连续梁桥悬臂浇筑

连续梁桥悬臂浇筑

施工中的结构线形控制

1 前言

预应力混凝土连续梁桥由于具有变形小、结构刚度大、行车平顺舒适、抗震能力强等优点，近年来在我国得到了广泛的应用。目前，对于大跨径预应力连续梁桥多采用平衡悬臂浇筑的施工方法，如唐津高速永定新河大桥主桥、河南洛河大桥、沙阳汉江桥等。梁体在施工过程中要经历了多次体系转换，悬臂浇筑施工时是悬臂静定结构，梁与墩临时固结在一起，并且从墩上平衡的向两边悬臂现浇伸出，然后浇筑合拢段并且张拉预应力钢筋，去除临时固结实现体系转换，形成超静定结构。在此过程中，悬臂现浇中的结构状态控制（特别是线形控制）一直是施工控制中的一个难点。如果控制不好，有可能造成两端悬臂浇筑至合拢时，梁体标高误差超过允许范围，这样既对结构受力不利，又影响梁身的曲线形态，造成永久缺陷。因此，通过研究施工期结构状态控制来寻找一种适合大跨径预应力悬浇梁施工工况的控制方法，用以在施工过程中能够有效的消除各种施工误差因素（包括梁体结构尺寸、预应力施加、测量方法以及荷载的误差等），减少对桥梁运营质量和外观质量的影响，使桥梁的内力状态和几何线形最大趋近于原设计目标。本文就对连续梁悬臂浇筑施工中的结构线形控制问题进行一下粗浅的探讨。

2 悬浇梁施工控制技术的原理简述

本世纪五十年代，为了适应对大跨径桥梁施工的要求，施工控制技术成为了桥梁施工中的重要环节得到了高度重视。首先出现的“结构倒退分析”法的施工控制概念是于1958年伴随着Theodeness桥的设计和施工提出来的。它主要是从成桥时的理想设计状态出发，按照施工的逆向次序进行结构倒退分析，从而得到各施工阶段的重要结构控制参数。随着在桥梁施工中的广泛运用，人们对“结构倒退分析”法本身存在的问题有了比较深刻的认识。这些问题集中体现在：倒退分析过程无法正确的对混凝土徐变进行逆分析，倒退分析计算结果常常不闭合等。近年来，我国工程技术人员对大跨径预应力混凝土悬浇梁施工控制技术进行了大量卓有成效的研究，并且通过实践提出了“成型状态反馈分析”的控制理论，它是建立在现代工程力学、数学、控制学原理基础上，运用计算机作为工具的一种先进的施工结构状态控制方法。其原理是建立桥梁最终成型时与施工阶段的结构参数的相互关系，利用控制学原理形成优化的反馈控制目标函数，从而最终确定施工阶段待定的结构控制参数。此种方法中施工期结构状态变量与成型结构状态目标的联系是直接的、正向的，迭代过程中不重复采用由“结构倒退分析”法得到的倒拆值，混凝土徐变与结构几何非线性分析永远向前进行，不良因素大大减少了。

2．1 桥梁结构成型的最优状态

对于历经复杂施工工况过程的大跨径预应力混凝土连续梁桥来说，确定结构成桥的理想状态一般主要只需关注结构成型的线形优化

问题。优化方法可以考虑取用线形偏差最小为目标及附带线形调整约束条件的线性、确定性系统。因此，结构成型时状态可以被看成一个离散、线形、确定性系统目标的数学问题进行求解,数学上可表述为：Yk+1=AkYk+BkUk k=0,1,2……n

Zk=CkYk

其中Yk为线形状态，Uk为成型线性的控制变量，Zk为系统的实测值，它们都是n维向量，Ak为系统的转移矩阵，Bk是系统的控制矩阵，Ck为量测变换矩阵。

结构成型最优控制可用下式表示：

min J(u,y) u U y Y

J(u,y)为描述成型结构线形状态偏差与控制的目标函数，u U为线形控制的约束条件，y Y为线形的允许范围，即初始与终端条件。

2．2 结构成型的线形控制

结构在施工过程中由于各种因素会造成已建部分在将来成型时线形偏离设计理想曲线，因此有必要通过施工控制将未建部分线形加以调整，使其与已建部分的衔接光滑，并且尽量靠近原设计曲线。

首先，将结构出现误差的已建部分作为初始条件，将结构未建部分构件的连线设为三次曲线y，并取y与设计线形曲线yd的相对偏差为yr=y-yd，为了使结构曲线各控制点与修改的设计曲线尽量接近，即yr尽快趋于零，选下列非负定的二次型作为目标函数

J(y)=

式中k是已建结构线形的端点，n为结构线形的终点。