关于预应力混凝土桥梁施工控制的探讨

关于预应力混凝土桥梁施工控制的探讨

赵胜豪

江门市政企业集团有限公司广东江门529000

摘要：本文主要是研究预应力混凝土桥梁的施工控制方案和实时检测监控方法基本方法，为预应力混凝土桥梁的施工提供理论依据依据。

关键词：预应力混凝土桥梁；施工控制；正装分析法

近年来，我国路桥建设的发展速度加快，预应力混凝土桥梁在国内已经非常普遍，施工技术也相对成熟，但是其施工过程比较复杂，工期较长，再加上各种无法预测的自然条件的影响，都在一定程度上危及了桥梁的安全性能，所以，为了能够更好地确保施工质量，就必须对桥梁结构的施工过程进行必要的控制.桥梁施工的工作内容复杂，需要工程师精心设计，其内容包括质量控制、应力控制、几何控制和安全控制等，其中最重要的是对桥梁整体的质量控制，必须抓好质量控制管理工作，消除桥梁施工在质量方面的安全隐患。

一、施工控制内容

预应力混凝土桥梁施工控制主要包括三个方面的内容，分别是结构的稳定性控制、结构的应力控制及结构的变形控制。线性控制就是为了确保成桥后的线性趋于设计线形而严格控制每段的垂直偏移和横向位移；内力控制在施工过程中主要控制主梁以及成桥后的应力，特别是合龙时的控制，使其不会太大而偏于不安全，并满足设计要求；桥梁的稳定性主要包括桥梁的稳定计算、施工各阶段的局部和整体稳定着三个方面。

二、施工控制影响因素

桥梁施工的最主要目的是使施工的实际状态最大限度的趋于理想状态（线性和受力）。为了达到上述目的，有必要充分了解可能会导致施工状态偏离理论状态的各种因素，能使其有效地控制实际结构。

（一）结构参数

结构参数是控制过程中结构施工模拟分析的基本参数，分析结果的准确性直接影响到准确性。结构参数包括结构构件的横截面尺寸、结构弹性模量、材料的密度、热膨胀系数、施工负荷和预应力或索力。

（二）施工工艺

施工控制是为施工服务的，反过来，控制目标的实现主要取决于施工的好坏。

除了要求施工过程中的工艺必须满足要求外，它必须在施工控制中计入不理想的施工条件和由生产、安装等结构而引起的误差，从而使施工状态保持在控制之中。

（三）施工监测

桥梁施工监控的最重要手段之一是检测。检测主要有两种，一种是应力检测，另外一种是变形检测。由于在检测过程中测量安装、测量仪器、测量方法、数据采集以及环境等因素的影响存在误差，所以整个结构检测也存在误差。这些误差可能会使结构的实际参数与理想的有一定差距。

（四）结构计算分析模型

无论使用什么分析方法和手段，都要对实际桥结构和建立计算模型进行简化，简化的计算模型和实际情况之间存在一定的误差，主要包括各种假设之间的误差、边界条件，所建模的本身精度等。如果想要控制则需要在这方面做大量的工作，同时还要做特殊的测试研究，这样做的目的是将一次计算模型误差影响减少到最低限度。

（五）温度变化

温度变化是影响桥梁结构的受力和变形的最主要因素，随着温度的变化而变化，并在不同时间对结构（应力，应变）的进行测定，假设在施工控制中忽略了温度的影响，与控制理想状态相比，就不能够得到真实的数据，并且难以确保控制的有效性，因此，我们必须考虑温度变化对桥梁结构受力和变形的影响。

（六）材料收缩、徐变

材料的收缩、徐变对混凝土桥梁结构的内力、变形有很大的影响。主要是由于大跨径桥梁施工中混凝土普遍存在加载龄期小、各阶段龄期相差大等引起的，并要控制重要的各个阶段之间放入量小，以采取合理的适应实际的计算模型和徐变参数。

三、桥梁结构的理论计算分析

桥梁结构的理论计算通常是通过有限元方法分析，主要是对每个施工条件下的位移以及各个链段的横截面的应力进行分析，作为用于监测和施工控制的基础。目前计算桥梁施工控制的结构计算方法有三种，分别是正装分析法、倒装分析法以及无应力状态计算法。

为了计算桥梁结构成桥后的受力状态只能根据实际情况，并通过逐步阶段的施工方案进行计算，以获得成桥结构的最终应力状态。正装计算方法可以模拟桥梁结构的实际结构，得到桥梁各个不同建造阶段的位移和应力状态。同时，能较好地考虑非线性问题和混凝土收缩、徐变蠕变等其他问题。对干预应力混凝土桥梁，首先必须进行正装计算。

正装计算法可以严格按照所设计的施工步骤进行各阶段内力分析，但由于分析中结构节点坐标的迁移，最终结构线形不可能完全满足设计线形。施工预拱度应按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程（倒装计算法）来进行结构行为计算和予以确定。只有按照倒装计算方法计算出的桥梁结构翻各个阶段的中间状态去指导施工，才能使桥梁成桥状态满足设计要求。

无应力状态法是在桥结构的无应力长度和相同曲率的基础上，把施工各个阶段的中间状态和桥梁的成桥状态相互连接，这种方法特别适用于干大跨度拱桥和悬索桥的施工控制。

在有限元分析时，要根据其结构特点来进行建模。在一般情况下，大跨度预应力混凝土梁桥可以按照空间（平面）梁单元分析。选择使用分析软件时，应使用得程序应该被视为有利于该工程，应当选用在国内和国外有知名度的有限元分析软件，例如博士桥梁、ANSYS、COS-MOS、SUPSAP、GQJS等软件用于计算和分析，这些软件具有之前和之后良好的处理功能。结构载荷应包括：混凝土配重、挂篮自重及钢筋、人员和装备的重量、挂篮移动各施工阶段的施工荷载，还要考虑到二期恒载的重力；预应力索力、温度负荷，风荷载和在结构形成过程中的相关负载，如混凝土收缩的徐变等的形成。这些负载会引起结构变形和附加应力。通常，检测的依据是正装计算的几过，预拱度控制的依据是倒装计算的结果。

四、桥梁施工误差调整

通过机构有限元的倒装计算分析可以明确各施工阶段中的桥结构的中间理想状态，这种理想状态是我们希望实现的施工目标，但在实际施工中，实际的状态和期望的状态总有一定程度的误差。究其原因，主要是由于设计参数误差，施工误差测量误差，结构分析模型误差和与具体的时间进程有关的混凝土收缩、徐变致等其他因素所影响。我们对预拱度控制所解决最重要的问题是减小实际状态和理想状态之间存在的一定偏差，误差是否能减小就取决于我们选用什么理论和方法来分析这些误差，并且用这些方法来调整误差，控制其影响因素以便得到更准确的结构。基于现代系统工程学的理论，桥梁建设是一个复杂的动态系统，运用现代控制理论，依据结构的理想状态，现场测量状态和错误信息进行误差分析，并制定出可调变量最佳适应方案，指导施工现场调整，从而使实际状态的结构施工趋于理想状态。完成这一步骤后，可以根据目前施工阶段的实际状态接着进行正装与倒装计算一直到成桥状态，预计未来施工中可能出现的应力和应变状态，这个就是施工控制的两大任务：即首先对结构有一定的预测以及在成桥后进行调整。为了完成施工控制的两大任务，桥梁施工控制通常采用理论的方法主要有三种，即Kalmarl过滤法、灰色理论法和最小二乘法。

参考文献

[1]徐君兰主编.大跨度桥梁施工控制.人民交通出版社.2000年8月.

[2]向木生,张世飙，张开银，沈典栋，沈成武.大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技术中国公路学报[J],2002,10:38-42.