大跨度連續(xù)梁橋施工控制的主要目的是使成橋線形和內(nèi)力最大限度地滿足設(shè)計(jì)要求。影響大跨度連續(xù)梁橋施工控制精度的因素眾多。其中，在施工過(guò)程中，溫度是影響控制精度的一個(gè)非常重要的因素。目前施工控制方法主要有三種:一是采用糾偏終點(diǎn)控制法。二是應(yīng)用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制法，三是設(shè)計(jì)時(shí)給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力最大的誤差容許值控制法。

但隨著跨度的增大，從幾百m到3000m，加勁梁的高跨比越來(lái)越小，(1/40-1/300);安全系數(shù)也隨之下降，由以前的4-5下降為2-3。另外，由于其柔性大，頻率低，對(duì)風(fēng)的作用很敏感。由于缺乏必要的監(jiān)測(cè)和相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)，世界各地出現(xiàn)了大量橋梁損壞事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。浸沒(méi)在氣流中的任一物體，都會(huì)受到氣流的作用，這種作用通常稱(chēng)為空氣力作用。當(dāng)氣流繞過(guò)一般為非流線形(鈍體)截面的橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦旋和流動(dòng)的分離，形成復(fù)雜的空氣作用力。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度較大時(shí)，結(jié)構(gòu)保持靜止不動(dòng)，這種空氣力的作用只相當(dāng)于靜力作用;當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度較小時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)得到激發(fā)，這時(shí)空氣力不僅具有靜力作用，而且具有動(dòng)力作用。風(fēng)的動(dòng)力作用激發(fā)了橋梁風(fēng)致振動(dòng)，而振動(dòng)起來(lái)的橋梁結(jié)構(gòu)又反過(guò)來(lái)影響空氣的流場(chǎng)，改變空氣作用力，形成了風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制。當(dāng)空氣力受結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響較小時(shí)，空氣作用力作為一種強(qiáng)迫力，引起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng)空氣力受結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響較大時(shí)，受振動(dòng)結(jié)構(gòu)反饋制約的空氣作用力，主要表現(xiàn)為一種自激力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的自激振動(dòng)。當(dāng)空氣的流動(dòng)速度影響或改變了不同自由度運(yùn)動(dòng)之間的振幅及相位關(guān)系，使得橋梁結(jié)構(gòu)能夠在流動(dòng)的氣流中不斷汲取能量，而該能量又大干結(jié)構(gòu)阻尼所耗散的能量，這種形式的發(fā)散性自激振動(dòng)稱(chēng)為橋梁顫振。橋梁顫振物理關(guān)系復(fù)雜，振動(dòng)機(jī)理深?yuàn)W，因而橋梁顫振穩(wěn)定性研究也經(jīng)歷了由古典耦合顫振理論到分離流顫振機(jī)理再到三維橋梁顫振分析的發(fā)展過(guò)程。

一、古典耦合顫振理論

盡管由氣動(dòng)彈性影響所引起的機(jī)翼動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象早在人類(lèi)實(shí)現(xiàn)空中飛行夢(mèng)想的最初年代里已經(jīng)觀察到了，但是非定常機(jī)翼顫振理論直到20年代初才取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

Theodorsen機(jī)翼顫振理論

Bleich懸索橋顫振分析

KLoppel/Thiele諾模圖

Van der Put計(jì)算公式

二、三線橋梁顫振分析

Scanlan提出的非定常氣動(dòng)力計(jì)算模型較好地解決了非流線形截面的非定常氣動(dòng)力描述問(wèn)題，其中二維顫振分析最為簡(jiǎn)單實(shí)用。但是隨著橋梁跨徑的日益增大，結(jié)構(gòu)剛度急劇下降，特別是側(cè)向剛度的下降，導(dǎo)致了側(cè)彎與扭轉(zhuǎn)振型緊密耦合。此外，結(jié)構(gòu)各階自振頻率的差異很小，兩個(gè)或兩個(gè)以上振型參予顫振的可能性逐漸增加，因此，為了提高橋梁顫振分析精度，有必要尋求更精確的三維橋梁額振分析方法。

1、時(shí)域分析法

盡管橋梁顫振分析一般是在頻域內(nèi)進(jìn)行的，但是也出現(xiàn)了一些時(shí)域分析方法。早在70年代初，Scanlan，Behveau和Budlong采用飛行器設(shè)計(jì)中的傳遞函數(shù)首先提出了全時(shí)域分析方法，Bucher和Lin將這種方法推廣到了耦合模態(tài)顫振。但是，這一方法的主要困難在于尋找與實(shí)驗(yàn)所確定的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)相對(duì)應(yīng)的合適的過(guò)渡函數(shù)，特別是當(dāng)截面為非流線型時(shí)，難度更大。近年來(lái)。人們之所以投入了大量的精力從事開(kāi)發(fā)有效的非定常氣動(dòng)力的時(shí)域表達(dá)式，主要是因?yàn)檫@種時(shí)域表達(dá)式既可與有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算模型相結(jié)合又能包含幾乎所有的非線性因素，而這些非線性因素以前是一概忽略的。時(shí)域方法的發(fā)展是與諸如日本Akashi橋、丹麥Storebraelt橋和意大利的Messina橋等超大跨度橋梁的規(guī)劃和設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系在一起的。

2、多模態(tài)耦合顫振

三維橋梁顫振分析更多地是采用頻域分析方法。放棄片條假定后的三維橋梁顫振分析方法的應(yīng)用還只有很短的歷史，這種分析主要通過(guò)兩種不同的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn):第一條途徑是將頻率或時(shí)域內(nèi)的非定常氣動(dòng)力直接作用到結(jié)構(gòu)的三維有限元計(jì)算模型上，一般稱(chēng)為直接方法I第二條途徑是把結(jié)構(gòu)響應(yīng)看作是分散在各階模態(tài)上的影響，然后將各階模態(tài)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)疊加起來(lái)，稱(chēng)為模態(tài)疊加法。

3、全模態(tài)顫振分析

全模態(tài)顫振分析方法是由本文作者提出的一種適合于大跨度橋梁顫振計(jì)算的方法，它是在scanlan非定常氣動(dòng)力假定基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一種頻域內(nèi)顫振分析的精確方法，是對(duì)多模態(tài)顫振分析的一種推廣

三、橋梁安全監(jiān)測(cè)的意義

1994年10月韓國(guó)漢城發(fā)生了橫跨漢江的圣水大橋中央斷場(chǎng)50m，其中15m掉入江中，造成死亡32人、重傷17人的重大事故。據(jù)稱(chēng)造成橋梁在行車(chē)高峰期突然斷裂的原因是長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，鋼梁螺栓及桿件疲勞破壞所致。

1940年完工的主跨853m的塔可馬大橋(Tacoma Narrows)，只使用了三個(gè)月，便在19m/s的風(fēng)速下成了塌橋事故:1951年主跨1280m的金門(mén)大橋于風(fēng)速15-1520m/s時(shí)因振動(dòng)而造成橋體部分損壞，過(guò)去十幾年里，我國(guó)已建成一批大跨度橋梁，僅上海就有南浦、楊浦和徐浦大橋等具有世界先進(jìn)水平的橋梁，另外，香港的青馬大橋和虎門(mén)的虎門(mén)大橋又是我國(guó)首次建立的懸索橋，近年來(lái)我國(guó)特別是沿海地區(qū)交通發(fā)展迅速。迫切需要建立一大批大跨度橋梁。為了確保這些耗資巨大，與國(guó)計(jì)民生密切相關(guān)的大橋的安全耐久，必須對(duì)這些大橋進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)。

四、橋梁位移監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)狀

大跨度橋梁受風(fēng)荷載，車(chē)載，溫度和地震影響較大，而在沿海地區(qū)一般無(wú)地震，主要受臺(tái)風(fēng)，車(chē)載和溫度的影響，為保證其在上述條件下的安全運(yùn)營(yíng)，必須研究橋梁在上述條件下的實(shí)際位移曲線，而目前對(duì)風(fēng)的研究?jī)H局限于理論和模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)橋在風(fēng)作用下的研究還不充分，對(duì)車(chē)載的研究也只是在特定時(shí)間和空間下進(jìn)行。主要原因是測(cè)試儀器的不合理.對(duì)大橋不能連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的儀器主要有:經(jīng)緯儀、位移傳感器、加速度傳感器和激光測(cè)試方法。

上海楊浦大橋就采用的是全站儀自動(dòng)掃描法，對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行7s一周的連續(xù)掃描，其缺點(diǎn)是各測(cè)點(diǎn)不同步以及大變形時(shí)不可測(cè)。位移傳感器是一種接觸型傳感器，必須與測(cè)點(diǎn)相接觸，其缺點(diǎn)是對(duì)于難以接近點(diǎn)無(wú)法測(cè)量以及對(duì)橫向位移測(cè)量有困難。

加速度傳感器，對(duì)于低頻靜態(tài)位移鑒別效果差，為獲得位移必須對(duì)它進(jìn)行兩次積分，精度不高，也無(wú)法實(shí)時(shí)。而大型懸索橋的頻率一般都較低。激光法測(cè)試精度較高，但在橋梁晃動(dòng)大時(shí)由于無(wú)法捕捉光點(diǎn)也無(wú)法測(cè)量。

五、橋架空全監(jiān)測(cè)的理論研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)檢測(cè)手段可以對(duì)橋梁的外觀及某些結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果一般也能部分地反映結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)，但是卻難以全面反映橋梁的健康狀況，尤其是難以對(duì)橋梁的安全儲(chǔ)備以及退化的途徑作出系統(tǒng)的評(píng)估。此外常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)也難以發(fā)現(xiàn)隱秘構(gòu)件的損傷。目前得到普遍認(rèn)同的一種最有前途的方法就是結(jié)合系統(tǒng)識(shí)別，振動(dòng)理論，振動(dòng)測(cè)試技術(shù)，信號(hào)采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法。

在系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別方面目前普遍采用兩種方法:頻域法和時(shí)域法。頻域法利用所施加的激勵(lì)和由此得到的響應(yīng)，經(jīng)過(guò)FFT分析得到頻響函數(shù)，然后采用諸如多項(xiàng)式擬和的方法得到模態(tài)參數(shù)，由于可以采用多次平均來(lái)消除隨機(jī)誤差對(duì)頻響函數(shù)的影響，采用頻域識(shí)別方法的精度有一定的保證。

大跨度橋的應(yīng)用研究已經(jīng)十分廣泛和深入，國(guó)內(nèi)在許多方面與國(guó)外還有一定的差距，這就要求我們工程技術(shù)人員還要加倍的努力，以達(dá)到世界先進(jìn)水平。