陳 強(qiáng)，王戰(zhàn)國，張德海

（1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢430010；2.寧波杭州灣新區(qū)開發(fā)建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315336）

0 引言

橋梁施工監(jiān)控是對施工過程中的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測和調(diào)控，通過施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)測試，有限元軟件的計算分析及成橋狀態(tài)預(yù)測得出合理的反饋控制措施，確保橋梁系統(tǒng)處于可控狀態(tài)，保證橋梁的施工安全與施工進(jìn)度計劃，為施工過程提供決策技術(shù)依據(jù)，為結(jié)構(gòu)行為控制提供理論數(shù)據(jù)，也為結(jié)構(gòu)受力提供預(yù)警，從而全面正確地指導(dǎo)施工，確保施工成橋狀態(tài)線形、內(nèi)力與設(shè)計目標(biāo)值相符，有效地控制橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

1 工程概況

本文以濱海大道跨十塘橫江橋為研究背景，該橋為三跨連續(xù)鋼桁梁橋，橋長224m，橋梁寬度為41.5m，整幅布置。主橋上部結(jié)構(gòu)為（62+100+62）m，三跨連續(xù)鋼桁梁，橫斷面采用兩片主桁布置，主桁中心間距25.8m。主桁下弦為平直線，主桁上弦采用二次拋物線變高，中間支點處桁高為18m，跨中及梁端桁高為7m。圖1所示為濱海大道跨十塘橫江橋立面示意圖。

2 施工監(jiān)控方法及工作內(nèi)容

2.1 施工監(jiān)控方法

圖1 濱海大道跨十塘橫江橋立面示意圖（單位：cm）

該橋?qū)儆谶B續(xù)鋼桁梁橋，在施工過程的每一環(huán)節(jié)中，需嚴(yán)格保證各個構(gòu)件內(nèi)力、截面應(yīng)力均不得超出規(guī)范規(guī)定值[1-3]。連續(xù)鋼桁梁橋的施工監(jiān)控就是在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求下，對橋梁施工各個環(huán)節(jié)主要控制參數(shù)進(jìn)行計算，形成參考數(shù)據(jù)，指導(dǎo)下一階段施工，對結(jié)構(gòu)幾何變形、應(yīng)力進(jìn)行雙控，使成橋線形和內(nèi)力符合設(shè)計要求[4]。通過施工監(jiān)控對成橋目標(biāo)進(jìn)行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求。該項目采用的施工監(jiān)控方法為自適應(yīng)控制方法[5]，該控制方法全面考慮橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和設(shè)計目標(biāo)，在閉環(huán)反饋的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)辨識過程，當(dāng)現(xiàn)場量測發(fā)現(xiàn)偏差，把發(fā)現(xiàn)的誤差輸入?yún)?shù)識別算法，程序可以自動結(jié)算計算模型的參數(shù)，并對模型做出適應(yīng)性修正（仿真），使模型輸出結(jié)果與當(dāng)前狀態(tài)盡量一致后，重新計算以后各施工階段理想控制狀態(tài)，按照反饋信息對結(jié)構(gòu)后續(xù)工程、工序進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整控制，從而實現(xiàn)監(jiān)控的全過程仿真。仿真分析自適應(yīng)橋梁施工監(jiān)控程序編制的基本原理如圖2所示。

2.2 施工監(jiān)控內(nèi)容

該橋施工過程中構(gòu)件受力狀態(tài)多變，要保證橋梁施工過程的安全，必須采用合理的計算方法和施工監(jiān)控方法來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每一階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)，使各施工工況及最終的成橋線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

圖2 基于自適應(yīng)原理仿真施工控制程序編制原理示意圖

2.2.1 橋梁施工計算內(nèi)容

（1）成橋狀態(tài)線形和內(nèi)力控制目標(biāo)；（2）鋼桁架節(jié)段的定位坐標(biāo)；（3）鋼桁架在各施工階段下的線形和內(nèi)力；（4）鋼桁架在施工過程中的穩(wěn)定性計算；（5）橋面縱橫梁各施工階段下的線形和內(nèi)力；（6）溫度影響計算；（7）鋼桁架線形的敏感性分析；（8）合龍階段的線形調(diào)整計算；（9）施工過程中施工誤差分析；（10）成橋后線形和內(nèi)力狀態(tài)分析；（11）附屬工程階段的線形調(diào)整計算。

2.2.2 現(xiàn)場監(jiān)測內(nèi)容

施工監(jiān)測是施工監(jiān)控的基礎(chǔ)，包括設(shè)計參數(shù)監(jiān)測、幾何狀態(tài)監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、穩(wěn)定性監(jiān)測和溫度監(jiān)測等幾個部分。主要通過在結(jié)構(gòu)的主要監(jiān)測部位埋設(shè)各種性能的傳感器和相關(guān)的測試儀器獲得大量的數(shù)據(jù)，利用高效計算機(jī)程序，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，確定每一階段的施工參數(shù)，實現(xiàn)橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形同時達(dá)到設(shè)計預(yù)期值，保證施工質(zhì)量和安全。

（1）變形測試

變形監(jiān)測的目的主要是獲取已形成的結(jié)構(gòu)的實際幾何狀態(tài)，對施工控制、預(yù)報非常關(guān)鍵。其中包括：鋼桁架線形監(jiān)測、橋面縱橫梁線形監(jiān)測等。監(jiān)測關(guān)鍵截面為：支點截面、邊跨1/4跨截面、邊跨跨中截面、中跨跨中截面、中跨1/4跨截面、中跨1/8跨截面。

（2）應(yīng)力測試

鋼構(gòu)件在施工過程中要經(jīng)歷多種受力狀態(tài)，因此，對鋼桁架、橋面縱橫梁的應(yīng)力監(jiān)測至關(guān)重要，在鋼桁架及橋面縱橫梁上布置若干應(yīng)變片來保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。在濱海大道跨十塘橫江橋鋼桁架的架設(shè)過程中，測試關(guān)鍵受力桿件應(yīng)力，并與監(jiān)控計算值進(jìn)行比較，及時采用相應(yīng)施工措施控制調(diào)整，確保大橋安全優(yōu)質(zhì)地架設(shè)完成。

（3）穩(wěn)定性監(jiān)側(cè)

濱海大道跨十塘橫江橋是一種主要由拉壓桿件組成的空間桿體系。對于該體系的失穩(wěn)現(xiàn)象表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)或局部失穩(wěn)。針對以上兩種在施工過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)狀態(tài)需進(jìn)行監(jiān)測，保證橋梁施工的安全進(jìn)行。

（4）溫度影響測試

由于溫度對結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力的影響均較為顯著，溫度對結(jié)構(gòu)的影響可以分為均勻溫度影響與非均勻溫度影響，均勻溫度影響指整個結(jié)構(gòu)均處于相同的溫度場下，非均勻溫度指結(jié)構(gòu)各部分由于日照或熱傳導(dǎo)速度的影響造成各部分溫度不一致的情況。

2.3 監(jiān)測點的布置

2.3.1 變形監(jiān)測點布置

變形監(jiān)測的目的主要是獲取已形成的結(jié)構(gòu)的實際幾何狀態(tài)，對施工控制、預(yù)報非常關(guān)鍵。其中包括：鋼桁架線形監(jiān)測、橋面縱橫梁線形監(jiān)測等。主梁變形測量在每個關(guān)鍵截面處布置不少于5個測點進(jìn)行測量，關(guān)鍵截面為：支點截面、邊跨1/4跨截面、邊跨跨中截面、中跨跨中截面、中跨1/4跨截面、中跨1/8跨截面，測試截面布置示意如圖3所示。

圖3 鋼桁架監(jiān)測測試截面總體布置圖（單位：cm）

2.3.2 應(yīng)力監(jiān)測點布置

主桁上弦、下弦及腹桿桿件均采用焊接箱型截面。主要對結(jié)構(gòu)支點處、跨中1/2處、1/4處高應(yīng)力桿件進(jìn)行重點監(jiān)測。全橋鋼桁架選取17個關(guān)鍵截面作為應(yīng)力測試截面，測試截面布置示意如圖4所示。

圖4 鋼桁架監(jiān)測測試截面總體布置圖

3 主要結(jié)果及分析評價

3.1 計算結(jié)果

濱海大道跨十塘橫江橋采用M id a s進(jìn)行模擬，桁架結(jié)構(gòu)全部采用梁單元模擬，橋面板采用板單元模擬。全橋共6 026個單元；梁單元共4 076個，板單元共1 950個。空間模型結(jié)構(gòu)離散圖如圖5所示，有限元計算結(jié)果如圖6～圖9所示。

圖5 空間模型結(jié)構(gòu)離散圖

（1）變形計算結(jié)果

圖6 荷載作用下弦變形圖（單位：mm）

圖7 荷載作用腹桿軸線變形圖（單位：mm）

（2）應(yīng)力計算結(jié)果

圖8 荷載作用下弦底板應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖9 荷載作用腹桿軸線應(yīng)力圖（單位：MPa）

3.2 監(jiān)測結(jié)果

3.2.1 變形監(jiān)測結(jié)果

由圖10可知，下弦桿實際安裝標(biāo)高與理論值差值平均10mm以內(nèi)，滿足施工監(jiān)控精度要求。由圖11可知，在上弦桿拼裝完成后，主桁架變形平均在-1mm左右，滿足施工監(jiān)控精度要求。

圖10 梁段安裝誤差分析圖（單位：mm）

圖11 下弦桿變形圖（單位：mm）

由圖12可知，在中跨合龍段主梁支架未拆除，其余支架拆除情況下，主桁架變形最大在30mm左右，理論計算在支架全部拆除完成后變形為60mm左右，現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)在變形在理論變形范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)安全。由圖13可知，主桁架橋面鋪裝及附屬設(shè)施施工完成后，主桁架變形從支架拆除到二期過程中累計實測位移與模型計算基本吻合，現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)在變形在理論變形范圍內(nèi)，滿足施工監(jiān)控誤差要求。

圖12 濱海大道橋支架拆除后主桁架變形圖（單位：mm）

圖13 二期鋪裝完成后主桁架累計變形圖（單位：mm）

3.2.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

由圖14可知，在施工過程中，截面下弦應(yīng)力滿足設(shè)計規(guī)范，符合結(jié)構(gòu)安全。

3.2.3 成橋線型監(jiān)測結(jié)果

從圖15可以看出，濱海大道跨十塘橫江橋主橋鋪裝完成后，主梁線形平順性良好，滿足施工監(jiān)控精度要求。

圖14 截面下弦應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖15 濱海大道橋主橋鋪裝完成后線形（單位：mm）

4 結(jié) 論

該橋施工控制根據(jù)實測數(shù)據(jù)和理論結(jié)果以及現(xiàn)場過程，匯總得到如下結(jié)論和建議：

（1）濱海大道跨十塘橫江橋為大跨鋼桁架連續(xù)梁橋，其施工中的不確定因素復(fù)雜，工期較長，工序眾多。最終本橋合龍偏差滿足設(shè)計、監(jiān)控及相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)力（內(nèi)力）水平與設(shè)計計算值較好吻合，橋梁施工監(jiān)控工作成果總體上達(dá)到了監(jiān)控預(yù)期的“橋梁內(nèi)力狀態(tài)、線形接近設(shè)計狀態(tài)，滿足規(guī)范要求”目的。

（2）全橋各梁段的線形（高程）滿足監(jiān)控要求，整體平順性良好，相鄰階段絕對誤差滿足施工監(jiān)控精度要求。主桁架關(guān)鍵部位桿件應(yīng)力值與理論值相符，且在結(jié)構(gòu)安全范圍以內(nèi)，滿足規(guī)范及施工監(jiān)控要求。

（3）建議主桁架腹桿及上弦拼裝從主墩處即門式框架位置處開始拼裝，并對其拼裝精度進(jìn)行控制，拼裝完成后再進(jìn)行橋面板的焊接工作，避免下弦桿因橫梁等桿件重量而發(fā)生橫向傾斜扭轉(zhuǎn)，造成腹桿及上弦拼裝誤差過大。

綜上所述，濱海大道跨十塘橫江橋桁架施工過程中，監(jiān)控單位各項工作順利有效地實施，為濱海大道跨十塘橫江橋的順利竣工提供了有利的支持。主桁架內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形均得到了較好的控制，結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控表現(xiàn)良好，結(jié)構(gòu)線性平順美觀，濱海大道跨十塘橫江橋施工全過程屬于受控狀態(tài)，結(jié)構(gòu)各項成橋指標(biāo)表現(xiàn)良好。