特大桥施工监控方案之模板设计

岔河特大桥

(88+168+88)m预应力混凝土持续刚构桥挂篮法悬臂施工

监

控

方

案

西安建筑科技大学

二零一三年十二月

目录

1、工程概况.........................................................................

2、施工监控的目的和意义.............................................................

3、施工监控口勺基本思绪和措施.........................................................

4、施工监控.........................................................................

4.1施工监控系统的建立..........................................................

4.2施工监控的重要内容..........................................................

4.3施工控制构造分析计算........................................................

前进分析法.....................................................................

4.3.2倒退分析法...............................................................

4.3.3拟采用的构造分析软件.....................................................

4.4施工控制误差分析.............................................................

4.4.1预测控制法..............................................................

4.4.2自适应控制法............................................................

4.4.3线形回归分析法..........................................................

误差分析.......................................................................

4.5主跨构造设计参数识别........................................................

4.6误差调整....................................................................

4.7有限元分析计算模型的优化....................................................

4.8稳定性分析..................................................................

4.9挂篮设计安全评估和静载试验：................................................

安全评估........................................................................

4.9.2静载试验..................................................................

4.10主梁位移监测.................................................................

4.11边跨现浇段和支座预偏设置.....................................................

4.12主梁正应力应变监测...........................................................

4.13主梁腹板主拉应力监测.........................................................

4.14承台和基础下沉量监控.........................................................

4.15材料力学指标试验的测定.......................................................

4.15.1弹性模量的测量：........................................................

4.15.2容重的测量..............................................................

4.15.3收缩、徐变系数和热膨胀系数测定..........................................

4.16钢绞线管道摩阻损失的测定.....................................................

4.17预应力钢绞线应力监测........................................................

4.18温度监测.....................................................................

4.18.1温度监测.................................................................

4.18.2温度变位的控制：.........................................................

4.19转换过程监测.................................................................

4.20重大设计修改.................................................................

5、施工控制的精度与总体规定..........................................................

5.1控制精度与原则...............................................................

5.2实行中的总体规定..............................................................

5.3施工监控预警系统

6、监控量测服务计划.................................................................

7,监控组织机构和管理措施

7.1施工监控管理系统

7.1.1建设单位

7.1.2设计单位

7.1.3施工单位

7.1.4监理单位

7.1.5监控单位

7.2施工监控组织机构

7.3质量管理措施

7.4安全管理措施

8,监控汇报.

1、ZfflWJL

岔河大桥位于贵州省兴义市晋安县和晴隆县境内，重要为跨越岔河沟谷而设。大桥起讫里程桩号为DK896+413.9〜

DK896+897.95,全长484.05m。桥梁设计纵坡0%、处在半径为11000m的平曲线上。桥跨构造为：主跨(88+168+88)m持续

刚构+引桥(33+56+33)m持续刚构。墩高在19〜103m之间。

桥梁下部构造为：桩基+承台+空心薄壁墩柱(实心墩)，桥台为空心桥台：桥梁上部构造采用预应力持续刚构和预应

刀持续刚构。

持续刚构梁体为单箱单室直腹板变截面箱梁，箱梁顶板宽12.0m,底板宽8.0m,顶板厚62cni,边跨端块处顶板厚由

62cm渐变至100cm,底板厚52〜110cm,腹板厚50-110cm,梁体全长315.8m,中跨中部18m梁段和边跨端部13.9m梁段

为等高梁段，梁高6.0叫中支点处梁高12.0m,0#段外其他梁段梁底卜缘按二次抛物线Y=6.0,6.0XX2/4900(m)变化，梁

体在支座处设横隔板，全联共设6道横隔板，隔板中部设孔洞。

伴随我国交通事业的不停发展，急需修建更多的高墩桥梁跨越大江大河和深谷，同步伴随预应力混凝土施工工艺的不

停完善，采用挂篮悬臂浇筑节段混凝土，实现无支架而靠自身构造进行施工的先进措施，使得预应力混凝土持续刚构桥得

到了更大的发展。

分段悬背浇筑法是目前国内外预应力混凝土持续刚构桥的重要施工措施。当桥梁下部构造施工完毕之后，从桥墩墩顶

部位浇筑箱梁0号块开始至全桥箱梁合拢，其间经历逐段立模浇筑混凝土节段，分批张拉预应力钢束，逐渐至全桥合拢的

较长施工过程。在这个施工过程中，对于高墩持续刚构桥，其施工阶段比较多，各个阶段的变形、内力、应力与墩高、荷

载大小、混凝土收缩、徐变、预应力筋应力损失、温度、施工误差、材料特性等多种原因有关，加之各阶段混凝土加载龄

期不一样的互相影响，从而会导致桥梁在施工过程中的每一状态不也许与设计状态完全一致，构造的受力变形过程体现为

季平衡的随机过程。大量荷载试验表明，其实测值总不不小于理论值，从强度角度来讲，具有安全储备，符合新建桥规范;

从变形的角度来讲，实际变形不不小于理论变形，实际刚度不小丁•理论刖度，假如仅用理论刚度来进行施工控制，就无法

实现构造的空间设计位置。因此，为了保证施工质量，必须对梁的整个悬浇过程进行施工控制，在施工过程中对构造内力

和变形不停进行监测，分析其与设计理论值间的关系，对施工过程和有关控制参数加以调整和控制，保证建成后的主梁线

形和构造的受力状态符合设计期望值，构造受力尽量处在最优状态。因此实行桥梁监控量测，和时、精确地提供施工控制

数据对桥梁H勺施工质量有着重要H勺意义。

同步为了保证桥梁施工安全，必须对悬浇的整个过程进行施工监控。由于桥梁所采用的施工措施均是按预定I内程序进

行。施工中的每一阶段，构造内力和变形处可以估计的，同步可通过监洌手段得到各施工阶段构造H勺实际内力和变形，从

而完全可以跟踪和掌握施工进程和发展状况。当发现施工过程中监测的实际值与计算H勺估计值相差过大时，就要进行检查

和分析原因，这样就防止了不安全事故I向发生。用以说施工监控量测是桥梁施工过程中的安全监测系统，为了保证施工安

全，监控量测必不可少，尤其对造价昂贵的大跨径持续刚构桥更为重要，

施工监控工作首先是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行：另首先是结合测试分析和模拟计算，对施工过程中构造

状态H勺变化进行有效的预测和控制，优化施工工序、保证工程质量。目前国内同类桥梁在建设中均进行了全面的监控工作，

充足反应了桥梁施工监控的重要性和必要性。

根据我单位施工监控的数座高墩持续刚构桥的经验，施工监控H勺基本思绪和措施可归纳如F：

（1）搜集设计和施工文献，对施工全过程进行模拟计算，得出各重要阶段的变形和应力状态II勺数据，并作数据分析

或图表文献进行奇存。

（2）协同设计、监理和施工单位优化预定的施工监控方案，制定实行细则，报送业主审查。

（3）做好监控前的准备工作，如：材料进场、设备购置.、仪器标定、传感器的安装、测试系统的调试等。

（4）对施工所涉和材料的性能进行试验和测定，掌握其弹性模量、收缩、徐变和热膨胀系数口勺变化规律，这些工作

将为施工监控中的计算过程提供可靠的通过实际修正H勺参数。

（5）对悬灌施工H勺重要设备一瓶T.挂篮进行变形分析研究和计算，并进行必要H勺静力荷载试验。

（6）实行监测：一是对施工过程中I向关键工序进行准时跟踪监测，保证关键施工工序的安全、可靠；二是阶段性状

态监测，当施工到某一相对稳定H勺状态时，测试构造的线形、变位以和应力状态。

（7）实行监控：对比施工模拟计算和阶段性监测I内实测值，分析偏差原因，运用实测参数和动力特性的测试分析参

数，并考虑收缩、徐变和环境作用H勺影响修正模拟计算值，对下一步施工的构造变形和应力状态进行预测，以确定下一阶

段的调整量。

监控程序如图1施工监控流程I冬所示。

图1施工监控流程图

4,施I雌

4.1施工监控系统的建立

桥梁施工控制的实行涉和到方方面面，因此必须事先建立完善、有效的）控制系统才能到达预期的控制目！1勺。桥梁施工

控制系统的建立和其功能确实定要根据不一样IKJ工程施工实际分别考虑，一般施工控制系统都具有管理与控制的功能，施

二控制系统由施工控制管理与施工现场控制两个分系统构成。施工控制系统如图2所示。

桥梁施工控制系统

施工控制分析支系统

施

施

工.

控_L

现

制

场

管

控

理施工状态监测与参数识别支系统

制

分

分

系

系

统

统

误差与实时跟踪分析支系统

图2施工控制系统框图

（1）施工控制管理分系统

大跨度桥梁施工控制是一种较大的系统工程，它必须具有足够的人力、物力、财力以和先进的管理手段才能使其正常

运行。桥梁施工一般要涉和到业主、设计、施工、社会监理、政府监督、施工控制等多种部门和单位，这些单位都将在施

二控制中起到不一样程度的作用，他们既分工负责又协同作战。本桥施T.控制管理系统如图3所示。

图3施工管理系统框图

（2）施工现场控制分系统

施工现场控制分系统是施工控制系统的关键，它包括整个施工控制内重要分析过程，具有数据比较、构造目前状态把

提、误差分析、参数识别、前进或倒退仿真分析、未来预测等功能。施工现场控制分系统由多种支系统构成。

①施工控制分析支系统

该系统是指采用专业软件对构造进行施工模拟计算分析，判断目前构造状态与否与实际相符和对未来状态进行预测。

②构造状态监测与参数识别支系统

构造状态监测是为控制模拟分析提供合理H勺基本参数。参数识别是为判断目前施工状态与否与设计值相符提供实际参

数。

③误差分析与实时跟踪分析支系统

施工控制中总存在误差，这些误差均将使施工偏离理想状态和控制目的。该系统重要功能是：对构造理想状态、实测

状态和误差信息进行分析并做作出最佳调整方案，使构造施工实际状态与设计理想状态的差值控制在:容许范围内；在计入

枸造参数调整修正值、构造初始状态最优估计值、构造施工误差、量测误差等信息后，通过控制模拟分析系统对构造施工

状态确定出超前预测控制值。

4.2施工监控的重要内容

（1）基础资料试验数据的搜集

①混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以和按规定规定的强度试验：钢筋混凝土容重。

②气候资料：晴雨、气温、风向、风速。

③挂篮支点反力和其他施工荷载在桥上布置位置叮数值。

以上数据由有关单位提供

（2）施工控制的市•要内容与技术路线

①主跨在施工过程中和成桥后的构造分析；

②施工控制误差分析：

③主跆构造设计参数识别；

④结合控制的实时跟踪分析；

⑤施工控制软件的简朴操作阐明；

⑥进度”•划安排：

⑦有限元分析计算模型的优化：

⑧墩身和箱梁施工过程中的稳定性分析：

@挂篮设冲方案安全性评估。

（3）施工监测的重要内容与技术路线

①施工挂篮静力荷载试验；

②构造截面的应力监测：

③险弹模、容重的测定和收缩、徐变、热膨胀系数确实定:

④高桥墩施T.监测;

⑤主跨构造施工监测：

⑥钢绞线管道摩阻损失的测定：

⑦温度监测：

⑧墩身稔定性监测；

⑨预应力钢筋应力监测：

⑩腹板主拉应力监测。

4.3施工控制构造分析计算

大跨度桥梁的施工均采用分阶段逐渐完毕H勺施工措施，构造最终形成必须经历一种漫长而又复杂的施工过程，对施工

过程中每个阶段的变形计算和受力分析是桥梁施工控制中最基本的内容,现阶段混凝土持续刚构桥施工控制计算措施有两

种：前进分析法和倒退分析法。

4.3.1前进分析法

又称止装计算法，是按照桥梁构造实际施工加载次序来进行构造变形和受力分析，它能很好的模拟桥梁构造的实际施

二历程，能得到桥梁构造在各个施工阶段的位移和受力状态，不仅可以月来指导桥梁设计和施工，并且为桥梁施工控制提

供了根据。

前进分析法的目的在于确定成桥构造的受力状态。这种计算的特点是：伴随施工阶段的推进，构造形式、边界约束、

荷载形式在不停H勺变化，前期构造招发生徐变，共几何位置也在变化，因而前一阶段状态将是本次施工阶段构造分析的基

础。

(1)基本原理

悬臂浇筑施工的预应力混凝上持续刚构桥的前进分析计第如下：

①确定构造初始状态：重要包括：中跨、边跨(次边跨)H勺大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、

约束信息、泡凝土徐变信息、施工监时荷载信息、二期恒载信息。

②基础、桥墩和0号块浇筑完毕：计算已浇筑部分在自重和外荷裁作用下的变形和内力。

③在每一种桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完毕，挂篮拆除。计算每一次悬朝浇筑时构造的变

形和内力，每一阶段计算均根据上一阶段结束时构造变形后的几何形状为基础。

④进行边跨合拢（次边跨合拢）、中跨合拢，计算这几种重要阶段构造的变形和内力。

⑤桥面铺装：计算二期恒载作用下构造的变形和内力。

综上所述，前进分析法具有如下几种特点：

①桥梁构造在作前进分析之前，必须先制定详细的施工方案，只有按照施工方案确定施工加载次序进行构造分析，

才能得到构造的各个中间阶段和最终成桥阶段H勺实际变形和受力状态。

②在构造分析之初，先要确定构造最初的实际状态，即以符合设计的实际施工成果（如跨径、标高等）倒退到施工

的第一阶段作为构造前进分析计算的初始状态。

③本阶段H勺构造分析必须此前•阶段H勺计算成果为基础，前一阶段的构造位移是本阶段确定构造轴线的基础，前'

种施工阶段构造受力状态是本阶段松造时差、材料非线性计算H勺基础。

④对混凝土徐变、收缩等时间效应在各个施工阶段中逐渐计入。

⑤在施工分析过程中严格计入构造几何非线性效应，本阶段结束时的构造受力状态用本阶段荷载作用下构造受力与

此前各阶段构造受力平衡而求得。

前进分析不仅可认为成桥构造的受力提供较为精确的成果，还为构造刚度、强度验算提供根据，并且可认为施工阶段

理想状态确实定、完毕桥梁构造施工控制奠定基础。

前进分析程序系统流程图如图4所示。

（2）几何非线性分析

几何非线性即是大位移问题。大多数大位移问题，构造内部的应变是微小小J,并且材料的应力应变关系基本呈线性的。

当荷载作用在桥梁构造的某个节点上，该节点将发生位移，荷载也随之移动，这种位移不仅变化了荷载相对于与该节

点相连接的杆件的作用方向，并且变化了荷载对构造上其他节点产生的弯矩。假如位移量大，就会严重的影响荷载对构造

产生H勺效应。因此，考虑几何非线性的影响对于大跨径桥梁构造分析是十分必要的。

图4前进分析流程图

（3）混凝土材料非线性分析

在大跨径桥梁中，钢筋混凝土构造无论是钢筋还是混凝土，都存在材料非线性问题，在精确理论分析中应当予以考虑,

它包括在短时间荷载作用下混凝土的非线性应力应变关系。

（4）混凝土收缩与徐变分析

混凝土H勺徐变、收缩与混凝土的构成材料和配合比，周围环境的温度与湿度，构件截面形式与混凝土养护条件，以和

混凝土I狗龄期均有关系，除此之外，还与混凝土水灰比，水泥种类和用量、构件与大气的接触面积等众多原因有关。

对箱梁构造而言，徐变的影响重要表目前如下几种方面：

①主桥箱梁在悬臂施工阶段，其受力图式为T型的静定构造悬臂梁，混凝土的J徐变是存在体J,主桥合拢后体系发生转

换时从前期构造继承卜米的应力状态所产生的徐变受到后期构造的约束，从血导致构造内力和支点发力的亶分布：

②由于徐变的作用使预应力钢束发生应力损失：

③由于徐变的作用，使箱梁发生徐变挠度，而悬臂施工阶段箱梁截而上的应力仅为弹性应力而无徐变引起H勺应力。不

过由于钢筋应力计埋在混凝土中，当混凝土发生徐变变形时，根据变形协调原理，钢筋应力计也要发生变形，其值与对应

时变形•致。因此，应当由应力计的总应变中扣除这时刻发生的混凝土徐变应变值作为混凝土H勺弹性应变实测应力计算参

数。

根据规范公式，本项目将结合试验成果，修正徐变与收缩的总效应，运用桥梁构造实用计算程序求算混凝土徐变、收

络影响的理论值。

在桥梁施工过程中，由于混凝土龄期短，混凝土徐变、收缩影响较大，必须加以分析和控制。

混凝土徐变收缩各影响原因在试验上的记录成果也有15斤20%的变异系数，并且试验的试件和试验环境往往与实际构

造物所处的条件相距很远，故精确度较低。公路桥规的徐变分析理论考虑了瞬时徐变、滞后弹性徐变以和塑性徐变三部分

徐变特性。可以采用递推分析法分析各阶段收缩徐变的影响。

4.3.2倒退分析法

也称倒装计算法，是按照桥梁构造实际施工加载次序的逆过程来进行构造分析，其目的是为了获得桥梁构造在各个施

二阶段理想的安装位置和理想的受力状态。即从成桥状态开始逐渐地倒拆计算得到施工个阶段中间的理想状态和初始状

态。

前进分析可以严格按照设计好的施工环节进行各阶段内力分析，但由于分析中构造节点坐标的变化，最终止构线形不

乜许完全满足设计线形规定。

实际施工中桥梁构造线形的控制与强度控制同样重要，线形误差将导致桥梁构造的合拢困难，影响桥梁建成后的美观

与营运质量。为了使竣工后的构造保持设计线形，在施工过程中用设置预拱度的措施来实现，而对于分阶段施工的持续刚

构桥，一般规定给出各个施工阶段松.造物控制标高（预抛高），以便最终使构造物满足设计规定。这个问题用前进分析是

徘以处理的，而倒退分析系统可以从主线上处理这•问题。

（1）倒退分析的基本原理

它的基本思想是：假定期£=%刻构造内力分充满足前进分析q时刻的成果，轴线满足设计线形规定。在此初始状态

下，按照前进分析的逆过程，对构造进行倒拆，分析每次拆除•种施工阶段对剩余构造的影响，在•种阶段内分析得到的

构造位移、内力状态便是该阶段构造理想的施工状态，所谓构造施工理想状态就是在施工各个阶段构造应有的位置和受力

状态，每段的施工理想状态都将控制着全桥的最终形态和受力特性：

①倒退分析时的初始状态必须由前进分析来确定，但初始状态中的各杆件的轴线位置可取设计轴线位置。

②拆除单元的等效荷载，用被拆单元接缝处的内力反向作用在剩余主体构造接缝处加以模拟，这些内力值可以由前进

分析计算来得到。

③拆除杆件后的构造状态为拆除杆件前的构造状态与被拆杆件等效荷载作用状态的叠加。换言之，本阶段结束时，

构造的受力状态用本阶段荷载作用下的构造受力与前•阶段构造受力状态相叠加而得，即认为在这种状况下线性叠加原理

成立。

④被拆构件满足零应力条件，剩余主体构造新出现H勺接缝面应力等于此阶段对接缝面施加的预加应力，这是对的进

行桥梁构造倒退分析的必要条件。

混凝土H勺收缩徐变与构造的形成历程有着亲密的关系，徐变应变不仅与混凝土的龄期有关，并且与作用在混凝土构件

上的应力应变有关。因而构造在进行倒退分析计算时，一般是无法直接进行徐变计算的。为了处理这一问题，一般是应用

下述的措施：在进行前进分析时，先不计混凝土收缩徐变的影响，计算出构造的内力和变形值，然后再计算出构造计入混

凝土收缩徐变后的内力和变形值，两者相减则可以得到每一阶段混凝土收缩徐变产生H勺内力和位移值，将其保留起来。接

者进行倒退分析，按阶段扣除前进分析时对应阶段混凝土时效的影响。

倒退分析程序系统流程如图5所示。

图5倒退分析流程图

（2）几何非线性分析

对于几何非线性十分明显的大跆度桥梁，一次倒装分析的结论并不是理想口勺初始状态。由于构造非线性的影响，要确

足构造的理想状态，就必须完毕倒装计算和正装计算的交替迭代过程，也就是用循环迭代迫近分析的措施。

循环迭代迫近分析措施是根据已知H勺设计成桥状态进行倒装分析，一位移反推构造的最初状态，由此得到第一次拟理

想初试状态，依此初试状态按施工次序进行正装计算，求出新的成桥状态。由于几何非线性II勺影响，倒装、正装一次分析

成果并不吻合，因此，规定反复多次进行正装计算、倒装计算，直到计算成桥状态与设计成桥状态一致。由此得到的收敛

值就是理想口勺初试状态。

（3）混凝土收缩与徐变的分析

倒退分析是桥梁施工阶段的计算措施。不过以往的倒退分析措施都无法计入徐变收缩对构造内力和变形的影响。原因

处徐变收缩计算在时间上只能是次序的，而倒退分析措施在时间上又恰好是逆序的。对于混凝土材料的桥梁（尤其是悬浇

的状况）假如在构造变位和内力计算中不计入徐变收缩的作用，引起的误差将是明显的。下面讨论徐变倒退分析措施:

徐变应力一一应变可以体现为:

£"）=誓&1+9"*。）+/“去空吗1+*,训

石（M）'加E(r)

dr(4-1)

式中：0e。）为初始时刻7°时的混凝土应力:

E”。）为龄期为工°时混凝土弹性模量;

徐变老化理论有一很重要的特性：已知构造初始时刻H勺内力可以求出徐变终了时构造内力；反之，已知构造徐变终了

时，由构造内力亦可求出构造H勺初始内力。这种特性是徐变弹性体理论和继效理论所不具有的，这就有也许考虑徐变影响

对桥梁进行倒退分析。在实际构造中应力与时间关系近似示于图6。

图6应力与时间关系图

图7中外表达。时刻H勺瞬时弹性应力，。，表达~。时段的徐变应力增量，实际构造中应力与时间关系

则第〃个时段的徐变即。一~4的徐变应变为

(4-2)

运用积分中值定理，有

-叫一仙）吟U+"%）］

(4一3)

令。,“=夕（乙，。）一。（乙T，。）

(4-4)

初〃=9（0，Q）一8。小，。）^夕/“，/」~（P1

I--

\2/V(4-5)

h-L=(C-i+6)/2

其中2

于是式（4-3）有

£n"工万8”+工下夕，，+才

i=0匕r=0乜匕中

(4-6)

而老化理论

夕”,不）=。⑺一夕⑶

(4-7)

这样，式（4-4）、（4-5）变换为

夕”=不"i=。（乙）-取心=

(4-8)

将上式代入式（3-8）,得:

/1T.b；

%=z

△。〃+F

r=0EE

纥(4-9)

司i二§6+/

令E一幺E

(4-10)

%=（6/与△。〃+3：/纥）

(4-11)

由图中看出可-是乙_1时刻的构造真实应力。

由于在倒退分析中，首先已知3.即乙时刻的构造真实应力，目前规定第〃阶段的徐变应力增量b：,于是需进行如

下变换

=0/石心。〃+。：/瓦(4-12)

万"=5一+°〃

式中:(4-13)

为第乙时刻的构造真切实应力;

^=E/[l-(l-p)A^J

(4-14)

称为倒退分析徐变弹性模量。

式(4-12)中b”为已知，夕为时效系数，因此与正装分析的方程类似，仅是徐变弹性模量有差异。方程＜4-12)

可按徐变增量法求出从而可以求得。时刻的构造真实应力。如此一步一步地进行倒退分析，可以确定当考虑徐变

影响时的主梁应力，进而可得主梁变形。

老化理论没有考虑弹性滞后的影响，假如采用改善的老化理论，即在老化理论徐变系数体现式中加上一常数C,即

能近似考虑弹性滞后的影响，则倒退分析亦是也许的。不过必须分两种状况进行分析。

当在〃时段即乙〜f”_o进行分析时，可按式＜4-12)进行分析，仅是。值应是改善老化理论导出的值。

在乙7时刻，即，~。1+。，因要拆除某一部分构造而产生瞬时弹性应力。这里应尤其注意倒退分析时应

刀符号,此时

%=/E)C+9：t/E)(l+C)

\*11U/

式中C为改善老化理论徐变系数体现式中H勺常数，因已知，因此可以求得乙T时刻H勺瞬时徐变压应力.

若采用改善老化理论来进行徐变倒退分析，那么，对于第〃时段应使用方程(4T2),而对于乙7时刻H勺瞬时弹性应

刀H勺瞬时徐变应力的分析应使用方程(4-15)。

本项目实行过程中使用老化理论分别计算成桥和成桥1000天后各阶段预抛高，以期消除成桥后混凝土徐变对箱梁挠

度的影响。应力监测时从应变计的总应变中扣除截至此时刻发生H勺混凝土的徐变应变值，得到构造的真实弹性应变值，再

求出其应力值。

4.3.3拟采用的构造分析软件

本项目拟采用Dr.Bridge分析软件和Midas/Civil分析软件进行构值分析。

(1)Dr.Bridge分析软件

Dr.Bridge系统是一套通用桥梁构造设计施工计算系统，具有强大时直线桥梁、平面斜、弯和异型桥梁设计与施工计

算功能，能进行多种构造体系的恒载与活载的线性与非线性构造响应计算，可以实现复杂的截面施工操作，可以有效地模

拟施工中采用的临时支架和挂篮设备，可以进行构造上下部共同作用的分析：并可以自动计算每根拉索的施工张拉力；可

以自动按照规范进行三种承载能力极限状态组合和六种正常使用极限状态组合（包括施工阶段组合V）,并根据需要进行

这九种组合的配筋计算或应力验算和强度验算和抗裂性验算：系统同步附有截面设计计算、活载横向分布系数计算以和基

础计算等模块。

（2）Midas/Civil分析软件

Midas/Civil是针对土木构造，尤其是分析像预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁构造形式，同步可以做

丰线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。是目前广泛使用的一种空间构造分

析程序，具有强大的构造分析功能。尤其合用于大型构造的空间内力分析，对动态加载和地震力分析具有独到之处。

4.4施工控制误差分析

持续刚构桥是施工一监测一识另!一调整一预告一施工的循环过程，其实质就是使施工按照预定的理想状态（重要是施

二标高）顺利推进。而实际上不管是理论分析得到的理想状态，还是实际施工都存在误差，因此，施工控制的关键任务就

是对多种误差进行分析、识别、调整，对构造未来做出预测。

4.4.1预测控制法

持续刚构桥在梁段浇筑完毕后出现的误差，除张拉预应力索外，基本上没有调整的余地，而只能针对已经有误差在下

一未浇筑梁端的立模标高上做出必要的调整。因此，要保证控制目H勺的实现，最主线的就是对立模标高做出精确的预测，

而预测控制法是持续刚构桥施工控制常用的措施。

预测控制法是指在全面考虑影响桥梁构造状态的多种原因和施T.所要到达的目的后，对构造的每一施工阶段（节段）

形成前后进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态免不了有误差存在，某种误差对施工目的的影响

则在后续施工状态的预测予以考虑，以此循环，直到施工完毕和获得与设计相符合的构造状态。这种措施合月于所有桥梁,

而对于那些已成构造状态具有不可调整性的桥梁施工控制必须采用此法，如悬臂施工的预应力混凝土持续刚构桥，其已成

节段的状态（内力、标高）是无法调整H勺，只能看待施工的节段预测状态进行变化。其基本构造如图7所示:

图7误差控制的基本构造

预测控制以现代控制论为理论基础，其预测措施常见的有k尔曼（Kalman）滤波法、灰色理论法等。

（1）卡尔曼滤波法:

甘尔曼滤波法H勺实质是从被噪音污染的信号中提取真实的信号，采用有状态方程和观测方程构成H勺线形随机系统的状

态空间来描述滤波器，并运用状态方程的递推性，按线性无偏最小均方误差估计准则，采用一套递推算法对滤波器H勺状态

变量作最佳估计，从而求得滤掉噪声后有用信号的最佳估计，即估计出系统的真实状态，然后用估计出来的状态变量，按

确定H勺控制规律系统进行控制。

（2）灰色系统理论控制法:

灰色系统理论控制法将灰色系统理论引入桥梁施丁控制中.灰色系统可以看作是在一段时间内变化的随机过程，环境

干扰将使系统行为特性量过度离散，为此灰色系统用灰色数生成对原始数据进行处理得到随机弱化、规律性强化了序列,

在此基础上以灰色动态GM模型作为预测模型，并和时对模型进行滚动优化和反馈校正。灰色预测控制有如下特点：

①灰色控制理论是基于系统发展变化的预测控制，是对构造参数和环境影响原因的预测控制，可根据需要把预测得

到的成果代入构造方程，从而求得构造H勺状态参数，这种预测控制措施符合构造实际状态，具有较高的精确性。

②灰色预测控制建模是少数据建模，是数据的新陈代谢建模，是一种实时控制。在处理措施上，灰色过程是通过原

始数据I为整顿来找数的规律的，是一种就数找数的现实规律的途径，而数理记录措施是按先验规律来处理问题，规定数据

越多越好，越据规律性越好。

③灰色预测控制站“采样瞬间规模”控制，其过程是：每采集一和新数据便建立一种新模型，随之更新一组模型参

数，因此控制过程也就是不停采集数据，小停建模，不停更新参数，不停预测，不停提高新模型卜的预测值的过程。这实

际时实采集模型参数的不停更新，来适应行为的不停变化、环境的不停影响、噪声I向不停干扰，因此这种控制措施具有较

强的适应性。

④灰色理论将无规律的原始数据进行生成，使其变成较有规律的生成数列再建模，还可以通过残差分析来调整、修

正、提高精度。

⑤灰色预测控制是后果控制、行为控制，不需要追究行为变化的原因，也不必将系统的控制行为与噪声加以分离，

即不必处置复杂的随机过程，这使得控制大为简化。

⑥影响主梁挠度变化的重要原因都具有灰色信息的特性。

4.4.2自适应控制法

鉴于持续刚构桥已完毕节段的不可控性以和施工中对线形误差的纠正措施有限，控制误差的发生就显得极为重要，因

此，采用自适应控制法对其进行控制也是很有效电自适应控制法的基本思绪是当构造的实测状态与模型计算成果不符时,

通过将误差的计算模型误差输入到参数识别算法中去调整计算模型的参数，使模型的输出成果与实测成果•致，得到修正

时计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。通过几种节段的反复辨识后，计算模型就基本与实际构造一致，从

而对施工过程进行有效控制。

4.4.3线形回归分析法

线形回归分析法是通过对悬臂荏梁挠度与悬皆长度、悬臂重量的一元线形回归处理或二元线形回归处理，总结建立挠

度线形回归数学模型。它可以用于分析箱梁挠度变形的规律，也可以用于预测待施工梁段的挠度。但它无法对温度和施工

引起的误爰进行修正，并且规定有较多有规律H勺数据才行，在梁段数比校少时所得到的回归曲线H勺精度难以保证。

4.4.4误差分析

误差分析流程如图8所示。

图8误差分析流程图

最小二乘法的基本原理

从整体上考虑近似函数〃(X入司所给数据点(演'')(i=0,1,…,m)误差，='(七)一'(i=o,日勺大小，常

月的措施有如下三种:

①是误差°=P（*一H（i=O,1,…,m）绝对值的最大值-J（即误差向量「二""1'…〃）的8_范数：

m

ZHI

②是误差绝对值的和，=0，即误差向量r的1—范数；

m

匕

③是误差平方和七°的算术平方根，即误差向量rH勺2一范数：前两种措施简朴、自然，但不便于微分运算，后

m

一种措施相称于考虑2—范数的平方，因此在曲线拟合中常采用误差平方和20来度量误差i（i=O,1,…，m）的整

体大小。

数据拟合的详细作法是：对给定数据（苞（i=O,l,…，m）,在取定的函数类①中，求P"）E①，使误差

（i=0,1,…,m）的平方和最小，即

从几何意义上讲，就是寻求与给定点（''-）（1=0,1,…,m）的距离平方和为最小的曲线y=〃（X）（图6-1）。函

数〃（外称为拟合函数或最小二乘解，求拟合函数〃（工）的措施称为曲线拟合的最小二乘法。

在曲线拟合中，函数类①nJ'有不一样的选用措施.

4.5主跨构造设计参数识别

这里所指的参数是一种广义H勺概念，既包括参数误差自身对应H勺参数，还包括通过其他方式可以参数化口勺施工误差,

参数调整以敏感性分析为基础。

对于悬浇与悬拼体系，影响挠度和预留拱度的参数虽然诸多，但有些参数在施工中I内变异相对却是不大H勺。如一股状

况下，施工过程中混凝土强度变异很小，其影响可以忽视。尚有些参数，虽然变异很大，难以把握，但其影响可以通过某

种措施滤除（如温度），在此也不考虑。对于参数调整应着重考虑H勺参数项有：①块件重量；②有效预加力：③弹性模量:

④混凝土收缩徐变；⑤合拢方式。对于这些参数假如在各施工阶段能获得其实际值，并将实际成果与原定理想状态比较,

就可以确定其调整量，卜面分别进行讨论。

（1）块件重量

块件重量变异重要由施工截面尺、」儡差或涨模产生。为确定块件实际重量，可预先在悬臂根部某截面17（距悬臂根

部约h/2处，h为悬臂根部梁高）的箱梁顶底板内埋置应力传感器（见图9）。

图9块件重量计算示意图

对于施工阶段K,在块件混凝土浇筑前后，观测到17截面顶、底板的应力变化量分别为

bps、Opx，令对应于顶、底板应力观测值0外、b川的悬臂端块件重量分别为P5、P「则：

其中：汽、上一一1-1截面顶、底板截面模量

L——块件重心到截面ITI向距离

块件实际重量则为：

夕=（2十2.）/2（4-16）

P=（（TW十bW.）/2L（4-17）

pxXpss

应力计是根据变形转换为应力的工作原理研制的，因此量测H勺应力值中会具有收缩、徐变的影响。但由于该项检测可

在混凝土浇筑前后完毕，时间很短，其影响也很小，这样确定的P,其精度取决于应力传感器与频率测定仪的精度，而与

温度变化和混凝土收缩徐变关系不大。

调整块重的另•有效措施是进行施工过程截面尺寸检测。施工控制中块重的调整措施为：随即状态计算时•律采用目

前状态的实际截面观测值。

（2）有效预加力

这里有效预加力系指力筋束张拉后瞬时损失完毕时的预加力。

在理论上，若在预加力张拉前后观测到IT截面顶、底板应力变化分别为（Tv,、（7,令对应于观测应力b、.，、（Tvv

时IT截面顶底板反算有效预加力分别为尸"、Fyx,则

Fys=ays/（1/A+e/Ws）

%=b./（l/A-e"）

(4-19)

其中：/，//；一一截面模量:

A---I-I截面面积:

e一一力筋束形心距IT截面形心的距离。

实际有效预应力则为

尸、.二（仁+/）/2

(4-20)

将式（4-18）、式（4-19）代入式（4-20）,可得:

AWcr.

F=-（'"+'v"v）

y2W、+

eAWx-eA(4-21)

然而在施工中，有效预应力量测值一般受外界影响较大。因此，实用的有效预加力调整还是通过引伸量和千斤顶油表

双控来实行。

（3）弹性模量

怦性模量是混凝土的物理参数，山规范或试验确定，但弹性模量的增长往往滞后于混凝土强度，当箱梁块件施工周期

较短时，对梁端挠度的影响非常大。确定泡凝十.弹性模量可以采用两种措施来进行。一种措施是试验，采集有代表性混凝

二集料和水泥，通过加载试验确定弹性模量和其增长规律。另一种措施是反算，可考虑在节段施工的某道工序前后（如混

凝土浇筑或预加力张拉前后），观测悬臂端H勺挠度变化值，根据工序施加的效应与挠度变化之间的关系反算弹性模量，但

这种措施很难得到满意的精度，这是由于挠度观测中具有混凝土收缩徐变H勺成分，此外尚有温度变化H勺干扰，相