攀枝花学院土木与建筑工程学院攀枝花市617000
摘要:施工监控的目的就是消除误差[5],使桥梁能够安全的合龙,使结构的受力在可以控制范围以内,在施工和运营中不发生过大的挠度和变形,避免对桥梁结构产生重大影响的错误。另外通过适时的检测可以了解关键测点,断面的内力和变形,为桥梁的施工能顺利的进行保驾护航。
关键词:斜拉桥;施工监控;方法;发展
一、斜拉桥合龙施工与控制的重要性和发展情况
斜拉桥超静定次数高,结构非线性特征明显,而且施工阶段的内力和线形对成桥以后的内力和线形的影响也很大,再加上合龙时候可能会伴有结构体系的转换,施工难度大,内力和线形的变化也比较复杂,难以控制。为了保证施工中机构的安全,稳定性,和消除那么多的不安全和不确定因素,达到安全合龙。斜拉桥的施工监测与控制已经成为了大跨度斜拉桥建造工作中很重要的一部分。
我国对桥梁合龙控制技术方面的研究起步较晚[5],20世纪50年才开始关注施工中的结构内力和线形的控制。1982年首次运用国外控制理论建成了上海柳港大桥,在建设中进行了梁挠度进行计算和控制,以及索塔偏位的监测控制。从此我国拉开了现代桥梁施工控制理论的研究序幕。上世纪八十年代后期初步形成了斜拉桥施工监测与控制的完整理论和系统。控制分析的方法是对桥梁的施工进行软件模拟,按照桥梁施工的实际施工步骤施加工况,或者按照设计的成桥状态步步倒拆,来分析结构的受力,并且通过现代的监测技术,对实测数据和理论研究数据对比分析,桥梁诸多参数的识别和估计,对桥梁的结构内力和线形按照理想状态进行了控制和调整,实现了施工和控制的良好配合。最后达到了内力和线型的控制目标。使得施工的时候有目标可参,施工监测与控制理论用于本桥取得的巨大成功,也为以后桥梁的施工控制的发展走出了最艰难的一部,里面的控制方法,计算方法以及监测方法都促进这桥梁更高,更大,跨域能力更强的方向发展,之后我们也出现了世界上跨度领先,技术领先的桥梁。这些桥梁的成功在于有更先进的施工方法和施工控制理论[3]。
近年来,随着施工技术的不断完善,施工监测和控制手段越来越多,斜拉桥施工控制的研究在我国取得了一定的进展,发展到现在形成了比较成熟的理论,按设计—施工控制理论计算—施工—监测—参数识别—预报的程序[2],对桥梁的施工全过程以及运营过程进行了监测控制。
在未来,斜拉桥控制技术在随着有限元软件技术的进步会逐渐的成熟,完善。随着计算水平的提高,高强度材料的研发,以后的桥梁肯定会朝着跨度大,自重轻的方向发展,同时给施工带来的难度会更大,所以对单索面斜拉桥的施工技术,施工监控技术的自动化,精确化研究就显得非常重要。
二、斜拉桥施工控制的方法和发展
根据桥梁的施工方法,桥梁施工难度,以及设计等级的不同,可以选择不同的控制手段。常见的施工控制方法,主要有:开环控制(确定性控制),(反馈控制)闭环控制,以及自适应控制[3]。
⑴开环控制
在控制之前预先建好桥梁的有限元模型,然后根据模型计算出成桥阶段荷载作用下的理想内力和变形。并且根据施工步骤计算出结构的预拱度,最后就是施工单位按照既定的预拱度进行施工。这种控制比较简单,它不用考虑施工过程中桥梁的实际受力状态。这是早期桥梁施工控制的方法,这种方法也可以用在中小型桥梁的施工控制中[3]。
⑵闭环控制
在很多大跨度桥梁的实际控制中,开环控制已经不能满足控制的精度的时候,是很难达到控制精度的。在复杂的桥梁结构施工时,结构状态误差的影响会随着施工的进行而越来越大[5],这些参数误差会慢慢叠加起来。可能会导致桥梁合龙以后的成桥状态与设计的几何线形和内力出现较大的偏差。
为了解决这样的误差,我们又想到了在施工中把测量的状态与理论的状态做比较,把上一阶段的结构状态作为下一阶段的初态的叠代。这样的控制把结构的实际状态经反馈计算来确定而形成了一个闭环反馈系统[3]。
⑶自适应控制
自适应控制是现代控制中常用的方法,比较适合大跨度和复杂结构桥梁的控制,自适应控制系统在闭环控制的基础上分析了计算参数与实际参数之间有偏差,然后通过对参数的估计和修正,并且将识别以后的参数用于下一节段的实时结构分析、重复循环,经过若干个施工阶段以后就会使得参数的取值趋于合理,使得软件模拟计算更适应于实际情况[3]。
国内外施工控制的技术发展还不完善,还有待进一步的研究,以上主要的控制方法都有没考虑到或者存在不合理之处。随着软件技术和计算机技术,以及新型材料的发展,桥梁设计和施工的要求也越来越高,桥梁的线形也成为了衡量一座桥好坏的标准之一,桥梁控制的方法和重点也应该在创新中不断的发展和完善。比如监控测量仪器更精密,测量更准确。另外数据采集更接近实际。其次是监控测量的自动化程度的提高,也会给施工监控的精度带来新进步。未来为了适应桥梁的发展要求,自动化科学化的控制方法是工程施工控制的发展方向[6]。
结语:随着软件技术和计算机技术,以及新型材料的发展,监控测量仪器更精密,测量更准确,数据采集更接近实际,监控测量的自动化程度的提高,也会给施工监控的精度带来新进步。未来为了适应桥梁的发展要求,自动化科学化的控制方法是工程施工控制的发展方向
参考文献:
[1]刘士林.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,2002
[2]韦远思.浅论桥梁施工质量的控制[J].科技资讯,2010,(27).
[3]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000
[4]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京:人民交通出版社,2003.
[5]向中福.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2000.
[6]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版社,2003.5.
[7]杨光昊,吴浪.大跨度斜拉桥发展趋势及动力特点[J]广东建材,2010.04