jù)太多將降低模型預(yù)報精度，數(shù)據(jù)太少，模型將找不出數(shù)據(jù)間的規(guī)律。

　　（4）當(dāng)數(shù)據(jù)污染嚴(yán)重時，灰色系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果也同樣有較大的偏差，數(shù)據(jù)估計的收斂性較差。

　　3工程應(yīng)用

　　在祁臨高速仁義河特大橋施工監(jiān)控中，采用參數(shù)識別進(jìn)行誤差分析，結(jié)果在不同施工階段，所估計參數(shù)也不一樣，且隨著懸臂的逐漸加長，識別的參數(shù)差異性也就越大。這說明，懸臂越長，數(shù)據(jù)越容易被污染，因而估計的準(zhǔn)確性也就越差。

　　同樣，在晉濟(jì)高速公路橋梁施工監(jiān)控中，分別采用灰色系統(tǒng)理論和卡爾曼濾波法進(jìn)行誤差分析，在懸臂施工初期，由于主梁變形不大，二者差別不大，但進(jìn)入長懸臂施工后，相對而言，卡爾曼濾波法預(yù)測值較小，數(shù)據(jù)曲線較為光滑平順。

　　4結(jié)束語

　　（1）大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋采用參數(shù)識別進(jìn)行誤差分析，計算繁瑣，要求數(shù)據(jù)有較好的規(guī)律性。在實際監(jiān)控工作中，對于設(shè)計參數(shù)引起的誤差，應(yīng)盡可能采用實際試驗結(jié)果，在出現(xiàn)明顯系統(tǒng)誤差情況下進(jìn)行參數(shù)識別。

　　（2）施工控制應(yīng)采取多種方法進(jìn)行綜合分析。目前進(jìn)行施工控制分析的方法有多種，但各種方法計算原理及側(cè)重點有所不同，而影響誤差的因素卻很多，因此在施工控制中應(yīng)結(jié)合以經(jīng)驗，綜合考慮各種因素影響，結(jié)合多種方法進(jìn)行誤差分析，保證預(yù)測精度。

　　橋梁施工控制方法主要包括以下幾種：

　　1. 事后控制法：在施工完成后，對橋梁的實際狀態(tài)進(jìn)行檢測和評估，然后與設(shè)計要求進(jìn)行對比，如果存在偏差，則采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整或修復(fù)。

　　2. 預(yù)測控制法：根據(jù)施工前的分析和預(yù)測，對施工過程中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，并提前采取措施來控制施工，以盡量減少實際狀態(tài)與設(shè)計要求之間的偏差。

　　3. 自適應(yīng)控制法：在施工過程中，通過實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)，不斷調(diào)整和優(yōu)化施工控制參數(shù)，使橋梁結(jié)構(gòu)逐漸趨近設(shè)計目標(biāo)。

　　4. 最大寬容度控制法：這種方法是在設(shè)計時給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力一定的寬容度，以減少控制的難度，但需要確保結(jié)構(gòu)在可接受的范圍內(nèi)。

　　在橋梁施工中，需根據(jù)具體情況選擇合適的控制方法或綜合運(yùn)用多種方法，以保證施工中的安全和結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力及結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計要求。

　　例如，對于斜拉橋，施工時在主梁懸臂澆筑或懸臂拼裝過程中，確保主梁線形和順、正確是第一位的，施工中通常以標(biāo)高控制為主；懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)是主索，為確保懸索內(nèi)力和線形符合設(shè)計要求，需嚴(yán)格控制主索的施工；大跨度混凝土拱橋也要按安全、線形和恒載內(nèi)力的要求進(jìn)行施工控制；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)的施工控制與斜拉橋主梁相似。對于以懸臂澆筑或懸臂拼裝施工的橋梁，常采用逐節(jié)段跟蹤控制的方法。

　　此外，在橋梁施工中，還需注意一些關(guān)鍵點的控制，如簡支梁橋要控制好混凝土強(qiáng)度、預(yù)拱度、支座預(yù)埋件位置、梁間高差、支座安裝型號及方向、梁板之間現(xiàn)澆帶混凝土質(zhì)量、伸縮縫安裝質(zhì)量等；連續(xù)梁橋的支架施工要控制好支架沉降量，先簡支后連續(xù)施工要注意后澆段工藝、體系轉(zhuǎn)換工藝、后澆段收縮以及臨時支座安裝與拆除等環(huán)節(jié)，掛籃懸臂施工需關(guān)注澆筑過程中的線形以及邊跨、跨中合龍段混凝土的裂縫控制，預(yù)應(yīng)力梁要控制好張拉力及預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長量；拱橋的預(yù)制拼裝需控制好拱肋拱軸線，支架施工要注意支架基礎(chǔ)承載力、支架沉降、拱架加載以及卸架工藝等，鋼管拱則要保證鋼管混凝土的壓注質(zhì)量。

　　同時，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格把控各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，采用先進(jìn)的施工工藝和技術(shù)，加強(qiáng)對施工人員的培訓(xùn)和管理，以確保橋梁施工的順利進(jìn)行和工程質(zhì)量的可靠。

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