大跨径桥梁施工事故分析

一、大跨径桥梁施工塌桥事故

1 湖南凤凰县堤溪沱大桥

新闻背景：2007 年8 月13 日下午，湖南省湘西土家族苗族自治州凤

凰县正在建设的堤溪沱江大桥发生坍塌事故，造成64 人死亡，22 人受伤，直接经济损失3974.7 万元。事故发生后，国务院组成事故调查组，立即开展了调查工作。经调查认定，这是一起严重的责任事故。由于施工、建设单位严重违反桥梁建设的法规标准、现场管理混乱、盲目赶工期，监理单位、质量监督部门严重失职，勘察设计单位服务和设计交底不到位，湘西自治州和凤凰县两级政府及湖南省交通厅、公路局等有关部门监管不力，致使大桥主拱圈砌筑材料未满足规范和设计要求，拱桥上部构造施工工序不合理，主拱圈砌筑质量差，降低了拱圈砌体的整体性和强度，随着拱上施工荷载的不断增加，造成1 号孔主拱圈靠近0 号桥台一侧3 至4 米宽范围内，砌体强度达到破坏极限而坍塌，受连拱效应影响，整个大桥迅速坍塌。

12 月7 日，国务院常务会议听取事故调查组对事故调查处理情况的汇报，讨论通过了对相关责任人和责任单位的处理意见。12 月7 日，国务院常务会议听取湖南省湘西土家族苗族自治州凤凰县正在建设的堤溪沱江大桥发生坍塌事故调查组对事故调查处理情况的汇报，讨论通过了对相关责任人和责任单位的处理意见。根据国务院常务会议的决定，湖南省有关部门已将对事故发生负有直接责任，涉嫌犯罪的湘西自治州公路局局长兼凤大公司董事长胡东升、总工程师兼凤大公司总经理游兴富和湘西自治州交通局副局长王伟波等24 人移送司法机关依法追究刑事责任。对事故发生负有责任的湖南省交通厅、湘西自治州政府相关负责人，省、州公路局和省路桥集团公司，以及设计、监理、质监等单位的32 名责任人给予相应的政纪、党纪处分。

事故原因

（1）桥墩基础

事故的勘测调查从最东侧，也就是最早坍塌的一号桥孔原址开始。虽然大桥倒塌原因的调查才刚启动，但最初的桥梁选址和地质勘测成为技术推定的第一个“罪魁”。大桥的承建单位为湖南路桥公司，但其后的分包却甚为复杂。2005 年初，其工人在设计图纸上所标示的1 号桥墩位置上施工，竟挖出一个大岩洞，这在勘测报告上并未标明。在大桥东边的第一个桥墩下面有个很大的溶洞，洞口宽约1 米多，这个溶洞一直通向进入凤凰县城的城北大道方向。据介绍，施工方对这个地基上的大溶洞进行简单填充，“没有挖掘很深就开始砌了。”吴福生说。“现在专家们正在对1 号桥墩下的这个岩洞进行钻探，寻找事发原因。”一位曾参与大桥前期工程的专家告诉记者。

（2）原材料

堤溪沱江大桥的桥型是当地常见的石拱桥，造价较钢筋混凝土大桥低廉。由于当地缺河沙，大桥采用浆砌结构，石块和石块之间的黏合剂是用山上的石头磨成的粉末，和水泥搅拌制成砂浆。工人田茂看到，运来的砂子里面还掺有泥巴，这会影响砂浆的黏合度。“施工人员李佳检查时也说，这沙土有问题。但最后还是照样用了。”“砂子没有用水冲过，都直接倒进搅拌机。”刘名说。刘名从大桥开建就来到这里，负责切割桥面和桥墩所需的大块石料。按规定，石块的标准厚度是20 公分。但老板告诉他，18 公分的也可以收。“既然这样就越切越薄，切得最薄的有16 公分。”据说一切都是为了节约成本，大桥总投资1200 万，工程款总是莫名其妙地缺位。

（3）支架拆除

这次倒塌的石拱桥属于4 跨连续石拱桥，桥梁是对称型，四个桥拱之间靠巨大但平衡的张力互相支撑着，环环相扣。“要想安全牢固，必须注意对称。

拆脚手架时是它的一个危险期。“拆时也要均衡，不能光卸一边，要几个支点同时卸。如果拆除脚手架时顺序出了错误，造成石拱受力不均，其中一跨坍塌后，其相互抵消的水平推力消失，导致拱圈产生的水平推力失衡，就会形成多米诺骨牌式的连环倒塌。”也就是说，从侧面产生的单向水平推力，才是这种几跨联拱大桥最危险的敌人。脚手架的拆除也分包给了不同的工程队，大家各自为战。

专家意见

华南理工大学交通学院博士生导师、教授王荣辉告诉记者，拱桥在建造过程中的确特别容易出问题，尤其是连拱桥，如果一个桥拱出了问题，连拱就会全部倒塌。据了解，几年前，贵州一座在建拱桥同样也发生过坍塌事故。为什么拱桥容易出事呢？王教授认为，虽然拱桥建造在技术上并不困难，但对施工的要求却比较高，如果砖块没有压紧或者混凝土强度没有达到要求，都会影响到拱桥桥拱的形成，从而导致桥梁的质量隐患。因此建造拱桥的施工队伍都必须有丰富的经验。而且，拱桥建造的后续步骤也马虎不得，一旦出错会使整个工程功亏一篑，比如拱桥建成后，为了使桥拱达到一定的强度，不能马上拆除脚手架；拆除脚手架必须严格按照一定的顺序进行，整个过程必须进行施工监控。由于拱桥造价便宜，许多经济相对落后的农村地区都偏好建造拱桥。但王教授并不建议修建拱桥，“从安全角度来看，普通桥梁更加经济实用。”清华大学土木工程系一位研究桥梁建筑质量的教授通过分析照片认为，湖南凤凰县沱江大桥的施工质量存在问题，为偷工减料的豆腐渣工程。这位专家表示，堤溪沱江大桥为等截面悬链空腹式无铰拱。理论上说，拱桥施工应首选钢筋混凝土结构，其次为混凝土或统一规格的石材(大块石)。而从沱江大桥拦腰折断桥墩的缺口看，全是碎石块和石子，里面根本没有钢筋或规格的石材。所以可以说该工程为偷工减料的豆腐渣工程。他认为，桥的破坏源点为桥墩。对桥梁起破坏作用的主要是水平推力，如桥面上错车，行走都可产生水平推力。当桥没有承受水平力的支撑，桥墩质量又不过关时，整个桥会在瞬间坍塌。任何桥都要有能够承受水平压力的制动构造，而从照片上看不出沱江大桥有相关构造。

湖南凤凰大桥垮塌疑惑之一：乱石拱还是料石拱？

下图的桥墩断面，同样是惨不忍睹。除了窟窿，混凝土砂浆标号也是个问题。

这次事故的责任，出在设计不当，施工单位出问题的可能性比较小。更具体一点，就是整体方案严重错误。

从目前披露的情况看，该桥是一座多垮高墩的拱桥，桥墩高达40 多米。纯由岩石堆砌而成。这是出问题的关键。拱桥和梁桥的一个重大区别是，梁桥的桥墩只承受纯向下的压力和垂直的水流冲击力。水流的冲击力和桥梁的正压力相比，很小。也就是说，桥墩主要是承受正压力。拱桥不同，桥墩除要承受全部的正压力和水平的水流冲击力外，还要承受极大的侧向力，侧向力的大小由拱桥桥拱的弯度确定，桥越越弯曲，侧向力越小，桥拱越平，侧向力越大，甚至可以达到正压力的数倍。现代拱桥都比较平，可以肯定，侧向力一定超过了正压力，非常大。古代和平常所见的石拱桥，为了抵消这个巨大的侧向力，一个办法是将桥拱修得很弯曲，像苏州小河上的石拱桥那样，几乎成半圆型。另一个办法是不修桥墩，直接将侧向力引到江河两岸的堤坝上。因此，拱桥是不适合修高墩桥的。高墩拱桥稳定性会很差。①凤凰桥设计者没有考虑到拱桥的这个特点，在这样高的位置修拱桥就是一个极不明智的选择，甚至可以说是错误的选择；②高桥墩的抗侧推力的能力很差，因此，高墩一定要用钢筋混凝土筑墩。这样，才有比较强的抗侧向推力能力。恰恰相反，设计者将桥墩设计为不用钢筋的石块堆砌，这样高度的砌石墩，只能承受正压力，不能承受侧向力。一旦有侧向推力产生，桥墩必垮无疑！

③这样高大的桥梁，其自重就很大，侧向推力更是自重的数倍。随着大桥完工，脚手架拆除，大桥自重和侧向推力就完全传到地面和大桥两端，一定会产生向下的沉降和向两边推移。于是，巨大的侧向力全部由不能承受侧向力的桥墩承担，桥墩必然向一侧断裂，导致全桥垮塌。

2 深圳盐坝高架引桥

2000 年11 月27 日，深圳盐坝高架引桥突然发生坍塌，该桥位于盐田港附近，自7 月份开始施工，预计12 月底完工。坍塌桥面宽20*30 米，高20 多米，坍塌长度约30*50 米，当时桥面施工情况为部分已浇灌混凝土，部分仍为钢筋铁丝网结构。

原因

经过一个月的调查，“11.27”盐坝高速路高架引桥倒塌事故原因现已查明，支架构造和设计存在缺陷、施工方法和工艺不当等综合因素，是导致盐坝塌桥的罪魁祸首。导致盐坝塌桥的原因主要是：①施工中立杆垂直高度误差偏大，部分扣件未能完全拧紧，同时水平杆件连接未采用搭接方式，削弱了支架整体稳定性；②坍塌的第七跨在支架设计中横向未设剪刀撑，

纵向虽设置了剪刀撑，但数量不够，造成支架主体稳定性不足；③支架设计中对不利荷载因素及荷载分布状况认识不足，未采取相应的对策和措施，使支架整体稳定性存在安全隐患。④施工单位、监理部门管理不力，安全质量意识淡薄也是不容忽视的原因之一。

3 泸州大桥桥墩坍塌

2001 年12 月21 日，泸州大桥桥墩坍塌。隆叙铁路泸州大桥全长1400 余米，总投资1．6 亿元，2000 年11 月动工，工期两年。据施工队负责人介绍，晚9：10，工人在位于长江中心的正在施工的2 号桥墩捆钢筋外膜时，突然发生坍塌事故。

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浙江省海宁市硖石镇新虹桥倒塌

2000 年5 月27 日，浙江省海宁市硖石镇正在建设中的新虹桥轰然倒塌，未

造成人员伤亡。

5 招宝山大桥主梁断裂

宁波大桥由中外合资宁波大桥股份有限公司投资建设，总投资4.26 亿元。主桥采用单叉双错面钢筋混凝土斜拉桥结构，全长2482 米，其中主跨为258 米，在同类型桥梁中位居亚洲第一、世界第二。去年9 月，大桥梁体上下晃动、跳动，经检查，发现梁体出现两处断裂，断裂处都在桥板的底部。

浙江省交通厅质检站曾出具一份断裂事故调查报告，报告显示：设计不合理、主梁结构单薄尤其是底板厚度过薄、有效截面较小从而导致受压区实际应力偏大是直接原因，另外还有设计对构造细节和预应力体系考虑不周等因素。报告特别指出，设计单位在已出现事故苗头的情况下，仍未重视。据了解，宁波大桥的设计单位是天津市政工程设计研究院。当初工程设计招标时有6 家单位参加，最终因为该设计院的方案设计超前、桥型美观而中标。施工单位表示，他们是完全按照设计要求建设的。1998 年9 月24 日，招宝山大桥主梁断裂。位于甬江入海口的宁波大桥是规划中我国沿海快速通道的主要桥梁，因发现两处梁体断裂，建筑工人们不得不开凿已造好的桥面。大桥梁体上下晃动、跳动，经检查，发现梁体出现两处断裂，断裂处都在桥板的底部。据施工人员说，该设计方案技术比较先进，但也比较边缘，安全系数不大。

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广东增槎路高架桥支架坍塌

2004 年12 月13 日，广东增槎路高架桥支架坍塌。广清高速公路增槎路江

南农贸市场路段正在施工的一段高架桥支架忽然发生坍塌，事故造成2 人死亡，7 人受伤（其中重伤1 人）。现场也有施工工人认为，是因为脚手架各个接口的螺丝没有上紧，导致高架桥受力不均才塌方的。

7 重庆綦江步行桥发生整体垮塌事故

1999 年1 月4 日，重庆綦江步行桥（綦江彩虹桥）发生整体垮塌事故。横跨重庆綦江县新旧城区的一座步行桥突然整体垮塌。据不完全统计，截至5 日18 时，已死亡24 人，轻重伤16 人，十几人下落不明。这座长约102 米的中承式拱形桥，是綦江县城主要的人行桥，建成还不足三年。专家组认为：中承式拱形桥的拱架钢管焊接存在严重缺陷，个别焊缝出现痕缝性裂痕；焊接质量不合格；混凝土强度不足，普遍低于设计标号的1／3；连接桥梁、桥面与钢拱架的拉索、铆片、铆具都有严重锈蚀。另外，已发现工程承发包不符合国家建筑管理规定和要求，施工单位系个人挂靠行为，不具备市政工程施工资质，该桥实际属私人设计、组织施工。

8 重庆南门大桥

2001 年11 月7 日，重庆南门大桥位于宜宾城内的长江(长江上游也称金沙江)上，连引桥在内，大桥全长约1000 米左右，主桥横跨度500 余米，是一座提篮式跨江大桥。据宜宾市曾参加过泸州大桥、岷江大桥、马鸣溪大桥施工的

吴工程师讲，这种动态式的悬吊式设计很可能有问题。从南门大桥断裂的状况看，两边的断裂处都是在主桥与引桥的结合点，恰恰也是吊桥动态与静态的结合点。因受力不均，一

边垮塌后，使桥面的支撑力发生波浪形摆动，造成另一边也垮塌。吴工程师还说，从现场看桥的伸缩缝过大，部分施工材料不合格也是造成桥面断裂的原因之一。桥梁专家、重庆交通学院教授顾安邦分析，作为中承式拱桥，越靠近拱圈的吊杆就越短，相对于其他位于桥中间、较长的吊杆，它的线刚度较大，而应付变形的能力就越小，相应受力就较大。相对而言，它最易断，从而引起大桥坍塌。

9 遵义公路大桥跨塌

2005 年11 月5 日14 时许，遵义市务川至彭水公路珍珠大桥悬拼拱架发生跨塌事故，19 名施工工人落下河谷，确认死亡13 人，3 人下落不明。

10 贵阳大桥垮塌

2005 年12 月14 日凌晨5 时30 分左右，位于贵阳市开阳县龙广村的贵（阳）开（阳）高等级公路第五标段，正在修建的小尖山大桥突然垮塌，桥面上正在施工的22 名工人飞落下50 米深的深谷。事故共造成7 人死亡，15 人重伤。

11 福建漳州大桥坍塌

2006 年4 月11 日2 时18 分许，正在拆迁中的福建漳州大桥突然整体坍塌300 米，正在桥上施工的8 名工人落入江中，造成当场死亡1 人，失踪1 人，4 人受伤。该大桥全长438 米，建于1975 年。

12 北京悬索桥测试承重被压塌

2006 年12 月9 日下午2 时40 分，北京顺义区卧龙环岛北侧一条横跨减河的景观悬索步行桥在测试承重时坍塌，10 辆用来测试的卡车随桥身坠下后报废，一名司机在事故中骨折，另有两人轻伤。

13 江西修水县湾台大桥坍塌

2007 年3 月23 日，由于层层转包，随意变更大桥设计，江西省修水县湾台大桥在施工过程中发生坍塌，造成施工人员2 人重伤、10 人轻伤。

二、在桥梁工程中质量事故的原因分析

1 当前桥梁工程质量事故责任现状

一个大型桥梁工程是由立项、规划、勘察、设计，再由施工将图纸变为工程实体，建成能满足使用要求的交通设施，因此，从质量形成全过程来看，决不能把所有桥梁工程质量问题看成是由施工企业造成的，必须实事求是地分清各方应负的责任，对于各自存在的问题采取相应对策，这样才能从根本上保证重点大型桥梁工程的实体质量。据文献［1］及英国建筑研究院最近一项统计产生工程质量事故原因的比例见表1 表 1 工程质量事故分析广东省某高速公路项目英国建筑研究院统计资料质量事故责任方设计责任施工责任其他责任40.1% 29.3% 30.6% 50% 40% 10%

由表1看出：由勘察设计原因造成的工程质量事故居首位，其次是施工过程所造成的事故，另外由于材料原因、使用等原因所造成的损失也占一定比例。

2 桥梁工程项目中的层层分包，为工程质量埋下隐患

随着经济改革的深入，经济指标已成为业主、勘察、设计承包商、施工承包商以追求的首要目标，这些承包商为追求短期经济指标而忽视工程质量的事时有发生。为了追求高额利润，在设计中常常暗藏分包的现象，使得设计人员资质远不能达到工程招标时的要求，而且总承包商为追求短期经济指标往往对工程项目投入的人力不足，没有起到组织、协调、管理的作用。

3 地质勘探资料不可靠而造成的质量事故

在公路桥梁建设中，一座桥梁桩基础施工中，有些区段实际地质情况与图纸所提供的地质资料严重不符。某特大桥主桥上，实际地质情况与设计资料相差甚远，设计柱桩长为40 米（1.8 米桩径），而实际地质情况需要桩长近60 米。这需要大吨位的钻机，给施工造成很大不便，延误了工期，引起索赔。在其它一些桥梁也出现过类似情况。

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由于设计图纸与实际地况不符、甚至设计图纸的错误造

成的工程质量事故

某特大桥主桥，由于地方桥梁的实际标高提高，宽度加大，地方排水管道的影响。原设计是37.5 米跨的预应力工字梁，在施工时才发现，按这种设计方案不能满足地方道路净空要求，几经周折，变更为50 米跨径的变截面预应力连续箱梁，使工程费用需重新报价，延误了工期，造成不必要的损失。另外，在此桥的预应力箱梁的设计中，将12 束钢铰线与7 束钢铰线的连接设计不当，造成钢铰线在张拉时拉断。最后只有变更为8 束钢铰线的张拉力，使箱梁的预应力减小了三分之一，箱梁强度储备下降。在某高速公路的关键工程某特大桥的施工中，由于对交叉道口设计与实际地况不符，若按原设计施工，有的桩位将在行车道上，无法施工，不得不变更设计，增大桩径，变T 梁为连续箱梁。将主孔桩径由2.2 米变更为2.5 米，过渡段桩径由2.5 米变更为3.0 米。这样需要重新购置大型钻孔设备，给施工带来很大难度，引起索赔。由于施工难度加大，在灌桩时控制不当，施工过程中发生了有两根桩基断桩。既造成了数百万元的损失，又使关键线路上的关键工程工期延误。

5 由于设计人员的疏忽而造成质量事故

在某高速公路一大桥的图纸中将桩位标错。在另一桥中，将桥的墩帽标高写错。据统计在该线路的大桥中，出现了不少由于设计不当或设计人员的疏忽而造成的如桩位不当及桥梁上部的跨径净空不能满足使用要求，从而影响了工程质量及工期。

6 在勘测设计缺乏必要的外部监控体制

目前在设计行业还未实行监理制度，因此，为保证大型桥梁设计质量，必须

对设计图选择验算单位进行准确的计算分析，以保证设计的可靠性。

三、对策

1 施工阶段力学计算的不确定性

（1）临时支架力学计算基础条件的不确定性；支架连接的不确定性；支架荷载的不确定性。

现浇箱形拱

（2）施工状态的力学计算基础条件的不确定性；材料特性的不确定性；结构体系的不确定性；施工荷载的不确定性（横向荷载及偶然荷载的影响）；构造细节特性的不确定性。对吊装施工时对梁段的体态、吊装点要经过计算。

刚架拱桥吊装

刚架拱实腹段四点吊

悬臂浇筑

图18.4.2

悬臂拼装

梁拱体系转换

预应力混凝土连续梁、连续刚构或桁式组合拱桥，除满堂支架施工外，采用其它施工方法都面临着体系转换这一共同问题。尤其是采用悬臂浇筑或悬臂拼装的多跨大跨度连续结构，都经历最初的静定悬臂刚构状态，然后分阶段合龙为单跨（或多跨）的固端梁、伸臂梁或临时连续刚构等不同体系，最后才合龙为成桥状态的连续梁、连续刚构或桁架拱等超静定结构。在体系转换中，除了要计算因施工程序不同、荷载不同而产生的不同施工内力外，还应计及各项次内力，包括施工过程中由于张拉预应力筋引起的次应力和由于温度变化、混凝土徐变、收缩等因素所产生的次内力。为了承受施工阶段的内力，悬臂上的预应力钢束应分批分期张拉。当按顺序合龙桥梁形成体系转换时，在合龙梁段上要张拉连续预应力钢束，这些连续束的张拉是在超静定体系上进行的，势必产生由预加力引起的次内力。计算预加力的次内力的一般方法是：选定结构的基本体系，计算出预加力对基本体系的弯矩，即初预矩（静定力矩）；然后用力法求解结构在预加力作用下的赘余力，即所谓“二次内力矩”。初预矩和二次内力矩之和即为预加力对结构的综合力矩。但实际悬臂施工的桥梁都为变截面，而且存在多次体系转换，加上钢束的预加力沿程分布的变化，计算相当复杂，需求助于计算机的编程计算。通常采用等效荷载法，将混凝土与钢束分开来考虑。钢束对混凝土的作用用一组力来代替，求得等效荷载后，把它当作外力，写出荷载列阵，用矩阵位移法求解。最后求得的是预应力对结构

的总效应，包括初内力和次内力。当桥梁施工依次合龙，结构体系由静定变为超静定受力，合龙时的温差也会在结构中产生温度变化的次内力。混凝土自身材料收缩、徐变的特性，也导致体系转换后次内力的产生。混凝土施工过程的徐变分析，也是一项复杂的力学计算，程序设计采用增量理论，其中徐变系数的计算是关键，涉及徐变变化规律，多采用狄辛格法。总之，选择体系转换次序时，应该使最终的连续梁（或刚构）体系的恒载内力分布合理，同时还应尽可能地缩小各项次内力的不利影响。在悬臂施工的连续梁中，各项次内力常使跨中区段的正弯矩值有较大幅度的变化。施工过程中，若在内力较大的杆件中布置监控测点，将监测的实际值与计算的预计值比较，及时发现异常问题，并停工检查和分析原因，则可能避免类似加拿大魁北克桥施工中突然崩塌坠落事故的发生。

2 准确选定结构体系及荷载组合分析结构内力和局部应力

大跨度桥梁结构复杂，设计和施工技术含量高，结构形式丰富、设计和施工高度相互作用，在结构分析计算中，若单独考虑一种原因时，一般仅可能产生在允许限度以内的应力；如果两种或两种以上原因同时发生，则会出现应力的叠加，其结果使得梁体的应力超过正常使用极限状态的混凝土应力限值。必须以恒载+活载+温度骤降+基础不均匀沉降为控制设计荷载；大跨度连续梁桥在顶板配置有横向预应力的情况下，顶板和腹板交接处为控制设计断面。预应力钢筋锚固端的两侧，危险截面要加以验算。又如加拿大格朗梅尔大桥设计中没有考虑温度应力问题，后来在加固阶段经计算得出10℃的温差在桥梁跨中产生的正弯矩值相当于中跨两条车道布载所产生的正弯矩值，这足以说明准确考虑温度应力的重要性。对大跨度桥梁构件细部也需要精确的应力分析，以避免局部损伤而失效，使桥梁破坏。大跨度桥梁的施工是一个复杂的系统工程。在实现设计目标的整个过程中，将受到许多确定或不确定的误差因素（包括设计计算、材料性能、施工精度、荷

载或气温变化等）的影响，因此施工过程应从受影响而失真的参数中找出相对的真实值，并对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）和预测。这项以现代控制理论为基础的工作，称之为施工控制。由于在混凝土桥施工中引入了钢桥自架设体系的施工方法（如悬臂施工方法），给桥梁结构带来较为复杂的内力和位移变化，为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全，对桥梁施工的控制已不可缺少。实际上，桥梁施工控制早已被人们采用，例如钢桁梁悬臂架设时，为最终满足设计标高而预设拱度。但是，混凝土桥除了本身材料非匀质和材质特性不稳定外，它还要受温度、湿度、时间等因素的影响，加上采用自架设体系施工方法，各节段混凝土或各层混凝土相互影响，且这种相互影响又有差异，这些影响因素必然造成各节段或各层的内力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程变化而偏离设计值，可能影响到以后各节段和合龙标高以及全桥的线形。大型结构的最终形成都经历了一个漫长而复杂的施工过程以及结构体系转换过程。对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析是结构施工控制中的最基本内容。在大跨度桥梁结构的施工控制中现存三种模拟分析方法。其中，正装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好地模拟桥梁结构的实际施工历程，得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态，为桥梁施工控制提供依据。倒装计算法则是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为分析，目的是要获得桥梁结构在各个施工阶段理想的安装位置（标高）和理想的受力状态。无应力状态法是以桥梁结构各构件的无应力长度和曲率不变为基础，将桥梁结构的成桥状态和施工各阶段的中间状态联系起来，这种方法特别适应于大跨度拱桥和悬索桥的施工控制。在预应力混凝土梁体分段悬浇施工过程中，每节段都需要经过移动挂篮就位、立模浇筑混凝土、完成预应力束张拉等工序，形成若干施工循环。假定结构受力条件和材料参数，运用结构分析方法对施工全过程进行模拟分析，由于理想状态与施工实际不可能完全一致，加上施工方法的变异因素，会造成实际结构受力和位移不同于理想计算结果，并导致累计施工误差。因此需要建立施工动态控制系统，借助测量信息反馈系统，对每一施工循环进行控制系统误差分析，修正

系统参数，进而对下一循环预测控制参数，如此重复循环，使系统参数误差逐步消除，其后状态控制参数更为精确，模拟分析与实际施工过程可趋于一致，从而使桥梁的分段浇筑施工最大限度满足结构设计要求，达到施工全过程的随机最优控制。在桁式组合拱桥悬臂施工控

制中，主孔预拱度的设置考虑恒载、活载和徐变挠度，为消除施工中各种因素引起的非弹性变形，各段构件在安装时还要增加施工预抬高度。根据徐变计算反映的规律，墩顶至断缝区段徐变挠度小，断缝至拱顶区段徐变挠度较大，因此相应节段所取施工抬高值是个变量。施工中应根据挠度观测数据和徐变计算的结果，逐段予以调整。合龙时，两岸桁片的高程差应控制在规范允许的范围内。悬拼施工中，结构处于悬臂桁架体系状态，合龙后将进行体系转换，为了保证在体系转换时结构有更大的稳定性，可采取分次放张，分次加载的方式，使结构逐步、缓慢地由悬臂桁架体系过渡到桁架拱体系

3 应用先进的桥梁结构分析及可视化技术对设计进行演示和论证

大跨度桥梁结构复杂，设计和施工技术含量高，具有结构形式丰富、设计和施工高度相互作用、设计和施工内业工作量大等特点，可视化计算技术将给这些超大型复杂结构的设计和施工控制变的比较容易、方便和更加直观。例如，大跨度斜拉桥的施工采用悬臂浇注和拼装的方法，一般要经过多次循环，而每一个循环内还要包括好几个工况，另外，由实际结构来反馈影响设计也是大跨度斜拉桥的一大特点。因此，在设计阶段无论是组织数据，编排仿真计算过程，阶段内力调整还是数据的输入以及计算结果的整理，其工作量非常大，且极容易出错，而对于斜拉桥施工阶段的内力和标高控制问题要根据施工中的实际结构来修正起初设计中的一些基本条件。因此，研制开发超大型复杂结构的设计和施工控制的可视化计算技术是极有必要的。对特大跨度桥梁的设计、工程控制和施工控制需要进行多次的结构重分析。如对斜拉桥和大型连续梁桥的理想后退分析、实时前进分析等。在分析中要建立有限元结构分析总模型和施工阶段模型，要输入单元拓扑结构、节点信息、

刚度数据、材料特性、边界条件、荷载分布等。把可视化计算技术应用于大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析可视化技术中，倒退分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线形显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分析结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形和图像来进行实时动态的控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的全过程。采用虚拟现实技术的虚拟环境系统，以利于更好地认识设计参数与设计结的关系，发现设计中潜在的缺陷和问题，尝试解决问题的不同方法，从而使整个设计更加完善。