劉家敏，崔英明

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

1 引言

19世紀(jì)中期以前，各種橋梁均采用有支架的施工法。雖然有支架施工最為簡(jiǎn)單可靠，但這使橋梁的跨越能力受到很大限制，采用此法修建的大多為中小跨徑拱橋和簡(jiǎn)支梁橋。19世紀(jì)中期，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和設(shè)計(jì)水平的提高，美歐等國(guó)修建了一些懸臂鋼桁梁，給懸臂施工即無(wú)支架施工方法提供了有力的依據(jù)。同時(shí)懸索橋的修建也開(kāi)始興起，并且直至20世紀(jì)中期它都成為大跨徑橋梁唯一采用的橋型。懸索橋的修建使得最典型、最完善的無(wú)支架施工得以廣泛采用。20世紀(jì)70年代，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土工藝的完善，德國(guó)工程師率先采用掛籃懸臂澆筑混凝土修建連續(xù)梁橋，為無(wú)支架施工方法奠定了基礎(chǔ)。在混凝土橋的施工中引入剛橋自架設(shè)體系的施工方法，使得混凝土橋梁(如T型剛構(gòu)、大跨度鋼筋混凝土拱橋、預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋)的修建以及橋梁的跨徑都得到了較大的發(fā)展。

隨著高速交通的迅速發(fā)展，有時(shí)不但要求橋梁有較大的跨越能力，同時(shí)還要使行車(chē)平順舒適，因此簡(jiǎn)支梁和多伸縮縫的T型剛構(gòu)不能很好地滿(mǎn)足要求，這使得大跨徑連續(xù)梁得到了迅速發(fā)展。因此可以說(shuō)，建筑材料性能、施工水平(尤其是自架設(shè)體系的產(chǎn)生)以及設(shè)計(jì)計(jì)算手段的提高，使修建大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋成為可能;而高速交通的發(fā)展，使修建大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有獨(dú)特的優(yōu)越性。于是，連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)運(yùn)而生。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋的適應(yīng)性與發(fā)展

連續(xù)剛構(gòu)橋的施工一般也都采取自架設(shè)的方法，其特點(diǎn)是梁體連續(xù)、墩梁固結(jié)和雙薄壁橋墩，既保持了連續(xù)梁無(wú)伸縮縫、行車(chē)平順的優(yōu)點(diǎn)，有保持了T型剛構(gòu)不設(shè)支座、不需體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，方便施工，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能滿(mǎn)足大跨徑橋梁的受力要求。另外，雙薄壁墩的柔性對(duì)橋梁承受溫度變形、減小墩身材料、削減墩頂負(fù)彎矩及增加施工穩(wěn)定性都有一定的益處。連續(xù)梁橋在跨越能力、拱橋在施工簡(jiǎn)易性以及斜拉橋和吊橋在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面都明顯不如連續(xù)剛構(gòu)橋。因此，鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋的諸多優(yōu)點(diǎn)和在工程應(yīng)用中良好的適應(yīng)性，盡管其起步較晚，卻發(fā)展很迅速。

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的回顧可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外修建大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的歷史相對(duì)稍早一些。1982年，美國(guó)的修斯敦(Houston)運(yùn)河橋跨徑為114+228.6+114m，主梁為雙室箱型斷面，剛性橋墩，這算跨徑較大時(shí)間較早的一座。1985年，澳大利亞建成的門(mén)道橋(Gateway)，跨徑為145+260+145m，采用了雙薄壁墩身、單室箱型主梁和50#高強(qiáng)混凝土。該橋保持世界第一達(dá)12年之久，是一座里程碑式的建筑，從此，連續(xù)剛構(gòu)橋的得到了蓬勃發(fā)展。

國(guó)內(nèi)較早的要算1988年建成的洛溪大橋，跨徑65+125+180+110m，主梁為單室箱型。1995年建成的黃石長(zhǎng)江大橋(162.5+3×245+162.5)m，1997年建成的虎門(mén)大橋輔航道橋(150+270+150)m，1999年建成的重慶黃花園大橋(137+3×250+137)m。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。

當(dāng)然，連續(xù)剛構(gòu)橋在發(fā)展中一個(gè)重要的問(wèn)題，就是要對(duì)較大跨徑橋梁的施工監(jiān)控，確保施工安全和成橋質(zhì)量。對(duì)于施工中遇到的問(wèn)題，如果處理的及時(shí)、得當(dāng)，不僅能提高施工安全性，保證施工質(zhì)量，還可以縮短工期，節(jié)省造價(jià);反之，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效處理施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，誤差不斷累積，不僅可能影響到施工安全，成橋質(zhì)量難以保證，還可能大大拖延工期和進(jìn)度，造成材料和巨額資金浪費(fèi)。

3 橋梁施工監(jiān)控方法簡(jiǎn)介

(1)結(jié)構(gòu)分析方法

結(jié)構(gòu)分析方法是指理論模型的建立及其計(jì)算方法，它包括結(jié)構(gòu)在各個(gè)階段內(nèi)力和撓度的計(jì)算、各施工階段控制參數(shù)的計(jì)算等。結(jié)構(gòu)計(jì)算是橋梁監(jiān)控的理論依據(jù)，目前主要有正算法、倒拆法、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法。

①正算法又稱(chēng)正裝計(jì)算法，它是按照橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際施工加載順序來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析的計(jì)算方法，也是應(yīng)用較多的計(jì)算方法。正算法采用與施工相同的順序，依次計(jì)算各施工階段架設(shè)時(shí)結(jié)構(gòu)的施工內(nèi)力和位移。然后根據(jù)一定的計(jì)算原則，選擇相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)作為未知變量，通過(guò)求解方程而獲得相應(yīng)的控制參數(shù)。只要計(jì)算參數(shù)選擇得當(dāng)，結(jié)構(gòu)按正算法所控制參數(shù)和順序施工完畢時(shí)，理論上的恒載內(nèi)力和主梁線型應(yīng)與預(yù)定的理想狀態(tài)基本吻合。

②倒拆法又稱(chēng)倒裝計(jì)算法，它是按照橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際施工加載順序的逆過(guò)程來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)行為分析的計(jì)算方法。它由成橋狀態(tài)(即理想的恒載狀態(tài))出發(fā)，按照與實(shí)際施工步驟相反的順序，進(jìn)行逐步倒退計(jì)算而獲得各施工階段的控制參數(shù)。結(jié)構(gòu)據(jù)此按正裝順序施工完畢時(shí)，理論上其恒載內(nèi)力和線型便可達(dá)到預(yù)定的理想狀態(tài)。倒拆法是斜拉橋施工計(jì)算中廣泛采用的一種方法，1958年在Theodon Nenss斜拉橋的施工設(shè)計(jì)中被首次提出。

③無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法有時(shí)也稱(chēng)零彎矩應(yīng)力法，它是運(yùn)用構(gòu)件或單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率保持不變的原理來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析的。橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)只是一個(gè)數(shù)學(xué)目標(biāo)，通過(guò)它將橋梁結(jié)構(gòu)安裝的中間狀態(tài)和終結(jié)狀態(tài)之間聯(lián)系起來(lái)，為分析橋梁結(jié)構(gòu)各種受力狀態(tài)提供了一種有效的方法。無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法較多應(yīng)用在懸索橋上。

(2)參數(shù)調(diào)整方法

在橋梁的實(shí)際施工中，理論模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)可能要存在某些偏差，例如，某施工階段橋梁理論模型所計(jì)算的內(nèi)力、撓度或標(biāo)高等指標(biāo)可能與真實(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)指標(biāo)存在一些偏差。為確保大橋的質(zhì)量，必須將這種偏差控制在容許范圍內(nèi);否則，就應(yīng)該對(duì)理論模型中的參數(shù)進(jìn)行修正并對(duì)后續(xù)施工進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。參數(shù)調(diào)整的方法很多，現(xiàn)介紹幾個(gè)比較常用的方法:

①參數(shù)識(shí)別與調(diào)整法這個(gè)方法是根據(jù)施工中結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)值對(duì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后將被修正過(guò)的設(shè)計(jì)參數(shù)反饋到控制計(jì)算中去，重新給出施工中的理論期望值，以消除理論值與實(shí)際值不一致中的主要部分。參數(shù)識(shí)別與調(diào)整法是最常采用的施工監(jiān)控方法之一。

②自適應(yīng)參數(shù)識(shí)別調(diào)整法自適應(yīng)參數(shù)識(shí)別調(diào)整法就是在人工參數(shù)識(shí)別調(diào)整方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用自動(dòng)控制的理論，通過(guò)建立適當(dāng)?shù)?、確定的數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、最優(yōu)控制和最優(yōu)估計(jì)。自適應(yīng)參數(shù)識(shí)別調(diào)整法即所謂的智能控制。

③最小二乘法 最小二乘法是由數(shù)學(xué)王子K.F.Gauss創(chuàng)始于1795年。此法認(rèn)為“未知量的最可能值是這樣一個(gè)值，它使得實(shí)踐值與計(jì)算值的差的平方乘以精度后所求得的和最小”。最小二乘法是理論體系和計(jì)算方法比較完善的傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，在橋梁施工監(jiān)控中主要用于設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和修正。在20世紀(jì)80年代后期將其應(yīng)用于斜拉橋的施工控制并取得成功。

④卡耳漫(Kalman)濾波法 卡耳漫(Kalman)濾波是美國(guó)學(xué)者Kalman.R.E.于1960年提出的，他將狀態(tài)空間的概念引入達(dá)隨機(jī)估計(jì)理論中來(lái)，把信號(hào)過(guò)程視為在白噪音作用下一個(gè)線性系統(tǒng)的輸出，這種輸入輸出關(guān)系用狀態(tài)方程來(lái)描述。在我國(guó)，上海市政設(shè)計(jì)院的林元培先生首次將它應(yīng)用于柳港大橋(斜拉橋)索力的監(jiān)控和調(diào)整過(guò)程中，重慶交通大學(xué)的顧安邦教授也率先將它應(yīng)用于黃花園大橋(連續(xù)剛構(gòu)橋)的施工監(jiān)控中，都取得了成功。

⑤回歸分析法 回歸分析也是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的常用方法。通過(guò)給定的誤差模式對(duì)系統(tǒng)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析計(jì)算，找出系統(tǒng)的最佳擬合方程，從而預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展變化。回歸分析包括一元線性回歸、一元非線性回歸、多元線性回歸，其理論和計(jì)算也比較完善。

⑥灰色系統(tǒng)理論法灰色系統(tǒng)理論就是以灰關(guān)聯(lián)空間為基礎(chǔ)的分析體系，它以現(xiàn)有信息或原始數(shù)列為基礎(chǔ)，通過(guò)灰過(guò)程及灰生成對(duì)原始數(shù)列進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理，建立灰微分方程即灰模型為主體的模型體系，來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展變化的一種預(yù)測(cè)控制方法?！吧贁?shù)據(jù)建?！笔腔疑到y(tǒng)理論的重要特點(diǎn)。此法由我國(guó)的鄧聚龍教授于1982年首先提出。

4 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋的產(chǎn)生有其歷史必然性，它具有良好的現(xiàn)代交通條件適應(yīng)性，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展較為迅猛。隨著大量連續(xù)剛構(gòu)橋的不斷涌現(xiàn)，其設(shè)計(jì)和施工控制水平日趨完善。同時(shí)，連續(xù)剛構(gòu)橋在設(shè)計(jì)理論、施工工藝、施工監(jiān)控等方面的理論研究也不斷深入，也在很大程度上保證了成橋質(zhì)量和施工安全。然而，其中一些局部問(wèn)題還有待于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和深入討論。

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