引 言

自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁作為一種較為新穎的橋梁結(jié)構(gòu)體系，通過(guò)斜拉橋與懸索橋相互協(xié)作，可以有效地避免斜拉橋和懸索橋分別作為大跨度橋型表現(xiàn)出了的不足，通過(guò)綜合它們的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足實(shí)際的工程設(shè)計(jì)要求。由于自錨式懸索—斜拉混合體系橋梁可供借鑒的實(shí)例較少，其結(jié)構(gòu)和邊界條件本身都比較復(fù)雜，因此，橋梁在施工時(shí)，必須對(duì)施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而獲取現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，通過(guò)與理論的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行糾正，保證施工過(guò)程與設(shè)計(jì)參數(shù)盡可能保持一致。

1、自錨式懸索—斜拉混合體系橋梁介紹

自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁是由懸索橋和斜拉橋組合而成的一種全新體系的橋梁，由主纜、斜拉索，加勁梁、索塔，吊索等構(gòu)件構(gòu)成整個(gè)橋梁的懸吊組合體系，成橋時(shí)，主要由主纜、斜拉索、加勁梁和主塔共同承受結(jié)構(gòu)的自重和外荷載。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁部分采用了混凝土結(jié)構(gòu)之后，不僅有效降低了橋梁的工程造價(jià)，而且提高了梁的強(qiáng)度和剛度。在結(jié)構(gòu)上采用懸索和斜拉結(jié)構(gòu)組合，因此同時(shí)具有懸索橋和斜拉橋的特點(diǎn)，整個(gè)橋梁體系的結(jié)構(gòu)受力就會(huì)異常復(fù)雜。另外，由于懸索和斜拉索結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的幾何非線性，在施工中主纜從空纜狀態(tài)到成橋狀態(tài)位移很大。自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁非線性比較明顯，理論計(jì)算和施工控制難度很大，所以自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁的在其施工期間應(yīng)該進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2、施工監(jiān)控概述

2.1 施工監(jiān)控的研究現(xiàn)狀

國(guó)外在這方面的研究比較早，現(xiàn)在已經(jīng)積累了較多經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的施工監(jiān)控方法一般為，建立監(jiān)測(cè)施工控制所需應(yīng)力、撓度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)的對(duì)橋梁施工時(shí)的應(yīng)力，撓度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，并傳回控制室，對(duì)這些參數(shù)數(shù)據(jù)分析整理，最后將分析結(jié)果返回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工控制?，F(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)逐漸向自動(dòng)監(jiān)控方向發(fā)展，并建立了自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)采集、精度控制支持和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和跟蹤分析。

2.2 橋梁施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

在橋梁的施工過(guò)程中，主要從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)橋梁的監(jiān)控，保證橋梁的設(shè)計(jì)要求。

(1)橋梁結(jié)構(gòu)變形

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形的控制主要表現(xiàn)在對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸，線性和合龍時(shí)的位移的控制。由于現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的缺乏，實(shí)際施工和設(shè)計(jì)總存在的一定的誤差，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形的實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)橋梁實(shí)際結(jié)構(gòu)變形與理論變形期望值之間的誤差，并進(jìn)行及時(shí)有效分析，得出結(jié)論，對(duì)后續(xù)施工進(jìn)行合理有效的指導(dǎo)和控制。

(2)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)控是保證橋梁安全的基礎(chǔ)。施工期間的應(yīng)力測(cè)試是一項(xiàng)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)各施工狀態(tài)下監(jiān)測(cè)截面的應(yīng)力值，準(zhǔn)確了解橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)控制截面的應(yīng)力狀況，從而對(duì)施工過(guò)程中各工況施工荷載變化情況進(jìn)行分析判斷，確保結(jié)構(gòu)施工安全。施工時(shí)的應(yīng)力測(cè)試截面可以根據(jù)施工計(jì)算的控制截面確定，常用的應(yīng)力控制截面有上部結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整過(guò)程中的最大正、負(fù)彎矩截面，成橋狀態(tài)的最大正負(fù)彎矩截面，主塔及其橫梁的應(yīng)力控制截面以及設(shè)計(jì)院從設(shè)計(jì)角度考慮的其它控制截面。

(3)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制

橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制主要包括粱體、高墩的局部和整體的屈曲穩(wěn)定以及施工過(guò)程中的傾覆穩(wěn)定性等方面的控制。對(duì)這些方面進(jìn)行有效的控制在保證橋梁的安全性上具有重要意義，但是，在橋梁的施工期間，不可避免的會(huì)發(fā)生一些意外事件，因此，除了前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有效的計(jì)算，對(duì)后期施工中的隨機(jī)因素還要有充分的認(rèn)識(shí)，并作出合理的評(píng)估。

2.3 橋梁施工監(jiān)控的主要方法

針對(duì)目前的研究現(xiàn)狀，根據(jù)控制論思想分類，橋梁施工監(jiān)控的主要方法有開(kāi)環(huán)控制監(jiān)控、反饋控制監(jiān)控和自適應(yīng)控制監(jiān)控。這三種方法針對(duì)不同的橋梁結(jié)構(gòu)，所起的作用不同，比如開(kāi)環(huán)控制對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的橋梁更有效，而預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁適合自適應(yīng)控制。它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)具體情況選取合適的監(jiān)控方法。

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是指利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)系統(tǒng)，它是一種大規(guī)模并行的非線性系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的特色在于信息的分布式存儲(chǔ)和并行協(xié)同處理。整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由許多并行運(yùn)算的神經(jīng)元組成。一個(gè)神經(jīng)元實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)自的信息處理單元，它可以劃分為輸入處理、活化處理和輸出處理三個(gè)環(huán)節(jié)。神經(jīng)元的處理過(guò)程是把每個(gè)輸入活性乘以用于該連接上的權(quán)值，并把所有這些加權(quán)輸入相加，獲得一個(gè)總輸入;通過(guò)輸入輸出函數(shù)把總輸入變換為輸出活性。雖然單個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，功能有限，單元的集合構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的行為和功能卻邑復(fù)雜的。因此，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過(guò)模型中適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)來(lái)模擬橋梁施工這樣的非線性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋粱結(jié)構(gòu)監(jiān)控的目的

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性、非局限性、非常定性和非凸性四個(gè)典型的特點(diǎn)，它們可以實(shí)現(xiàn)各自不同的功能。由于這些獨(dú)特的特點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性和存儲(chǔ)容量，加強(qiáng)系統(tǒng)的自適立、自組織和自學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)想記也的功能。

4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在施工控制中的應(yīng)用

4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)荷載的識(shí)別

荷載識(shí)別是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的前提?？梢愿鶕?jù)橋梁結(jié)構(gòu)上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳遞來(lái)的變形、應(yīng)變和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定信息對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載識(shí)別。通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)上有限點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)荷載進(jìn)行識(shí)別，是實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)之一。識(shí)別的快速性和準(zhǔn)確性是荷載識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)?？梢岳蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)比較強(qiáng)的非線性函數(shù)映射能力及其聯(lián)想記憶功能，模擬混凝土橋梁的荷載與撓度曲線，通過(guò)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，建立完善的混凝土橋梁模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于混凝土橋梁快速準(zhǔn)確的荷載識(shí)別。

4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別

通過(guò)前期對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的荷載識(shí)別，就可以進(jìn)行損傷的識(shí)別。通過(guò)損傷識(shí)別，修正橋梁結(jié)構(gòu)的的模態(tài)參數(shù)，為橋梁的安全可靠性評(píng)估提供有效依據(jù)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在獲得的較為充分的橋梁結(jié)構(gòu)荷載與裂縫信息基礎(chǔ)上，建立橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模型，粗略的估算結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的最大裂縫寬度，為后期的整體評(píng)估與應(yīng)急做好準(zhǔn)備。由于現(xiàn)在研究的局限性，在損傷定位方面還存在不足，這應(yīng)該是以后研究工作的重點(diǎn)。

5、小 結(jié)

自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁是一種樣式新型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋型，由于經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)其施工監(jiān)控是橋粱建設(shè)的重要內(nèi)容。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用它的特點(diǎn)，解決橋梁施工監(jiān)控復(fù)雜非線性和不確定系統(tǒng)的監(jiān)控問(wèn)題，對(duì)自錨式懸索一斜拉混合體系橋梁的施工過(guò)程進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)控制，為橋梁的安全可靠性建立可靠基礎(chǔ)。同時(shí)，由于研究的局限性，對(duì)自錨式懸素一斜拉混合體系橋梁施工中的很多問(wèn)題還沒(méi)有有效地解決，應(yīng)該加大研究力度，爭(zhēng)取有較大的突破，獲得更多新的發(fā)現(xiàn)。