李 振 袁傳鵬

（濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

0 引言

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁工程也不斷發(fā)展。為了滿足人們對(duì)橋梁施工安全的需求，橋梁普遍使用自架設(shè)體系施工，也就是將橋梁的上部與下部進(jìn)行施工。上部需要采用用混凝土現(xiàn)澆筑的形式，下部需要用混凝土已澆層來(lái)支撐。由此完成的橋梁施工方式更加穩(wěn)定?；炷恋牟牧鲜欠蔷|(zhì)材料，施工較為便捷，澆筑時(shí)間較短，在建筑領(lǐng)域廣泛使用。但是，混凝土材料特性較為不穩(wěn)定，會(huì)受到溫度條件、濕度條件等因素的影響，對(duì)橋梁施工產(chǎn)生撓度差異。

各個(gè)階段的混凝土澆筑過(guò)程還會(huì)存在內(nèi)力與位移情況，橋梁施工結(jié)束后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，就會(huì)出現(xiàn)不同程度的形變情況，影響橋梁的使用壽命。在橋梁施工過(guò)程中撓度變形情況較為復(fù)雜，影響其變形的因素有很多，無(wú)法準(zhǔn)確地得出撓度形變情況，使橋梁施工更加困難，還會(huì)出現(xiàn)橋梁施工期坍塌的情況，不僅危害施工人員的安全，還會(huì)給施工團(tuán)隊(duì)造成較大的財(cái)產(chǎn)損失。

1 基于遞推回歸方法設(shè)計(jì)混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法

1.1 采集橋梁施工撓度數(shù)據(jù)

在橋梁撓度監(jiān)測(cè)過(guò)程中，撓度數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要。該文考慮到橋梁施工撓度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的局限性，將撓度數(shù)據(jù)采集過(guò)程以多次采集數(shù)據(jù)為主，并將最終采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，保證采集到的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能會(huì)存在環(huán)境因素的影響，該文采用抗干擾傳感裝置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，該采集方式可以有力地對(duì)抗環(huán)境等因素的干擾，撓度數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度更高。橋梁撓度數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，撓度變化曲線的采集有利于分析出當(dāng)前施工質(zhì)量，施工全過(guò)程的撓度變化曲線如圖1所示。

如圖1所示，、為橋梁的橫縱截面；為撓度變化曲線；、分別為不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；為不同時(shí)期橋梁撓度形變情況。將采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)用到后續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可以精準(zhǔn)地把控施工外業(yè)數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度。

圖1 施工過(guò)程中撓度曲線變化示意圖

1.2 進(jìn)行撓度施工數(shù)據(jù)處理

不同橋梁具有不同的結(jié)構(gòu)形式、地理環(huán)境，撓度監(jiān)測(cè)也會(huì)有所不同，使橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)工作較為困難。但是，橋梁撓度監(jiān)測(cè)又具有一個(gè)相同點(diǎn)，那就是監(jiān)測(cè)過(guò)程均為全周期監(jiān)測(cè)，短期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差極大，不能進(jìn)行后續(xù)使用。根據(jù)力學(xué)理論，與存在反比關(guān)系，撓度形變處理方程如公式（1）所示。

式中：（）為撓度形變處理方程表達(dá)式；為撓度變化近似值；d為撓度變化函數(shù)值。此時(shí)，施工數(shù)據(jù)的誤差如公式（2）所示。

式中：為施工數(shù)據(jù)的誤差；、為函數(shù)近似值；為常數(shù)。為了提高撓度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度，該文在計(jì)算出施工數(shù)據(jù)誤差的基礎(chǔ)上，對(duì)采集的無(wú)量數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化處理，如公式（3）和公式（4）所示。

式中：（）為初值化處理的無(wú)量數(shù)據(jù)；W（）為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；W（）為初值處理序列；（）為均值化處理的無(wú)量數(shù)據(jù)；為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；（）為逆化處理的數(shù)據(jù)。通過(guò)以上數(shù)據(jù)處理方式，可以消除部分?jǐn)?shù)據(jù)誤差，還存在施工因變量產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)誤差需要進(jìn)一步修正。

1.3 基于遞推回歸方法修正混凝土橋梁施工因變量

該文利用遞推回歸方法對(duì)混凝土橋梁施工因變量修正的基本思想是利用擬合曲線，提高撓度監(jiān)測(cè)質(zhì)量。該方式具有較強(qiáng)的擬合強(qiáng)度，與實(shí)際結(jié)果更加接近。也就是說(shuō)，修正后的施工因變量更加符合實(shí)際施工條件，不僅可以減少一定的修正計(jì)算量，還可以提高撓度監(jiān)測(cè)精度。該文假設(shè)撓度形變數(shù)據(jù)為，為初始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，-為撓度監(jiān)測(cè)的整體數(shù)據(jù)。因此，、、-為此次施工的因變量，修正公式如下。

在該基礎(chǔ)上，應(yīng)明確混凝土橋梁的施工過(guò)程與撓度兩者之間是存在某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，而處理此種統(tǒng)計(jì)關(guān)系與規(guī)律較為直接的方法是遞推回歸分析法。因此，可在完成上述研究后，結(jié)合施工中的觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立混凝土橋梁施工因變量與自變量之間的近似關(guān)系表達(dá)式，采用遞推擬合模型，進(jìn)行應(yīng)變量的進(jìn)一步修正。在施工中，使用計(jì)量裝置獲取現(xiàn)場(chǎng)撓度實(shí)測(cè)值、殘差值等相關(guān)數(shù)據(jù)，建立針對(duì)工程的四維結(jié)構(gòu)分析模型，將觀測(cè)的撓度值作為模型的橫向坐標(biāo)系，繪制在不同施工行為下的測(cè)點(diǎn)撓度曲線。根據(jù)混凝土橋梁施工下的不同作業(yè)工況，進(jìn)行連續(xù)測(cè)點(diǎn)工程數(shù)據(jù)的擬合，完成對(duì)數(shù)據(jù)的擬合后，識(shí)別并判斷模型的類型，設(shè)定一個(gè)同期施工變量，將此變量代入模型，對(duì)連續(xù)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合，如果擬合后連續(xù)數(shù)據(jù)發(fā)生偏移或出現(xiàn)變化，代表此時(shí)模型存在回歸粗差，如果擬合后連續(xù)數(shù)據(jù)未發(fā)生明顯變化，可以認(rèn)為此時(shí)模型不存在粗差。通過(guò)上述方式進(jìn)行模型的校正，完成校正后，將混凝土橋梁施工因變量導(dǎo)入模型，將2個(gè)鄰近因變量作為一個(gè)回歸單元，按照“建模、預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、反饋、診斷、修正、輸出”的方式，不斷校正混凝土橋梁施工因變量，通過(guò)逐層遞推的方式，完成基于遞推回歸方法的混凝土橋梁施工因變量修正。

1.4 實(shí)現(xiàn)混凝土橋梁施工撓度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

為了實(shí)現(xiàn)混凝土橋梁施工撓度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，按照采集數(shù)據(jù)——處理數(shù)據(jù)——修正因變量的流程進(jìn)行檢測(cè)。而動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是將所有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一一記錄，使施工人員更加了解橋梁施工情況。對(duì)橋梁撓度監(jiān)測(cè)可以分為3個(gè)階段，施工完成后，需要根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)塊的撓度情況，制定出相關(guān)的反饋表，便于驗(yàn)收人員可以進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)撓度監(jiān)測(cè)。遞推回歸數(shù)據(jù)處理因變量的方式局限性不大，可以適用于大部分監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，會(huì)存在負(fù)數(shù)的情況，此時(shí)對(duì)撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行逆化處理即可。但是在該過(guò)程中，考慮到混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)過(guò)程會(huì)受到橋梁懸臂施工幾何形變等因素的影響，從而出現(xiàn)偶然數(shù)據(jù)或隨機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成影響的情況。因此，還需要在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋過(guò)程中控制幾何形位。對(duì)中小型跨度的混凝土橋梁工程來(lái)說(shuō)，應(yīng)在監(jiān)測(cè)中統(tǒng)計(jì)其軸線動(dòng)態(tài)偏移量，在統(tǒng)計(jì)時(shí)，可采用復(fù)核測(cè)量數(shù)據(jù)、預(yù)設(shè)監(jiān)測(cè)工程偏轉(zhuǎn)量以及預(yù)應(yīng)力集中調(diào)整的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)大跨度的橋梁工程來(lái)說(shuō)，需要在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，在施工現(xiàn)場(chǎng)布置完整的控制網(wǎng)，標(biāo)注每個(gè)階段或每個(gè)施工段的終點(diǎn)與起始點(diǎn)坐標(biāo)，在澆筑前進(jìn)行模板斷面中心點(diǎn)的定位。同時(shí)，在保證橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)過(guò)程排除外界相關(guān)因素的干擾后，可以參照張拉應(yīng)力原則，明確施工不同作用力的順序。按照該方式，進(jìn)行混凝土橋梁施工撓度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果具有較高的適配性。按照大跨度混凝土橋梁監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行其撓度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，會(huì)產(chǎn)生大量的離散數(shù)據(jù)，針對(duì)離散數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，可以在滿足施工平滑性的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，包括對(duì)離散數(shù)據(jù)的聚類處理等，在處理中，可以將實(shí)際應(yīng)力監(jiān)測(cè)值作為參照，將數(shù)據(jù)按照操作規(guī)范，導(dǎo)入ANSYS模型中，施工建模工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中校正、冗余去除與分析計(jì)算，提取集合中與測(cè)點(diǎn)匹配的數(shù)據(jù)，將其作為監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)反饋數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，綜合提升混凝土撓度監(jiān)測(cè)效果。

2 試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方法實(shí)用效果，對(duì)上述方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證。在其他條件均一致的情況下，試驗(yàn)結(jié)果以傳統(tǒng)混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法，與該文設(shè)計(jì)的混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法對(duì)比的形式呈現(xiàn)，具體試驗(yàn)過(guò)程與試驗(yàn)結(jié)果如下所述。

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)會(huì)受到環(huán)境等因素的影響，想要獲得長(zhǎng)期有效的撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果，需要對(duì)橋梁施工情況進(jìn)行深入分析，提高撓度監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度。該試驗(yàn)根據(jù)力學(xué)原理，推斷出橋梁施工過(guò)程中存在的摩擦力、壓力、重力等勢(shì)能之和為一常量。不同區(qū)域的橋梁施工，等高撓度越大，壓力越?。坏雀邠隙仍叫?，壓力越大。為了更加便于橋梁撓度的監(jiān)測(cè)，該試驗(yàn)在橋梁上布設(shè)了多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，第一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在一個(gè)塊頂面上，將其編號(hào)成MPMMA_10。在MPMMA_10監(jiān)測(cè)塊上使用精密儀器進(jìn)行測(cè)量，并在施工全周期進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在不同工況下，MPMMA_10監(jiān)測(cè)塊上的標(biāo)高差值就是橋梁撓度變化值。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)塊的基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行觀測(cè)與讀取，確保撓度值正確。

使用人工監(jiān)測(cè)橋梁撓度較為復(fù)雜，也會(huì)存在一定的誤差。因此，該文將采集過(guò)程編成程序，按照相同的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相連計(jì)算機(jī)中，并對(duì)撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將多次采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，找出最佳的撓度監(jiān)測(cè)值，作為試驗(yàn)的基本參數(shù)。使用程序采集的撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雖然在一定程度上可以縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間，提高采集精度，但是仍會(huì)存在較多的因變量，使數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。因此，該試驗(yàn)利用遞推回歸方法消除監(jiān)測(cè)因變量，進(jìn)一步提高撓度監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度。監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度計(jì)算公式如下。

式中：K為橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度指標(biāo)；C為數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)的誤差；Y為監(jiān)測(cè)因變量；J為精準(zhǔn)度系數(shù)。通過(guò)該公式，帶入橋梁施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度指標(biāo)可以達(dá)到0.995以上，無(wú)限趨近于“1”。由此證明，撓度監(jiān)測(cè)方法效果較佳。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在上述試驗(yàn)條件下，該文隨機(jī)選取出10個(gè)監(jiān)測(cè)施工塊，監(jiān)測(cè)施工塊撓度之間遵循著從低到高的原則。為了更加明顯地區(qū)分監(jiān)測(cè)施工塊，該試驗(yàn)將其進(jìn)行編號(hào)，分別為 MPMMA_10、MPMMA_20、MPMMA_30、MPMMA_40、MPMMA_50、MPMMA_60、MPMMA_70、MPMMA_80、MPMMA_90、MPMMA_100等。并同時(shí)使用傳統(tǒng)混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法與該文設(shè)計(jì)的混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法，對(duì)橋梁撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將兩者的撓度監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

如表1所示，該文選取MPMMA_10~100的橋梁施工監(jiān)測(cè)塊號(hào)處于不同的橋梁撓度監(jiān)測(cè)區(qū)域，實(shí)際撓度值從低到高排列，共同組成穩(wěn)定的橋梁施工環(huán)境。在相同條件下，傳統(tǒng)混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法的撓度監(jiān)測(cè)值較低，與實(shí)際撓度值相差±0.050 mm左右。其中，MPMMA_40的橋梁施工監(jiān)測(cè)塊撓度監(jiān)測(cè)值為1.982，與實(shí)際1.932的撓度值相差0.050mm；MPMMA_80的橋梁施工監(jiān)測(cè)塊撓度監(jiān)測(cè)值為2.847，與實(shí)際2.897的撓度值相差0.050mm。其余檢測(cè)塊號(hào)與實(shí)際撓度值相差0.010mm~0.040mm。因此，使用傳統(tǒng)混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)到的橋梁施工撓度值誤差較大，需要進(jìn)一步改善。而該文設(shè)計(jì)的混凝土橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法的撓度監(jiān)測(cè)值，與實(shí)際撓度值誤差較小，兩者之間誤差約±0.001mm。其中，MPMMA_30、MPMMA_50、MPMMA_90的橋梁施工監(jiān)測(cè)塊，撓度監(jiān)測(cè)值與實(shí)際撓度值相一致，橋梁撓度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果較佳，監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度隨之增加，符合該文研究目的。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

橋梁建設(shè)成為交通發(fā)展的重要載體，對(duì)各個(gè)城市之間運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，起到至關(guān)重要的作用。但是，隨著橋梁通行車(chē)輛的增加，橋梁長(zhǎng)期受到負(fù)荷、溫度、地質(zhì)等因素的影響，出現(xiàn)形變損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)坍塌情況。因此，需要對(duì)橋梁進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。橋梁施工撓度作為監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)有利于了解橋梁的施工情況與使用情況?；诖耍撐睦眠f推回歸方法設(shè)計(jì)橋梁施工撓度監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)采集施工數(shù)據(jù)、處理采集數(shù)據(jù)、修正因變量等方法，實(shí)現(xiàn)橋梁施工撓度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。該文設(shè)計(jì)的方法綜合考慮了多項(xiàng)影響因素，在施工階段嚴(yán)格把控，對(duì)提高橋梁施工質(zhì)量具有重要意義。