李月森

（中交四公局第二工程有限公司， 北京 通州 101100）

隨著人們交通越來越便利，大量的橋梁工程被建設(shè)。影響橋梁工程質(zhì)量的主要因素為橋梁施工技術(shù)。在當(dāng)今市場中，對橋梁工程提出了較高的要求，同時(shí)橋梁施工難度越來越大。任何橋梁施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，可受到外界多種因素的影響，導(dǎo)致橋梁工程出現(xiàn)質(zhì)量問題越來越多，因此要注重橋梁施工建設(shè)中的質(zhì)量保障，不斷調(diào)整施工狀態(tài)，確保橋梁施工每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。要對橋梁施工過程進(jìn)行有效的監(jiān)督，確保施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，按照施工要求進(jìn)行施工，提升橋梁的施工質(zhì)量，并且在施工過程中找出影響橋梁施工質(zhì)量的因素，加以控制，確保橋梁的施工線形以及應(yīng)力不受到影響，即確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求[1]。

1 工程情況概述

在某大橋施工中，其主橋的結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)剛構(gòu)橋跨布置，即70+120×2+70m。采用精軋螺紋鋼筋作豎向預(yù)應(yīng)力，橋面寬度為9.30m，行車速度為90km/h。

采用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，明確導(dǎo)致橋梁施工變形和應(yīng)力變化的各項(xiàng)因素，即混凝土的收縮、徐變、溫度變化。在該座大橋上，其共有3 個(gè)橋梁主墩，因此可以將主墩作為固定支座?，F(xiàn)階段該座大橋的施工階段的總數(shù)約為59，總節(jié)點(diǎn)數(shù)為138 個(gè)。

2 橋梁懸臂施工各階段立模標(biāo)高的確定

在上述公式中，針對該座大橋的箱梁頂面中軸處設(shè)計(jì)標(biāo)高有所代表，即可以利用HS表示；計(jì)算預(yù)拱度可以利用Hy表示,主要可以利用施工控制將分析值予以計(jì)算；掛籃變形調(diào)整值可以利用fg表示，可以通過試驗(yàn)將數(shù)值進(jìn)行計(jì)算確定。 調(diào)整δ 為各種因素導(dǎo)致的誤差調(diào)整值。將該橋的相應(yīng)數(shù)據(jù)代入到上述公式中，從而確定該橋的立模標(biāo)高。

3 線形預(yù)測與控制

線形控制是連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控工作的重要組成部分，其主要關(guān)系到橋梁的合龍效果，線性控制的好，大橋則可以順利合龍，反之亦然，導(dǎo)致最終合龍的大橋無法達(dá)到預(yù)期的線形效果。目前，連續(xù)剛構(gòu)橋的線形控制主要落實(shí)到橋梁每個(gè)施工階段，主要采用控制每個(gè)階段施工預(yù)拱度的方式進(jìn)行預(yù)測，值得注意的是，在進(jìn)行線形控制時(shí)需綜合考慮多方面的影響因素，確保施工預(yù)拱度達(dá)到目標(biāo)線形。

在橋梁的設(shè)計(jì)階段，對橋梁各個(gè)施工階段進(jìn)行了有效的預(yù)測，可以利用有限元軟件進(jìn)行深層次的分析，將橋梁施工中各種影響因素予以排除，將橋梁施工狀態(tài)作為理想狀態(tài)，此時(shí)，通過有限元軟件進(jìn)行計(jì)算得到的橋梁施工數(shù)據(jù)為橋梁的理想狀態(tài)，也是在實(shí)際施工中盡量達(dá)到的目標(biāo)。但是在實(shí)際的施工中，橋梁施工過程受到多種因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際施工狀態(tài)與理想施工狀態(tài)有著很大的差距。為了達(dá)到理想狀態(tài)下的目標(biāo)，應(yīng)不斷地將實(shí)際施工狀態(tài)中的誤差進(jìn)行有效調(diào)整，逐漸的縮小，最大限度的達(dá)到理想狀態(tài)，橋梁施工質(zhì)量。同時(shí)通過對誤差的有效控制，可以改善誤差對于橋梁結(jié)構(gòu)的影響，并且利用有限元軟件可以實(shí)現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)行為的有效預(yù)測，進(jìn)而解決線形控制問題。為了使得橋梁達(dá)到理想狀態(tài)，應(yīng)將整個(gè)橋梁施工過程作為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，并對各種影響因素的信息進(jìn)行有效收集，不斷調(diào)整誤差，制定最佳方案，促使橋梁施工可以達(dá)到橋梁的最佳狀態(tài)。為了對橋梁施工情況進(jìn)行有效的預(yù)測，可以采用Kalman 濾波法、灰色理論等方法的結(jié)合方式進(jìn)行預(yù)測，并且調(diào)查實(shí)際情況，找出兩者差距，加以解決，提升橋梁線形控制的精準(zhǔn)度[2]。

3.1 灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用

在上述公式中，發(fā)展系數(shù)主要利用a 進(jìn)行表示，灰作用量主要利用b 表示。該模型為殘差模型，在進(jìn)行預(yù)測分析時(shí)，要對預(yù)測值進(jìn)行不斷的修正，可以將橋梁的實(shí)際動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行反映。

該橋主要采用懸臂澆筑施工，并將橋梁各個(gè)階段的預(yù)拱度進(jìn)行調(diào)整，可采用等維灰數(shù)遞補(bǔ)數(shù)據(jù)處理技術(shù)對灰色GM（1，1）模型進(jìn)行改進(jìn)，得出一個(gè)新值。在保證樣本序列維數(shù)不變的前提下，確保樣本數(shù)據(jù)中含有最新的數(shù)據(jù)信息，并且依據(jù)最新的數(shù)據(jù)建立GM（1，1）模型。采用這種方式不斷修正預(yù)測模型，提升預(yù)測值的精準(zhǔn)度。

3.2 Kalman 濾波法及其應(yīng)用

Kalman 濾波法能夠從繁雜的信號中，獲取所需要的真實(shí)信號，通過濾波的反映，將整個(gè)系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的有效控制。在該大橋施工中，可以作為狀態(tài)變量是橋左右兩臂的預(yù)拱度?？梢杂霉絏 (k)=φ( k,k-1)X(k -1)+W(k-1)表示橋梁預(yù)拱度已施工階段和待施工階段。

在上述公式中，可以將第k-1 階段預(yù)拱度和第k 階段預(yù)拱度之間的計(jì)算值進(jìn)行對比，可以利用φ ( k ,k-1)加以表示。即 φ （ k, k-1)=X(k )/X(k-1)。

可以將預(yù)拱度的觀測方程設(shè)置為：Y（k）=X（k）+V（k）。

Kalman 濾波遞推公式如下：

其中，I=H（k）。由于橋梁測量誤差是隨機(jī)，實(shí)現(xiàn)預(yù)拱度的有效計(jì)算。

3.3 Kalman 濾波法與灰色理論法的結(jié)合

該橋梁通過上述公式進(jìn)行預(yù)測后，灰色理論的預(yù)測結(jié)果誤差小于Kalman 預(yù)測結(jié)果誤差。但是Kalman 濾波法的濾波誤差較小，因此，可以選用Kalman 濾波法進(jìn)行預(yù)測，從而使得最終的測量結(jié)果符合真實(shí)值。利用灰色理論進(jìn)行預(yù)測從而確定該橋梁預(yù)拱度、標(biāo)高及誤差，具體數(shù)據(jù)如表1 和表2 所示。從而將預(yù)測標(biāo)高誤差和實(shí)際標(biāo)高誤差縮小，最終確定橋梁的成橋形。

表1 不同方法預(yù)測的標(biāo)高

表2 不同方法預(yù)測標(biāo)高與立模標(biāo)高誤差

Kalman 預(yù)測 0.005 0.028 0 0.040 0.030 灰色預(yù)測 0.015 0.018 0 -0.100 -0.037 濾波后灰色預(yù)測 -0.005 -0.002 0 0 0

4 應(yīng)力監(jiān)測與誤差分析

在橋梁施工中，施工過程會受到多種因素的影響，導(dǎo)致理論應(yīng)力分析值和實(shí)測應(yīng)力值是不盡相同的。要想保障該橋梁的工程質(zhì)量，需對誤差進(jìn)行合理的分析和及時(shí)處理，完成現(xiàn)場應(yīng)力監(jiān)控工作。其中可以將各類分為兩種誤差類型：造成系統(tǒng)誤差的因素主要有：混凝土收縮徐變量、元件測試精度等；造成隨機(jī)誤差的因素主要有：施工偏差、混凝土強(qiáng)度、溫度等[3]。

（一）混凝土收縮徐變影響在橋梁建設(shè)施工中，鋼筋和混凝土是兩種不同的施工原材料。且鋼筋和混凝土兩種原材料之間的物理力學(xué)性能是不相同的。而鋼筋混凝土作為一種組合材料，被廣泛的運(yùn)用在建筑工程中。在持續(xù)應(yīng)力作用下，并且隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土組合材料中的混凝土?xí)l(fā)生徐變?；炷潦艿降挠绊懸蛩乇姸?，導(dǎo)致其逐漸發(fā)生收縮現(xiàn)象，而鋼筋因?yàn)槲锢砹W(xué)性能與混凝土之間有著差異性，使得鋼筋施工原材料不會發(fā)生混凝土的徐變現(xiàn)象。兩種施工原材料所受到的影響因素不一致，發(fā)生的變化也不一樣，鋼筋混凝土構(gòu)件上的應(yīng)力分布出現(xiàn)了不均勻的現(xiàn)象。隨著橋梁施工技術(shù)不斷發(fā)展，可以在橋梁的預(yù)定位置安排傳感器，傳感器能夠?qū)⑺邳c(diǎn)的變形變化量的總和加以反映。其中混凝土收縮、徐變量的大小可以影響到傳感器的讀數(shù)。在懸臂澆筑階段，主梁結(jié)構(gòu)能夠自由收縮，但是混凝土收縮卻不會在主梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生應(yīng)力，在主梁結(jié)構(gòu)中埋下傳感器，其所感受到的混凝土收縮量并不真實(shí)，往往都是將混凝土的真實(shí)應(yīng)力增加。在應(yīng)力監(jiān)測中為了避免由非應(yīng)力變化所產(chǎn)生的誤差，可以采用盈利傳感器，獲得應(yīng)力值與真實(shí)值十分相近。

（二）溫度影響。

在橋梁應(yīng)力值的測試中，可以知道，橋梁應(yīng)力值與溫度受到溫度的影響，溫度影響主要分為季節(jié)溫度的影響和日照溫度的影響，季節(jié)溫度為一年四季的溫度對橋梁應(yīng)力值的影響，在這種溫度影響下，應(yīng)力值的變化較為穩(wěn)定，但是會產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)力。而日照溫度對卡量各個(gè)部位有著一定的影響，可在橋梁截面等部位形成溫度梯度，但是因?yàn)闃蛄簽殪o結(jié)構(gòu)，在理論上，不會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。但是在實(shí)際測量中存在著一定的差距，為了減少溫度應(yīng)力，可以選擇氣溫變化度較小的早晨進(jìn)行測量計(jì)算。

（三）混凝土強(qiáng)度影響。

該橋梁主梁的混凝土設(shè)計(jì)主要是按照50 號設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際的測量強(qiáng)度與橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度有著差距，這個(gè)差距對橋梁結(jié)構(gòu)的受力有著一定的影響，因此在測量強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)充分提高混凝土的強(qiáng)度，減低誤差影響。

（四）施工偏差。

在橋梁工程施工中，會存在著施工偏差，這種偏差影響著應(yīng)力測試偏差。元件埋沒位置存在偏差，影響到應(yīng)力值的測試精準(zhǔn)度，進(jìn)而出現(xiàn)誤差。

5 結(jié)束語

綜上所述，在橋梁施工中要注重施工線形的控制，全面詳細(xì)的了解施工相關(guān)數(shù)據(jù)，為了保證線形達(dá)到預(yù)期要求，需要對混凝土進(jìn)行控制，不斷調(diào)整，最終確定橋梁的施工順利。而灰色理論的標(biāo)高預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值有著很大的接近，而Kalman 濾波法可以濾波預(yù)拱度的值，利用Kalman 濾波法、灰色理論等方法實(shí)現(xiàn)應(yīng)力施工監(jiān)控，進(jìn)而提升橋梁施工質(zhì)量。而且要對施工過程中的影響因素進(jìn)行控制，降低應(yīng)力測量值的誤差予以計(jì)算。