北京環(huán)線特大橋跨二環(huán)橋線形監(jiān)控

1、<p>　　北京環(huán)線特大橋跨二環(huán)橋線形監(jiān)控</p><p>　　摘要：北京環(huán)線特大橋跨二環(huán)橋是一座現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。撓度測量是箱梁懸臂施工控制的一項重要內(nèi)容,目的是為施工提供每一個箱梁施工階段準(zhǔn)確的立模標(biāo)高,為保持橋梁的線形和順利合攏打下基礎(chǔ)。以該橋為工程背景，介紹了本橋的線形監(jiān)控的自適應(yīng)控制方法以及線形監(jiān)控中采取的措施，說明自適應(yīng)控制理論能較好地應(yīng)用于此類橋梁的線形控制。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：線形監(jiān)控；自適應(yīng)控制理論；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋； </p><p>　　中圖分類號： U445文獻標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　大跨徑連續(xù)箱梁懸臂施工是現(xiàn)代比較成熟的大跨徑施工技術(shù),為保證橋梁成橋線形與設(shè)計線形吻合及對向施工的高精度合攏,進行適時和準(zhǔn)確的撓度測

3、量尤其必要。一般來講,箱梁懸臂施工中影響撓度變形的因素很多,施工荷載、掛籃變形、混凝土容重、彈性模量、收縮徐變、日照和溫度變化、預(yù)應(yīng)力大小、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等因素在設(shè)計過程中的參數(shù)設(shè)定值與實際施工狀態(tài)不能完全保持一致,導(dǎo)致箱梁理論計算撓度與實際有較大偏差,而且隨著懸臂跨徑的增大,箱梁內(nèi)外溫差影響引起的偏差也逐漸增大。但這些因素的綜合影響最終體現(xiàn)在箱梁的撓度上。因此需采取科學(xué)有效的措施對箱梁實施高精度測量,并進行分析和預(yù)測,實時的調(diào)整立模標(biāo)高

4、,最大限度的使大橋?qū)嶋H線形與設(shè)計線形一致，從而保證橋梁的力學(xué)結(jié)構(gòu)不變和安全運營。 </p><p><b>　　2 工程概況 </b></p><p>　　北京環(huán)線特大橋跨二環(huán)橋上部結(jié)構(gòu)為60＋100＋60m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，采用時速為350公里客運專線無碴軌道鐵路工程建設(shè)通用參考圖。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬13.4m，箱梁底寬6.7m，頂

5、板厚度40cm，底板厚度40～120cm，按直線線性變化，腹板厚度60至80cm、80至100cm，按折線變化。梁全長221.5m，計算跨度為60＋100＋60m，中支點處梁高7.85m，跨中10m直線段及邊跨15.75m直線段梁高為4.85m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.75m。 </p><p>　　3 線形控制的基本理論 </p><p>　　3.1 自適應(yīng)控制理

6、論 </p><p>　　影響預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工過程中結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的因素主要有混凝土的彈性模量，澆筑混凝土超方量，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時荷載，掛籃的變形特性，預(yù)應(yīng)力束張拉誤差等。當(dāng)上述因素與設(shè)計不符，而又不能及時識別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時，必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差積累。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整量，必須根據(jù)施工中實測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計算模型中的這些參數(shù)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)測

7、量到的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果不相符時，把誤差輸入到參數(shù)識別算法中去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實際測量到的結(jié)果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，這樣，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識，計算模型基本上與實際結(jié)構(gòu)一致，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。圖1為自適應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)成。 </p><p>　　對于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的橋梁，主梁在墩頂處的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控

8、制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，這對于自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用是非常有利的。經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后，計算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好的條件。 </p><p>　　圖1 自適應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)成 </p><p>　　Fig1 The constitution of the of the adaptive method </p><p&g

9、t;　　3.2 立模標(biāo)高的確定 </p><p>　　在主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主梁線形是否平順、是否符合設(shè)計的一個重要問題。如果在確定立模標(biāo)高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終橋面線形較為良好。 </p><p>　　立模標(biāo)高并不等于設(shè)計中橋梁建成后的標(biāo)高，一般要設(shè)置一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形（豎向撓度）。其計算公式如下： &

10、lt;/p><p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　—階段立模標(biāo)高； </b></p><p><b>　　—階段設(shè)計標(biāo)高； </b></p><p>　　—由本階段及后續(xù)施工階段梁段自重在階段產(chǎn)生的撓度總和； </p><p>　

11、　—由張拉本階段及后續(xù)施工階預(yù)應(yīng)力在階段引起的撓度； </p><p>　　—混凝土收縮、徐變在階段引起的撓度； </p><p>　　—施工臨時荷載在階段引起的撓度； </p><p>　　—取使用荷載在階段引起的撓度的50%； </p><p><b>　　—掛籃變形值。 </b></p><p&

12、gt;　　其中掛籃變形值是根據(jù)掛籃加載試驗確定的在施工過程中加以考慮，、、、、在前進分析和倒退分析計算中已經(jīng)加以考慮。監(jiān)控計算采用平面桿系有限元方法進行，根據(jù)本橋的施工進度計劃從正裝分析、倒裝分析、實時跟蹤分析三方面對本橋進行了結(jié)構(gòu)分析。施工過程中利用最小二乘法對參數(shù)進行識別、修正。 </p><p><b>　　3.3 測量 </b></p><p>　　從掛籃的前

13、移定位至預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢為一個施工周期，每個周期中有關(guān)施工控制的步驟如下： </p><p>　　（1）按照預(yù)報的掛籃定位標(biāo)高定位掛籃，測量定位后的掛籃標(biāo)高； </p><p>　?。?）立模板、綁扎鋼筋； </p><p>　?。?）澆筑混凝土前，測量所有已施工梁段上的高程測點，復(fù)測掛籃定位標(biāo)高，墩頂?shù)乃轿灰疲?</p><p>　?。?/p>

14、4）分析測量結(jié)果，如需調(diào)整，調(diào)整掛籃標(biāo)高； </p><p>　?。?）澆筑完混凝土后第二天測量所有已施工梁段上的測點標(biāo)高，測量本梁段端部梁底和預(yù)埋在梁頂?shù)臏y點標(biāo)高，建立測點與梁底標(biāo)高的關(guān)系； </p><p>　?。?）按《鐵路工程檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》檢查斷面尺寸，統(tǒng)計梁段混凝土超重的情況； </p><p>　?。?）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋后，測量所有已施工梁段上的高程測點；

15、 </p><p>　?。?）分析測量結(jié)果，根據(jù)上一施工周期梁底標(biāo)高測量值和應(yīng)力、溫度等測量結(jié)果計算、預(yù)報下一施工周期的掛籃定位標(biāo)高。 </p><p><b>　　3.4 誤差控制 </b></p><p>　　本橋線形控制的最終目標(biāo)是：成橋后的線形與設(shè)計線形的所有各點的誤差均控制在3cm范圍之內(nèi)。根據(jù)這一目標(biāo)，在每一施工步驟中制訂了如下的誤

16、差控制水平： </p><p>　　（1）掛籃定位標(biāo)高與預(yù)報標(biāo)高之差控制在1cm以內(nèi)； </p><p>　?。?）預(yù)應(yīng)力束張拉完后，如梁端測點標(biāo)高與預(yù)報標(biāo)高之差超過±1cm，需經(jīng)控制小組研究分析誤差原因，確定下一步的調(diào)整措施； </p><p>　?。?）如有其它異常情況發(fā)生影響到梁體標(biāo)高，其調(diào)整方案也應(yīng)經(jīng)仔細分析研究，提出控制意見。 </p>

17、;<p><b>　　3.5 參數(shù)調(diào)整 </b></p><p>　　在獲得測量數(shù)據(jù)庫后，對比實測值與理論值的差別，采用分離變量法可識別出各參數(shù)的真實值。在本橋的線形監(jiān)控中，取定主梁混凝土箱梁抗彎剛度、塊件重量與預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力為待識別的參數(shù)。在施工第號塊時，由掛籃移位的梁體變位實測值與理論值的差別，可識別出第號塊件的彈性模量的真實值；由澆筑混凝土?xí)r的變位值可識別出第號塊的重量

18、；由張拉預(yù)應(yīng)力時的變位值可識別出第號塊件對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力。在識別出各參數(shù)后，須及時將它們反映在有限元計算中，以獲得修正的下一塊件的掛籃變位預(yù)抬高量。 </p><p>　　3.6 控制線形的調(diào)整 </p><p>　　在施工過程中，由于結(jié)構(gòu)實際情況與理論計算的差異以及掛籃定位標(biāo)高放樣的誤差，必將導(dǎo)致已建部分在成橋時的線形出現(xiàn)不能消除的誤差。若對誤差不予調(diào)整而繼續(xù)施工，將導(dǎo)致全橋的線形

19、波動較大。鑒于這種情況，須對未施工階段的控制線形作出修改。在本橋的線形控制中采用了拉格朗日差值法： </p><p>　　式中：—待施工階段控制線形與設(shè)計標(biāo)高的差值； </p><p>　　—已施工階段的標(biāo)高與控制目標(biāo)的偏差； </p><p>　　—已施工階段前端截面的水平坐標(biāo)。 </p><p>　　由上式可得出待施工階段的控制線形與設(shè)計

20、標(biāo)高的差值，還須比較與標(biāo)高偏差允許范圍的大小，取。 </p><p><b>　　4 控制成果 </b></p><p>　　4.1 實測位移與理論位移對比 </p><p>　　圖2 23＃墩11＃塊澆筑位移比較圖 </p><p>　　Fig2 contrast between Construction displa

21、cements of 11# of 23# pier </p><p>　　圖3 23＃墩11＃塊張拉位移比較圖 </p><p>　　Fig3 contrast between tension displacements of 11# of 23# pier </p><p>　　由圖2和圖3可以看出梁段在澆注后和張拉后的實測位移與計算位移接近。 </p&g

22、t;<p><b>　　4.2 成橋線形 </b></p><p>　　中跨合攏段預(yù)應(yīng)力束張拉后梁體實際預(yù)拱度與理論預(yù)拱度對比圖如圖4所示。 </p><p>　　圖4實際預(yù)拱度與理論預(yù)拱度對比圖 </p><p>　　Fig4 actual pre-camber and theory pre-camber contrast ch

23、art </p><p>　　由圖4可以看出，全橋合攏張拉中跨預(yù)應(yīng)力束后，梁體線形走勢與理論線形一致，梁底實際預(yù)拱度與理論預(yù)拱度誤差在1.5以內(nèi)，梁體線形平順，滿足目標(biāo)控制要求。 </p><p><b>　　5 結(jié)論 </b></p><p>　　（1）連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)的施工特點決定了自適應(yīng)控制是這種橋型施工控制的有效方法； </p&g

24、t;<p>　?。?）線形控制結(jié)果表明，全橋線形變化平順，實際走向與理論走向的變化趨勢基本一致，所有節(jié)點高差及合攏誤差滿足控制目標(biāo)要求； </p><p>　?。?）線形控制是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工質(zhì)量的重要保證，是施工控制至關(guān)重要的一環(huán)，直接決定著連續(xù)梁橋的成橋線形是否符合設(shè)計要求影響著橋的外觀和行車安全。 </p><p><b>　　參考文獻 </b&

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27、d.,Track Division,Erdos,Inner Mongolia,017000,China) </p><p>　　Abstract: Beijing link bridge across the second ring is a PC continuous bridge. Deflection survey is an important matter for cantilever construc

28、tion controlling of box-beam, aiming at providing an accurate form-laying elevation for the construction phase of each beam to ensure bridges line and smoothly joining.Take this bridge as the project background,the paper

29、 introduced the adaptive control method for linear control as well as the linear control adopted measures. It is demonstrated that the a</p><p>　　Key words: linear control; adaptive control method；PC continu