覃志科

摘要：文章針對連續(xù)梁橋施工中的預(yù)應(yīng)力問題，以懸臂部分為例，對其結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變進行分析，提出了基于灰色理論模型的連續(xù)梁橋施工趨勢預(yù)測方案，并通過具體的工程應(yīng)用案例，驗證了該灰色理論模型應(yīng)用于連續(xù)梁橋施工監(jiān)測的可行性。

關(guān)鍵詞：灰色理論;橋梁;施工監(jiān)測;研究

中圖分類號：U448.215 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.024

文章編號：1673-4874（2019）09-0082-04

0引言

在連續(xù)梁橋施工過程中，最主要關(guān)注的問題是梁體預(yù)應(yīng)力技術(shù)問題。對于已完成施工的梁體部分可通過定性或定量方法來進行具體分析，而對于下一階段的施工情況則需要對現(xiàn)有的不完整數(shù)據(jù)來分析和預(yù)測，而灰色理論就是通過已有的小樣本數(shù)據(jù)來完成對未來數(shù)據(jù)變化趨勢的預(yù)測。本文著眼于連續(xù)梁橋施工中常見的結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題、產(chǎn)生原因及對策，提出了基于灰色理論模型的連續(xù)梁橋施工趨勢預(yù)測方案，并以工程實例完成驗證工作。

1連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力施工存在問題及對策

1.1連續(xù)梁橋施工預(yù)應(yīng)力形變問題

在施工前對連續(xù)梁橋的應(yīng)力分析還僅僅是存在于理論分析的理想狀態(tài)下，是一個模擬的過程，而在實際過程中，混凝土配合比、原材料、施工操作以及天氣等誤差會造成最終不同程度的預(yù)應(yīng)力損失，從而偏離計算值。特別是采用懸臂方式施工連續(xù)梁橋時，由于技術(shù)的復(fù)雜性加大，施工難度高，如果沒有經(jīng)過認(rèn)真分析和精密計算，應(yīng)力損失導(dǎo)致梁體變形損失過大會對橋梁的穩(wěn)固程度產(chǎn)生危害和影響。因此，對橋體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的有效分析是保障連續(xù)梁橋施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

1.2 預(yù)應(yīng)力形變問題對策

在橋體結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變與診斷分析方面，由于當(dāng)前離線施工監(jiān)測技術(shù)尚未成熟，且對于連續(xù)梁橋的施工數(shù)據(jù)的提取、存儲、分析和計算等方面的技術(shù)仍處于研究階段，因此，目前在這類橋梁工程的施工中對于離線施工數(shù)據(jù)的處理仍有較大難度，對在線實時的施工數(shù)據(jù)依賴程度較大，可通過對歷史施工趨勢數(shù)據(jù)的分析進行綜合預(yù)判，進而形成較為完整、準(zhǔn)確的施工數(shù)據(jù)體系?；疑碚撃Ｐ蛯τ谑┕ぺ厔輸?shù)據(jù)的預(yù)測較為理想，可應(yīng)用于連續(xù)梁橋的預(yù)應(yīng)力形變評估中，工程應(yīng)用價值巨大。

2 基于灰色理論的連續(xù)梁橋施工技術(shù)研究

灰色理論模型在施工領(lǐng)域已開始廣泛應(yīng)用，其核心技術(shù)是通過灰色理論系統(tǒng)的建模對各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析，形成直觀的分析畫面和精確的分析結(jié)果，具有高效、精準(zhǔn)、可擴展等諸多特點。本文以懸臂部分的施工為例，搭建灰色理論模型并對懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變進行數(shù)值分析。

2.1灰色理論模型搭建

灰色理論模型（以下簡稱灰模型）分析體系的基礎(chǔ)是灰關(guān)聯(lián)空間.以現(xiàn)有施工數(shù)據(jù)以及初始階段的施工數(shù)據(jù)為參照，經(jīng)過灰過程和初始階段施工數(shù)列的加工后得到灰微分方程（灰模型），通過灰模型來實現(xiàn)對未來系統(tǒng)（施工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）變化趨勢的精準(zhǔn)預(yù)測。假設(shè)一組原始施工數(shù)據(jù)列X，X為X的一次迭代生成數(shù)，且有：

X={X（1），X（2），…X（n）} （1）

X={X（1），X（2），…X（n）} （2）

位于X上的一階灰微分方程可由下式表示：

X（k）+aZ（k）=β（3）

其中α代表參數(shù)列（施工數(shù)據(jù)向量）;β代表X上的一階灰微分方程;Z（k）為全部施工數(shù)據(jù)矩陣。應(yīng)注意的是，灰色理論模型的建立并非是對原始施工數(shù)據(jù)模型的重構(gòu)，而是生成新的施工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，因此基于該模型的施工趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)的來源并非取自生成模型，應(yīng)視作模型還原后所得到的數(shù)據(jù)，即通過灰色理論模型獲取的施工趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)須經(jīng)過逆處理過程。

2.2 懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變趨勢分析

懸臂施工一般采用T型結(jié)構(gòu)，即掛籃分段式施工，簡稱懸臂掛籃澆筑或懸臂掛籃拼裝，完成地面支架的邊跨澆筑后進行吊架的澆筑合龍。懸臂法橋梁施工時的結(jié)構(gòu)應(yīng)力在施工過程中和成橋狀態(tài)下有所不同，并且與懸臂的施工順序關(guān)系密切。以三跨連續(xù)梁橋的懸臂施工為例，詳細(xì)說明分段施工情況下使用灰色理論模型對懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力引起的形變趨勢預(yù)測過程。

采用懸臂澆筑或是懸臂拼裝施工時，具體的施工順序均從墩頂部0#節(jié)段開始（假設(shè)共有9個節(jié)段），定義0#節(jié)段的原始施工數(shù)據(jù)為X，將0#節(jié)段和橋墩進行錨固進而形成固端，此時施工數(shù)據(jù)為X，對于承載非平衡情況下的彎矩具有一定的作用。從0#節(jié)段兩側(cè)伸延懸臂形成T型鋼架，隨后進行邊跨合龍，形成靜定固端梁。從墩頂開始進行的懸臂施工，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力與丁型鋼架類似，定義懸臂全部施工部分結(jié)束后的狀態(tài)為Z（k），根據(jù)β=X（k）+αZ（k），對懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變的趨勢進行預(yù)測?？芍?，懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變最大值出現(xiàn)在末尾節(jié)段（9#），此時α所代表的懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力參數(shù)列向量與β成正交關(guān)系，即懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變最大值通常在最長懸臂出現(xiàn)時。可見，通過灰色理論模型所預(yù)測的懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變趨勢與工程實際的結(jié)構(gòu)力學(xué)規(guī)律相符。

2.3結(jié)構(gòu)數(shù)值分析

對懸臂結(jié)構(gòu)進行數(shù)值分析的主要方法有前進法和后退法兩種.前進法可根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)實際的施工順序進行結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變分析，以前一階段的懸臂結(jié)構(gòu)狀態(tài)作為下一施工階段懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力形變分析的基礎(chǔ)，便于模擬橋體結(jié)構(gòu)的真實形變過程及形變程度，對于橋體結(jié)構(gòu)在各施工階段中的位移量及受力情況也可很好掌握，進而為橋梁下一步的施工奠定基礎(chǔ)。后退法則假定t=t時間段內(nèi)的懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布符合前進法在t時刻的結(jié)果，且軸線符合設(shè)計要求。此種情況下根據(jù)前進法的逆過程，對懸臂結(jié)構(gòu)倒拆可了解每次施工階段拆除后對其余結(jié)構(gòu)的影響程度，對各施工階段的懸臂結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力狀態(tài)較為有利。兩種數(shù)值分析方法的優(yōu)缺點對比如表1所示。

3工程案例應(yīng)用

以廣西平南縣城東側(cè)潯江大橋為例，主橋為（87.5+2×160+87.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主橋全長495m，引橋全長1100m，道路等級為標(biāo)準(zhǔn)公路Ⅱ級，設(shè)計時速為80km/h，標(biāo)準(zhǔn)斷面總寬19m，主橋使用單箱雙室箱梁，箱寬14m，翼板懸臂2.5m。箱梁根部高度為9.5m，墩部、跨中高度為3.5m，箱梁頂板厚為30cm，0#塊60cm，箱梁腹板厚度：0#至4#梁段厚80cm，7#至11#梁段厚70cm，14#至22#梁段厚50cm，端橫梁處厚100cm，其余梁段采用線性變化。潯江大橋總體立面布置如下頁圖1所示。

3.1形變量預(yù)測試驗

本部分試驗工作在掛籃遷移后進行，此時混凝土應(yīng)完成澆筑，且預(yù)應(yīng)力完成張拉，對標(biāo)高進行測量，通過各工況下的標(biāo)高差計算出箱梁形變值。多數(shù)情況下掛籃前移時箱梁前部撓度范圍在1-4mm左右，可忽略此部分?jǐn)?shù)據(jù)，僅對應(yīng)力張拉引起的橋墩形變值進行預(yù)測分析，通過灰色理論模型來完成本部分試驗。以潯江大橋為分界，南、北分別指潯江的南側(cè)和北側(cè)，NA代表未獲取的施工數(shù)據(jù)以及因其他情況而導(dǎo)致的無效施工數(shù)據(jù)。預(yù)應(yīng)力張拉所引起的橋墩形變值如表2所示。

3.2 預(yù)應(yīng)力形變趨勢預(yù)測

由表2中預(yù)應(yīng)力張拉引起的形變數(shù)據(jù)以及工程初始階段的施工數(shù)據(jù)，通過灰模型來預(yù)測形變趨勢。首先選取上游5#墩和6#墩的4、5、7、8和9節(jié)段作為試驗部分，由于1、2、3和6節(jié)段施工數(shù)據(jù)暫時無法獲取，因此不作為研究對象。由各號墩預(yù)應(yīng)力形變理論值通過矩陣公式（3）進行逆處理，最終迭代出形變的預(yù)測值，以節(jié)段8為例，上游北5#墩、上游南6#墩、下游北5#墩和下游南6#墩的形變預(yù)測值分別是7.54mm、7.85mm、7.47mm和7.44mm，而實測值分別是7.23mm、7.42mm、7.94mm和7.34mm，將上述數(shù)據(jù)繪制成預(yù)應(yīng)力形變數(shù)值分析柱狀圖（如圖2所示）。由圖2可知，通過灰色理論模型預(yù)測出的預(yù)應(yīng)力形變值與實際值非常接近，二者大小圍繞預(yù)應(yīng)力形變的理論值而略有波動，預(yù)應(yīng)力形變值的預(yù)測誤差在可接受范圍內(nèi)，驗證了本文所研究的有關(guān)灰色理論模型應(yīng)用于連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力形變預(yù)測的可行性。

4 結(jié)語

在連續(xù)梁橋的施工中，BIM（建筑信息模型）和VRM（虛擬現(xiàn)實模型）也經(jīng)常用到，BIM通過施工方案完成對工程的設(shè)計和布局，而VRM主要利用虛擬化技術(shù)來實現(xiàn)施工方案可行性的評估。無論是BIM還是VFM技術(shù)，均無法實現(xiàn)對工程未來施工數(shù)據(jù)的趨勢預(yù)測，而灰色理論模型在此方面具有特別的優(yōu)勢。本文提出了基于灰色理論模型的連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力形變預(yù)測方案，在工程案例部分完成了預(yù)應(yīng)力形變趨勢預(yù)測試驗，將所得到的形變預(yù)測值與實測值進行對比分析。結(jié)果表明：基于灰色理論模型的連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力形變預(yù)測方案具有可行性，能夠滿足連續(xù)梁橋施工中預(yù)應(yīng)力形變的預(yù)測需求，工程應(yīng)用價值顯著。