范宇新　曾德榮

【摘要】荔波官塘大橋?yàn)殡p圓環(huán)獨(dú)塔斜拉橋，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工監(jiān)控難度大。本文介紹了該橋的仿真計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，參數(shù)識(shí)別，索力調(diào)整等內(nèi)容，簡(jiǎn)單闡述了卡爾曼濾波法在施工控制中的運(yùn)用，并給出了該橋施工控制所取得的有關(guān)成果。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋；施工控制；索力

1. 工程概況

（1）荔波縣官塘大橋位處荔波縣城區(qū)東面，樟江大橋下游800m官塘大道上，是連接荔波縣城時(shí)來壩片區(qū)與老城區(qū)的重要橋梁。橋長(zhǎng)180m，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)K0+030.5，終點(diǎn)樁號(hào)K0+210.5?？鐝讲贾脼?5+85m雙拱式獨(dú)塔雙索面PC雙主梁式斜拉橋（無引橋）。橋梁設(shè)計(jì)等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面總寬32m，雙向四車道。

（2）主梁采用C55混凝土，為實(shí)體雙主梁截面。全橋采用等高度截面，截面高度均為2.24m（主梁中心線處）。標(biāo)準(zhǔn)截面縱向每隔8m設(shè)一道橫隔板。橋面劃分為8個(gè)施工梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)8m，合龍段長(zhǎng)2m，采用后支點(diǎn)掛籃懸澆施工。主塔為Q345D級(jí)鋼結(jié)構(gòu)，截面輪廓尺寸為3200×2500mm（橫橋向×順橋向），鋼箱壁厚J0-J2段為40mm，其余段均為30mm。鋼塔施工采用節(jié)段懸臂拼裝。全橋共設(shè)置2×9根水平索和4×9根斜拉索。橋梁的總體布置見圖1。

圖1橋梁立面布置圖2. 斜拉橋施工控制的一般方法

2.1事后調(diào)整控制法。事后調(diào)整控制法是指在施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，可以通過一定補(bǔ)救措施對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的方法。但是這種方法僅適用于那些結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線性能夠調(diào)整的特殊情況，斜拉橋可算是其中的一種。

2.2預(yù)測(cè)控制法。預(yù)測(cè)控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對(duì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)施工節(jié)段形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定的軌道進(jìn)行，直至施工階段順利完成的方法。這種方法適用于所有類型的橋梁，那些對(duì)已成結(jié)構(gòu)的狀態(tài)具有不可調(diào)整性的橋梁，其施工控制必須采用此種方法。如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂施工時(shí)，其已成節(jié)段的狀態(tài)是無法進(jìn)行調(diào)整的，只能對(duì)待施工的節(jié)段狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。由此可見，預(yù)測(cè)控制法是橋梁施工控制的主要方法。

2.3根據(jù)官塘大橋結(jié)構(gòu)和施工方法的特點(diǎn)，本橋采用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)”的方法系統(tǒng)的對(duì)其進(jìn)行施工控制。

3. 施工控制的工作內(nèi)容

3.1官塘大橋施工控制的工作內(nèi)容主要有一下四點(diǎn)。

（1）施工過程的仿真計(jì)算，目的是得到施工過程中全橋的理論數(shù)據(jù)。

（2）施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，目的是得到施工過程中全橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）施工過程的參數(shù)識(shí)別，在（1）和（2）所獲取的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上即可對(duì)大橋的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別得到每一施工階段的標(biāo)高和索力。

（4）施工過程的索力調(diào)整。

圖2全橋模型圖3.2施工過程的仿真計(jì)算。

（1）官塘大橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，主要是依據(jù)設(shè)計(jì)院所提供的圖紙，并在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行了必要的簡(jiǎn)化。在建模過程中，考慮到劃分網(wǎng)格的便利和以后觀察結(jié)果的需要對(duì)模型的塊體進(jìn)行了合理的劃

（2）將結(jié)構(gòu)劃分為183個(gè)平面梁?jiǎn)卧?217個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中主梁96個(gè)單元，塔座6個(gè)單元，主塔48 個(gè)單元，斜拉索27個(gè)單元用拉索單元模擬，橋墩6個(gè)單元。塔座與橋墩固結(jié)。掛籃利用軟件中的掛籃系統(tǒng)模擬，每套掛籃劃分為2個(gè)單元。在原已有結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用三維實(shí)體單元對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行了真實(shí)的模擬按照施工和設(shè)計(jì)所確定的施工工序以及設(shè)計(jì)所提供的基本參數(shù)，對(duì)施工過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，由此得到相對(duì)詳精確、詳盡和可靠的分析結(jié)果和控制數(shù)據(jù)。

3.3施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。為了隨時(shí)掌握在施工過程中的主梁和索塔的實(shí)際應(yīng)力、位移、斜拉索的索力，檢驗(yàn)和指導(dǎo)結(jié)構(gòu)計(jì)算，就必須在施工的過程中埋置應(yīng)力傳感器、拉索中的拉力傳感器，設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)。但在考慮這些元件的布設(shè)位置時(shí)，同時(shí)注意到今后全橋測(cè)試也能夠應(yīng)用。索力、應(yīng)力、溫度和位移觀測(cè)一般應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，即是說每次都要將所有的可測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并且是定時(shí)（在溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)刻，即如日出之前的早晨7點(diǎn)～9點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)試）測(cè)量，形成一套完整的觀測(cè)資料。

3.4施工過程的參數(shù)識(shí)別。由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的許多設(shè)計(jì)參數(shù)，如材料的彈性模量、結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變參數(shù)等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的參數(shù)不完全一致，以及施工中存在的各種誤差都會(huì)導(dǎo)致施工過程中主梁標(biāo)高、斜拉索索力偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且會(huì)隨著斜拉索懸臂的不斷延伸而逐漸累積，如果不加以及時(shí)有效的控制和調(diào)整，最終會(huì)造成合攏困難，影響成橋后的內(nèi)力和線形。為消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不確切所引起的施工中設(shè)計(jì)與實(shí)際的不一致性，在施工過程中應(yīng)采用最小二乘法和自適應(yīng)卡爾曼濾波法對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和調(diào)整。

4.1卡爾曼濾波法。本工程采用卡爾曼濾波法進(jìn)行偏差的處理和索力調(diào)整。卡爾曼濾波法類似一次張拉法，但當(dāng)前階段的張拉力不是原來的計(jì)算索力，而是根據(jù)變位的實(shí)測(cè)數(shù)值經(jīng)過濾波和反饋控制計(jì)算后給出的索力修正值。它把梁的擾度X看作隨機(jī)狀態(tài)矢量，索力U作為外加控制矢量，通過適當(dāng)?shù)倪x擇索力以控制最后梁端或塔頂位置達(dá)到某一指定值δ。因此，它對(duì)位置的控制是絕對(duì)的，對(duì)于索力的控制則是在滿足設(shè)計(jì)位置的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)內(nèi)能為最小條件下的最優(yōu)。

4.2索力測(cè)試。測(cè)試方法。 本橋采用微振法對(duì)索力進(jìn)行實(shí)測(cè)，該法測(cè)試速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單，綜合誤差可控制在5%以下。

微振法是通過測(cè)定拉索的自振頻率，由下式計(jì)算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——單位索長(zhǎng)的重量（Kg/m）

fn——索的第n階自振頻率（Hz）

l——索的計(jì)算長(zhǎng)度（m）

n——索自振頻率階數(shù)

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基頻

由于待測(cè)斜拉索數(shù)量多、索力大、并有多種規(guī)格， 因此擬采用微振法（也稱弦振法）進(jìn)行測(cè)試， 以滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)索力測(cè)定快速、準(zhǔn)確的要求。

4.3索力對(duì)比分析。

（1）本橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，以設(shè)計(jì)成橋索力為合理成橋索力的目標(biāo)值，用倒拆——正裝迭代法反復(fù)調(diào)試確定初始張拉索力，最終計(jì)算成橋索力與設(shè)計(jì)索力如表1、表2。

（2）經(jīng)過一次調(diào)索后實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力見表3、表4。

（3）索力最大差值發(fā)生在水平索上游側(cè)Z4，大于設(shè)計(jì)索力225KN，偏大4.64%，小于設(shè)計(jì)要求5%的容許偏差值。

5. 結(jié)論

（1）針對(duì)官塘大橋的施工工藝，以有限元理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用土木工程專用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件MIDAS-Civil建立全橋模擬分析模型。并對(duì)斜拉橋施工控制的分析方法進(jìn)行了一定闡述。

（2）運(yùn)用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)” 的方法，把仿真計(jì)算、施工、測(cè)量、參數(shù)識(shí)別、誤差修正有機(jī)的結(jié)合起來，有效的控制索力和標(biāo)高及主梁應(yīng)力，并能及時(shí)的修正各階段的誤差，避免誤差積累最終獲得了較好的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)和主梁線形。

參考文獻(xiàn)

[1]向中富.橋梁施工控制技術(shù)（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陳湛榮.混凝土斜拉橋仿真計(jì)算與施工控制[碩士學(xué)位論文].重慶交通大學(xué)，2008.

[3]徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭東.橋梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

[5]王成發(fā).斜拉橋成橋索力的探討及施工過程分析[碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)安大學(xué)，2008.endprint

【摘要】荔波官塘大橋?yàn)殡p圓環(huán)獨(dú)塔斜拉橋，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工監(jiān)控難度大。本文介紹了該橋的仿真計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，參數(shù)識(shí)別，索力調(diào)整等內(nèi)容，簡(jiǎn)單闡述了卡爾曼濾波法在施工控制中的運(yùn)用，并給出了該橋施工控制所取得的有關(guān)成果。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋；施工控制；索力

1. 工程概況

（1）荔波縣官塘大橋位處荔波縣城區(qū)東面，樟江大橋下游800m官塘大道上，是連接荔波縣城時(shí)來壩片區(qū)與老城區(qū)的重要橋梁。橋長(zhǎng)180m，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)K0+030.5，終點(diǎn)樁號(hào)K0+210.5。跨徑布置為85+85m雙拱式獨(dú)塔雙索面PC雙主梁式斜拉橋（無引橋）。橋梁設(shè)計(jì)等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面總寬32m，雙向四車道。

（2）主梁采用C55混凝土，為實(shí)體雙主梁截面。全橋采用等高度截面，截面高度均為2.24m（主梁中心線處）。標(biāo)準(zhǔn)截面縱向每隔8m設(shè)一道橫隔板。橋面劃分為8個(gè)施工梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)8m，合龍段長(zhǎng)2m，采用后支點(diǎn)掛籃懸澆施工。主塔為Q345D級(jí)鋼結(jié)構(gòu)，截面輪廓尺寸為3200×2500mm（橫橋向×順橋向），鋼箱壁厚J0-J2段為40mm，其余段均為30mm。鋼塔施工采用節(jié)段懸臂拼裝。全橋共設(shè)置2×9根水平索和4×9根斜拉索。橋梁的總體布置見圖1。

圖1橋梁立面布置圖2. 斜拉橋施工控制的一般方法

2.1事后調(diào)整控制法。事后調(diào)整控制法是指在施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，可以通過一定補(bǔ)救措施對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的方法。但是這種方法僅適用于那些結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線性能夠調(diào)整的特殊情況，斜拉橋可算是其中的一種。

2.2預(yù)測(cè)控制法。預(yù)測(cè)控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對(duì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)施工節(jié)段形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定的軌道進(jìn)行，直至施工階段順利完成的方法。這種方法適用于所有類型的橋梁，那些對(duì)已成結(jié)構(gòu)的狀態(tài)具有不可調(diào)整性的橋梁，其施工控制必須采用此種方法。如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂施工時(shí)，其已成節(jié)段的狀態(tài)是無法進(jìn)行調(diào)整的，只能對(duì)待施工的節(jié)段狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。由此可見，預(yù)測(cè)控制法是橋梁施工控制的主要方法。

2.3根據(jù)官塘大橋結(jié)構(gòu)和施工方法的特點(diǎn)，本橋采用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)”的方法系統(tǒng)的對(duì)其進(jìn)行施工控制。

3. 施工控制的工作內(nèi)容

3.1官塘大橋施工控制的工作內(nèi)容主要有一下四點(diǎn)。

（1）施工過程的仿真計(jì)算，目的是得到施工過程中全橋的理論數(shù)據(jù)。

（2）施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，目的是得到施工過程中全橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）施工過程的參數(shù)識(shí)別，在（1）和（2）所獲取的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上即可對(duì)大橋的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別得到每一施工階段的標(biāo)高和索力。

（4）施工過程的索力調(diào)整。

圖2全橋模型圖3.2施工過程的仿真計(jì)算。

（1）官塘大橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，主要是依據(jù)設(shè)計(jì)院所提供的圖紙，并在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行了必要的簡(jiǎn)化。在建模過程中，考慮到劃分網(wǎng)格的便利和以后觀察結(jié)果的需要對(duì)模型的塊體進(jìn)行了合理的劃

（2）將結(jié)構(gòu)劃分為183個(gè)平面梁?jiǎn)卧?217個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中主梁96個(gè)單元，塔座6個(gè)單元，主塔48 個(gè)單元，斜拉索27個(gè)單元用拉索單元模擬，橋墩6個(gè)單元。塔座與橋墩固結(jié)。掛籃利用軟件中的掛籃系統(tǒng)模擬，每套掛籃劃分為2個(gè)單元。在原已有結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用三維實(shí)體單元對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行了真實(shí)的模擬按照施工和設(shè)計(jì)所確定的施工工序以及設(shè)計(jì)所提供的基本參數(shù)，對(duì)施工過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，由此得到相對(duì)詳精確、詳盡和可靠的分析結(jié)果和控制數(shù)據(jù)。

3.3施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。為了隨時(shí)掌握在施工過程中的主梁和索塔的實(shí)際應(yīng)力、位移、斜拉索的索力，檢驗(yàn)和指導(dǎo)結(jié)構(gòu)計(jì)算，就必須在施工的過程中埋置應(yīng)力傳感器、拉索中的拉力傳感器，設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)。但在考慮這些元件的布設(shè)位置時(shí)，同時(shí)注意到今后全橋測(cè)試也能夠應(yīng)用。索力、應(yīng)力、溫度和位移觀測(cè)一般應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，即是說每次都要將所有的可測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并且是定時(shí)（在溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)刻，即如日出之前的早晨7點(diǎn)～9點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)試）測(cè)量，形成一套完整的觀測(cè)資料。

3.4施工過程的參數(shù)識(shí)別。由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的許多設(shè)計(jì)參數(shù)，如材料的彈性模量、結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變參數(shù)等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的參數(shù)不完全一致，以及施工中存在的各種誤差都會(huì)導(dǎo)致施工過程中主梁標(biāo)高、斜拉索索力偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且會(huì)隨著斜拉索懸臂的不斷延伸而逐漸累積，如果不加以及時(shí)有效的控制和調(diào)整，最終會(huì)造成合攏困難，影響成橋后的內(nèi)力和線形。為消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不確切所引起的施工中設(shè)計(jì)與實(shí)際的不一致性，在施工過程中應(yīng)采用最小二乘法和自適應(yīng)卡爾曼濾波法對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和調(diào)整。

4.1卡爾曼濾波法。本工程采用卡爾曼濾波法進(jìn)行偏差的處理和索力調(diào)整?？柭鼮V波法類似一次張拉法，但當(dāng)前階段的張拉力不是原來的計(jì)算索力，而是根據(jù)變位的實(shí)測(cè)數(shù)值經(jīng)過濾波和反饋控制計(jì)算后給出的索力修正值。它把梁的擾度X看作隨機(jī)狀態(tài)矢量，索力U作為外加控制矢量，通過適當(dāng)?shù)倪x擇索力以控制最后梁端或塔頂位置達(dá)到某一指定值δ。因此，它對(duì)位置的控制是絕對(duì)的，對(duì)于索力的控制則是在滿足設(shè)計(jì)位置的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)內(nèi)能為最小條件下的最優(yōu)。

4.2索力測(cè)試。測(cè)試方法。 本橋采用微振法對(duì)索力進(jìn)行實(shí)測(cè)，該法測(cè)試速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單，綜合誤差可控制在5%以下。

微振法是通過測(cè)定拉索的自振頻率，由下式計(jì)算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——單位索長(zhǎng)的重量（Kg/m）

fn——索的第n階自振頻率（Hz）

l——索的計(jì)算長(zhǎng)度（m）

n——索自振頻率階數(shù)

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基頻

由于待測(cè)斜拉索數(shù)量多、索力大、并有多種規(guī)格， 因此擬采用微振法（也稱弦振法）進(jìn)行測(cè)試， 以滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)索力測(cè)定快速、準(zhǔn)確的要求。

4.3索力對(duì)比分析。

（1）本橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，以設(shè)計(jì)成橋索力為合理成橋索力的目標(biāo)值，用倒拆——正裝迭代法反復(fù)調(diào)試確定初始張拉索力，最終計(jì)算成橋索力與設(shè)計(jì)索力如表1、表2。

（2）經(jīng)過一次調(diào)索后實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力見表3、表4。

（3）索力最大差值發(fā)生在水平索上游側(cè)Z4，大于設(shè)計(jì)索力225KN，偏大4.64%，小于設(shè)計(jì)要求5%的容許偏差值。

5. 結(jié)論

（1）針對(duì)官塘大橋的施工工藝，以有限元理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用土木工程專用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件MIDAS-Civil建立全橋模擬分析模型。并對(duì)斜拉橋施工控制的分析方法進(jìn)行了一定闡述。

（2）運(yùn)用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)” 的方法，把仿真計(jì)算、施工、測(cè)量、參數(shù)識(shí)別、誤差修正有機(jī)的結(jié)合起來，有效的控制索力和標(biāo)高及主梁應(yīng)力，并能及時(shí)的修正各階段的誤差，避免誤差積累最終獲得了較好的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)和主梁線形。

參考文獻(xiàn)

[1]向中富.橋梁施工控制技術(shù)（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陳湛榮.混凝土斜拉橋仿真計(jì)算與施工控制[碩士學(xué)位論文].重慶交通大學(xué)，2008.

[3]徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭東.橋梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

[5]王成發(fā).斜拉橋成橋索力的探討及施工過程分析[碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)安大學(xué)，2008.endprint

【摘要】荔波官塘大橋?yàn)殡p圓環(huán)獨(dú)塔斜拉橋，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工監(jiān)控難度大。本文介紹了該橋的仿真計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，參數(shù)識(shí)別，索力調(diào)整等內(nèi)容，簡(jiǎn)單闡述了卡爾曼濾波法在施工控制中的運(yùn)用，并給出了該橋施工控制所取得的有關(guān)成果。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋；施工控制；索力

1. 工程概況

（1）荔波縣官塘大橋位處荔波縣城區(qū)東面，樟江大橋下游800m官塘大道上，是連接荔波縣城時(shí)來壩片區(qū)與老城區(qū)的重要橋梁。橋長(zhǎng)180m，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)K0+030.5，終點(diǎn)樁號(hào)K0+210.5?？鐝讲贾脼?5+85m雙拱式獨(dú)塔雙索面PC雙主梁式斜拉橋（無引橋）。橋梁設(shè)計(jì)等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面總寬32m，雙向四車道。

（2）主梁采用C55混凝土，為實(shí)體雙主梁截面。全橋采用等高度截面，截面高度均為2.24m（主梁中心線處）。標(biāo)準(zhǔn)截面縱向每隔8m設(shè)一道橫隔板。橋面劃分為8個(gè)施工梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)8m，合龍段長(zhǎng)2m，采用后支點(diǎn)掛籃懸澆施工。主塔為Q345D級(jí)鋼結(jié)構(gòu)，截面輪廓尺寸為3200×2500mm（橫橋向×順橋向），鋼箱壁厚J0-J2段為40mm，其余段均為30mm。鋼塔施工采用節(jié)段懸臂拼裝。全橋共設(shè)置2×9根水平索和4×9根斜拉索。橋梁的總體布置見圖1。

圖1橋梁立面布置圖2. 斜拉橋施工控制的一般方法

2.1事后調(diào)整控制法。事后調(diào)整控制法是指在施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，可以通過一定補(bǔ)救措施對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的方法。但是這種方法僅適用于那些結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線性能夠調(diào)整的特殊情況，斜拉橋可算是其中的一種。

2.2預(yù)測(cè)控制法。預(yù)測(cè)控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對(duì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)施工節(jié)段形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，使施工沿著預(yù)定的軌道進(jìn)行，直至施工階段順利完成的方法。這種方法適用于所有類型的橋梁，那些對(duì)已成結(jié)構(gòu)的狀態(tài)具有不可調(diào)整性的橋梁，其施工控制必須采用此種方法。如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂施工時(shí)，其已成節(jié)段的狀態(tài)是無法進(jìn)行調(diào)整的，只能對(duì)待施工的節(jié)段狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。由此可見，預(yù)測(cè)控制法是橋梁施工控制的主要方法。

2.3根據(jù)官塘大橋結(jié)構(gòu)和施工方法的特點(diǎn)，本橋采用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)”的方法系統(tǒng)的對(duì)其進(jìn)行施工控制。

3. 施工控制的工作內(nèi)容

3.1官塘大橋施工控制的工作內(nèi)容主要有一下四點(diǎn)。

（1）施工過程的仿真計(jì)算，目的是得到施工過程中全橋的理論數(shù)據(jù)。

（2）施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，目的是得到施工過程中全橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）施工過程的參數(shù)識(shí)別，在（1）和（2）所獲取的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上即可對(duì)大橋的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別得到每一施工階段的標(biāo)高和索力。

（4）施工過程的索力調(diào)整。

圖2全橋模型圖3.2施工過程的仿真計(jì)算。

（1）官塘大橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，主要是依據(jù)設(shè)計(jì)院所提供的圖紙，并在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行了必要的簡(jiǎn)化。在建模過程中，考慮到劃分網(wǎng)格的便利和以后觀察結(jié)果的需要對(duì)模型的塊體進(jìn)行了合理的劃

（2）將結(jié)構(gòu)劃分為183個(gè)平面梁?jiǎn)卧?217個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中主梁96個(gè)單元，塔座6個(gè)單元，主塔48 個(gè)單元，斜拉索27個(gè)單元用拉索單元模擬，橋墩6個(gè)單元。塔座與橋墩固結(jié)。掛籃利用軟件中的掛籃系統(tǒng)模擬，每套掛籃劃分為2個(gè)單元。在原已有結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用三維實(shí)體單元對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行了真實(shí)的模擬按照施工和設(shè)計(jì)所確定的施工工序以及設(shè)計(jì)所提供的基本參數(shù)，對(duì)施工過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，由此得到相對(duì)詳精確、詳盡和可靠的分析結(jié)果和控制數(shù)據(jù)。

3.3施工過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。為了隨時(shí)掌握在施工過程中的主梁和索塔的實(shí)際應(yīng)力、位移、斜拉索的索力，檢驗(yàn)和指導(dǎo)結(jié)構(gòu)計(jì)算，就必須在施工的過程中埋置應(yīng)力傳感器、拉索中的拉力傳感器，設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)。但在考慮這些元件的布設(shè)位置時(shí)，同時(shí)注意到今后全橋測(cè)試也能夠應(yīng)用。索力、應(yīng)力、溫度和位移觀測(cè)一般應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，即是說每次都要將所有的可測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并且是定時(shí)（在溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)刻，即如日出之前的早晨7點(diǎn)～9點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)試）測(cè)量，形成一套完整的觀測(cè)資料。

3.4施工過程的參數(shù)識(shí)別。由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的許多設(shè)計(jì)參數(shù)，如材料的彈性模量、結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變參數(shù)等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的參數(shù)不完全一致，以及施工中存在的各種誤差都會(huì)導(dǎo)致施工過程中主梁標(biāo)高、斜拉索索力偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且會(huì)隨著斜拉索懸臂的不斷延伸而逐漸累積，如果不加以及時(shí)有效的控制和調(diào)整，最終會(huì)造成合攏困難，影響成橋后的內(nèi)力和線形。為消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不確切所引起的施工中設(shè)計(jì)與實(shí)際的不一致性，在施工過程中應(yīng)采用最小二乘法和自適應(yīng)卡爾曼濾波法對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和調(diào)整。

4.1卡爾曼濾波法。本工程采用卡爾曼濾波法進(jìn)行偏差的處理和索力調(diào)整。卡爾曼濾波法類似一次張拉法，但當(dāng)前階段的張拉力不是原來的計(jì)算索力，而是根據(jù)變位的實(shí)測(cè)數(shù)值經(jīng)過濾波和反饋控制計(jì)算后給出的索力修正值。它把梁的擾度X看作隨機(jī)狀態(tài)矢量，索力U作為外加控制矢量，通過適當(dāng)?shù)倪x擇索力以控制最后梁端或塔頂位置達(dá)到某一指定值δ。因此，它對(duì)位置的控制是絕對(duì)的，對(duì)于索力的控制則是在滿足設(shè)計(jì)位置的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)內(nèi)能為最小條件下的最優(yōu)。

4.2索力測(cè)試。測(cè)試方法。 本橋采用微振法對(duì)索力進(jìn)行實(shí)測(cè)，該法測(cè)試速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單，綜合誤差可控制在5%以下。

微振法是通過測(cè)定拉索的自振頻率，由下式計(jì)算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——單位索長(zhǎng)的重量（Kg/m）

fn——索的第n階自振頻率（Hz）

l——索的計(jì)算長(zhǎng)度（m）

n——索自振頻率階數(shù)

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基頻

由于待測(cè)斜拉索數(shù)量多、索力大、并有多種規(guī)格， 因此擬采用微振法（也稱弦振法）進(jìn)行測(cè)試， 以滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)索力測(cè)定快速、準(zhǔn)確的要求。

4.3索力對(duì)比分析。

（1）本橋的仿真計(jì)算采用的是Midas-Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立的有限元模型，以設(shè)計(jì)成橋索力為合理成橋索力的目標(biāo)值，用倒拆——正裝迭代法反復(fù)調(diào)試確定初始張拉索力，最終計(jì)算成橋索力與設(shè)計(jì)索力如表1、表2。

（2）經(jīng)過一次調(diào)索后實(shí)測(cè)索力與設(shè)計(jì)索力見表3、表4。

（3）索力最大差值發(fā)生在水平索上游側(cè)Z4，大于設(shè)計(jì)索力225KN，偏大4.64%，小于設(shè)計(jì)要求5%的容許偏差值。

5. 結(jié)論

（1）針對(duì)官塘大橋的施工工藝，以有限元理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用土木工程專用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件MIDAS-Civil建立全橋模擬分析模型。并對(duì)斜拉橋施工控制的分析方法進(jìn)行了一定闡述。

（2）運(yùn)用事后調(diào)整法和預(yù)測(cè)控制法相結(jié)合，遵循“預(yù)測(cè)——施工——實(shí)測(cè)——對(duì)比——調(diào)整——預(yù)測(cè)” 的方法，把仿真計(jì)算、施工、測(cè)量、參數(shù)識(shí)別、誤差修正有機(jī)的結(jié)合起來，有效的控制索力和標(biāo)高及主梁應(yīng)力，并能及時(shí)的修正各階段的誤差，避免誤差積累最終獲得了較好的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)和主梁線形。

參考文獻(xiàn)

[1]向中富.橋梁施工控制技術(shù)（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陳湛榮.混凝土斜拉橋仿真計(jì)算與施工控制[碩士學(xué)位論文].重慶交通大學(xué)，2008.

[3]徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭東.橋梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

[5]王成發(fā).斜拉橋成橋索力的探討及施工過程分析[碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)安大學(xué)，2008.endprint