隨著大跨度橋梁建造數(shù)量的不斷增加，橋梁架設(shè)過程中的線形及應(yīng)力狀態(tài)控制工作越來越顯重要，在大跨度橋梁架設(shè)過程中，一般均需對(duì)線形及應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行專門的分析研究。但是，施工過程的控制工作仍然是大跨度橋梁建設(shè)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，目前在已完成的橋梁中，不少就出現(xiàn)的線形不好、內(nèi)力狀態(tài)不合理的問題。大跨度橋梁施工是一系列復(fù)雜的體系轉(zhuǎn)換過程，不同橋型有不同的特點(diǎn)，針對(duì)它們的特點(diǎn)采用不同的對(duì)策是控制成功的關(guān)鍵，本文作者根據(jù)自己的工程實(shí)踐，對(duì)斜拉橋、大跨度連續(xù)梁、組合拱橋的控制對(duì)策進(jìn)行了比較分析。

　　一、橋梁施工控制的目標(biāo)

　　橋梁施工控制的目標(biāo)可以分為兩個(gè)部分：成橋狀態(tài)總目標(biāo)和施工過程中的分目標(biāo)，各個(gè)目標(biāo)必須包括應(yīng)力狀態(tài)和線形狀態(tài)。

　　成橋時(shí)合理應(yīng)力狀態(tài)確定的方法在斜拉橋和拱橋設(shè)計(jì)中已經(jīng)有了大量的研究；由于橋梁跨度的增大，混凝土收縮、徐變對(duì)橋梁線形的影響不可忽視，線形控制目標(biāo)必須是橋梁長(zhǎng)期線形達(dá)到設(shè)計(jì)豎曲線，在橋梁竣工時(shí)應(yīng)保證足夠的徐變預(yù)拱度。

　　從成橋合理狀態(tài)確定施工階段控制目標(biāo)的理論方法主要有：倒拆法、無(wú)應(yīng)力法等。隨著橋梁跨徑的增大，主梁相對(duì)剛度逐漸減小，再加上前支點(diǎn)長(zhǎng)掛籃的使用，節(jié)段重量較大，如果完全追求按成橋狀態(tài)來反推施工的控制目標(biāo)，可能導(dǎo)致施工階段梁體應(yīng)力過大，施工中應(yīng)力控制在允許范圍內(nèi)的要求與成橋狀態(tài)的理想內(nèi)力狀態(tài)發(fā)生矛盾，這時(shí)就必須將施工階段的控制目標(biāo)與成橋狀態(tài)目標(biāo)分開考慮，在全橋合龍后進(jìn)行一次調(diào)索，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。理論上這些方法可以用于確定施工階段的內(nèi)力及標(biāo)高狀態(tài)，由于徐變、幾何非線性、構(gòu)造問題（實(shí)際結(jié)構(gòu)不可能安裝帶有初應(yīng)力的構(gòu)件）等因素，它們只能用于初步確定施工階段的內(nèi)力狀態(tài)，不能用于確定施工階段的標(biāo)高。施工標(biāo)高控制過程是一個(gè)復(fù)雜的預(yù)拱度控制過程，施工階段的標(biāo)高狀態(tài)必須根據(jù)施工模擬計(jì)算所得的撓度反向確定。

　　二、施工控制方法分類橋梁施工控制方法經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，從控制思路上可以分為三種形式：開環(huán)控制，反饋控制和自適應(yīng)控制。

　　1、開環(huán)控制對(duì)于較簡(jiǎn)單橋型施工，一般按設(shè)計(jì)中估計(jì)的預(yù)拱度施工，施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的線型和內(nèi)力。這就是一個(gè)開環(huán)的施工控制過程，因?yàn)槭┕み^程中控制是單向的，并不需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變施工中的預(yù)拱度。在各部件的制造和安裝精度很高，或者結(jié)構(gòu)安裝誤差影響不大時(shí)，這種方法是可行的、方便的，大部分中小橋采用的都是這種方法。

　　2、反饋控制實(shí)際上施工狀態(tài)和計(jì)算狀態(tài)之間存在誤差，隨著橋梁跨度的增大，積累誤差將不可忽略，以致到施工結(jié)束時(shí)結(jié)構(gòu)的線型和內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏離了理想的成橋狀態(tài)。在出現(xiàn)誤差之后就必須即時(shí)地糾正，而糾正的措施和控制量的大小是由誤差經(jīng)反饋計(jì)算所決定的，這就形成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制過程。

　　3、自適應(yīng)控制反饋控制方法將注意力集中在實(shí)際結(jié)構(gòu)上。但是，每個(gè)工況達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)所確定的施工階段目標(biāo)的重要原因是有限元計(jì)算模型中計(jì)算參數(shù)的取值，與實(shí)際情況有一定的差距。即使在某一工況，以前的累計(jì)誤差已經(jīng)被調(diào)整掉，由于計(jì)算模型中參數(shù)差距的存在，以后的施工中仍然會(huì)出現(xiàn)新的誤差，因此又需要新一輪的狀態(tài)調(diào)整，這樣將大大增加施工的工序。要控制誤差的產(chǎn)生，必須分析誤差產(chǎn)生的原因——結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)取值與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差距，正確估計(jì)參數(shù)的實(shí)際值。

　　參數(shù)估計(jì)是根據(jù)施工中實(shí)測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修與計(jì)算預(yù)報(bào)值的比較來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過幾個(gè)階段的施工，與實(shí)際結(jié)構(gòu)磨合一段時(shí)間的，計(jì)算模型就適應(yīng)了實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律。在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)系統(tǒng)辯識(shí)過程，整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)測(cè)量到的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí)，把誤差輸入到參數(shù)辨識(shí)算法中去調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè)量到的結(jié)果相一致。得到修正的計(jì)算模型參數(shù)后，重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)，按上節(jié)所述的反饋控制方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。這樣，經(jīng)過幾個(gè)工況的反復(fù)辨識(shí)后，計(jì)算模型就基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。

　　上述自適應(yīng)控制思路特別適用于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的方法施工橋梁。主梁在塔根部的相對(duì)線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的誤差對(duì)全橋線形的影響較小，經(jīng)過幾個(gè)節(jié)段的施工后，計(jì)算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的控制創(chuàng)造了良好的條件。

　　三、不同橋型控制對(duì)策比較雖然橋梁施工控制的方法大致可分為上述三種類型，但是，具體橋型的控制有不同的特點(diǎn)，應(yīng)采取不同的對(duì)策。

　　1、懸臂澆筑混凝土斜拉橋懸臂澆筑混凝土斜拉橋是我國(guó)最常見的斜拉橋形式。成橋后的理想受力狀態(tài)通常由剛性支承連續(xù)梁法、優(yōu)化方法和內(nèi)力平衡法確定。施工中的控制目標(biāo)常用倒拆法、考慮非線性因素的倒拆法、倒拆正裝交替迭代法以及無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法等得到。

　　懸澆混凝土斜拉橋施工的主要特點(diǎn)是：

　　①結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性較差，而且要等到節(jié)段施工完成后才能確定；

　　②主梁的剛度較大，節(jié)段的局部變形很小；

　　③素力調(diào)整對(duì)局部線形的調(diào)整作用很小，調(diào)整范圍受到混凝土應(yīng)力的限制；

　　④掛籃剛度對(duì)局部變形有較大影響；

　　⑤未施工節(jié)段的立模標(biāo)高可以任意確定，與已澆筑梁段無(wú)關(guān)。

　　上述自適應(yīng)控制方法是懸澆混凝土斜拉橋控制的理想方法。根據(jù)上述特點(diǎn)應(yīng)采取下列對(duì)策：

　　（1）對(duì)于已建成梁段的線形誤差在一定程度上可以通過斜拉索索力的調(diào)整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不可能通過索力調(diào)整糾正所有誤差。殘斜的誤差可以通過下一節(jié)段的立模標(biāo)高來調(diào)整。

　�。�2）及時(shí)識(shí)別誤差產(chǎn)生的原因，估計(jì)計(jì)算程序參數(shù)的實(shí)際值，主要是混凝土的彈性模量，材料的比重、徐變系數(shù)等，重新計(jì)算施工階段索力及相應(yīng)的標(biāo)高目標(biāo)值，避免出現(xiàn)新的誤差。

　�。�3）由于立模標(biāo)高可以隨時(shí)滿整，索力值應(yīng)該作為控制的依據(jù)，某節(jié)段標(biāo)高只要控制在允許范圍之內(nèi)即可認(rèn)為滿足要求。如果索力到達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)標(biāo)高同時(shí)達(dá)到預(yù)計(jì)值，說明計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新估計(jì)。

　　（4）掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標(biāo)高，但由此引起的誤差將永遠(yuǎn)存在于主梁線形中，因此必須充分估計(jì)準(zhǔn)確。

　　2、懸臂拼裝混凝土斜拉橋懸臂拼裝混凝土斜拉橋與懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制目標(biāo)的確定基本相同，現(xiàn)場(chǎng)控制階段的不同之處是：

　　①主梁每個(gè)節(jié)段的定位標(biāo)高受到預(yù)制線形的限制，只能通過接縫間的契塊調(diào)節(jié)，余地很�。�

　　②全部節(jié)段的重量在拼裝前可以預(yù)先獲得；

　　③沒有掛籃變形的影響。

　　上述自適應(yīng)控制方法仍然是比較理想的方法，其控制的對(duì)策為：

　　（1）由于定位標(biāo)高可調(diào)余地較小，拼裝階段的線形應(yīng)該作為控制的主要依據(jù)，如果標(biāo)高到達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)索力同時(shí)達(dá)到預(yù)計(jì)值，說明計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新估計(jì)。

　�。�2）參數(shù)估計(jì)的對(duì)象對(duì)主要是主梁的剛度及徐變系數(shù)，在估計(jì)后重新確定每階段的張拉索力。

　�。�3）由于沒有掛籃剛度及節(jié)段重量誤差，每節(jié)段吊裝完成時(shí)，標(biāo)高誤差較小，可以通過索力調(diào)整來糾正。

　　3、結(jié)合梁或鋼斜拉橋結(jié)合梁斜拉橋施工階段的特點(diǎn)是：

　　①主梁的線形在鋼梁預(yù)拼裝階段已經(jīng)完全確定，現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)節(jié)段之間相對(duì)位置幾乎沒有調(diào)整的余地；

　　②全部節(jié)段的重量在拼裝前可以預(yù)先獲得；

　　③拼裝階段鋼梁剛度很小，索力及荷載對(duì)標(biāo)高的影響非常明顯；

　　④鋼梁的抗拉、抗壓能力均較強(qiáng)。其控制的對(duì)策為：

　　（1）在確定施工控制目標(biāo)時(shí)，應(yīng)充分利用鋼梁的抗彎能力使混凝土橋面極承擔(dān)較大壓應(yīng)力。

　�。�2）由于梁段間相對(duì)位置不能調(diào)整，某一梁段的誤差除影響本節(jié)段外，誤差的趨勢(shì)還將影響以后的梁段，因此，拼裝階段的線形是控制的主要目標(biāo)，必須在下一節(jié)段拼裝前通過斜拉索索力的調(diào)整來糾正已建成梁段的線形誤差，而將索力控制在一定誤差范圍內(nèi)。

　　（3）參數(shù)估計(jì)的對(duì)象對(duì)主要是主梁的剛度，特別是已安裝好橋面板但尚未形成結(jié)合梁的梁段，此時(shí)的剛度實(shí)際上是處于裸鋼梁與結(jié)合梁之間，需要通過參數(shù)估計(jì)算法來估計(jì)。

　�。�4）在參數(shù)估計(jì)后應(yīng)重新確定每階段的張拉索力，如果不進(jìn)行修正，則在以后每個(gè)階段施工完成時(shí)索力與標(biāo)高均不能同時(shí)達(dá)到控制目標(biāo)，從而每次均需要標(biāo)高調(diào)整，這將大大增加施工調(diào)索工作量。

　�。�5）由于線形主要靠索力調(diào)整來保證，但是索力調(diào)整必須在梁體強(qiáng)度允許的范圍之內(nèi)，因此，必須分析索力誤差對(duì)主梁在各施工階段應(yīng)力的影響，確保施工應(yīng)力控制在允許范圍之內(nèi)。

　　4、懸臂施工混凝土連續(xù)梁橋大跨徑連續(xù)梁線形控制與斜拉橋施工控制有相同之處，也有不同之處。

　　首先，兩者的控制目標(biāo)不完全相同�；炷�土連續(xù)梁橋由于在懸臂施工階段是靜定結(jié)構(gòu)，合龍過程中如不施加額外的壓重，成橋后內(nèi)力狀態(tài)一般不會(huì)偏離設(shè)計(jì)值很多，因此連續(xù)梁橋施工控制的主要目標(biāo)是控制主梁的線形。

　　其次，兩者實(shí)施控制的手段不相同。對(duì)于混凝土連續(xù)梁橋，已施工梁段上出現(xiàn)誤差時(shí)，只能通過張拉預(yù)備預(yù)應(yīng)力束調(diào)整，而這一調(diào)整量是非常有限的，因此，一旦出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠(yuǎn)存在，只能通過立模標(biāo)高消除已施工梁段的殘余誤差，有時(shí)調(diào)整需經(jīng)過幾個(gè)梁段才能完成。

　　因此，懸臂澆筑連續(xù)梁橋施工中標(biāo)高控制的特點(diǎn)是，已完成梁段的誤差無(wú)法調(diào)整，而未完成梁段的立模標(biāo)高只與正裝模擬計(jì)算有關(guān)，與已完成梁段的誤差基本無(wú)關(guān)。根據(jù)這一特點(diǎn)連續(xù)梁控制對(duì)策為：

　　（1）在進(jìn)行施工模擬計(jì)算時(shí)必須充分考慮各種施工因素，特別要正確計(jì)算主梁的軸線坐標(biāo)，同時(shí)計(jì)算中要計(jì)入豎曲線的影響。

　�。�2）由于沒有高效的調(diào)整措施，必須合理制定施工步驟，使每個(gè)步驟的變形量減小，這樣即使某個(gè)施工步驟產(chǎn)生誤差，該誤差在總體變形中所占比例就較小。

　�。�3）在圖1自適應(yīng)施工控制原理圖中的下半環(huán)，即控制量反饋計(jì)算，在連續(xù)梁施工控制中一般不起作用。上半環(huán)，即參數(shù)估計(jì)就顯得尤為重要，只有與實(shí)際施工過程相吻合的計(jì)算模型計(jì)算出的預(yù)報(bào)標(biāo)高才是可實(shí)現(xiàn)的，施工結(jié)果的誤差才能減小。

　　5、組合拱橋的控制相當(dāng)多的組合拱橋采用預(yù)架設(shè)鋼勁性骨架的方法進(jìn)行施工，首先勁性骨架吊裝組拼，灌筑各鋼管混凝土、分層現(xiàn)澆混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力、安裝橋面系等。在施工過程中循環(huán)性的工序相當(dāng)少，且對(duì)已施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的措施不多，這就意味著反饋控制和自適應(yīng)控制方法無(wú)法應(yīng)用，只能采用開環(huán)控制，即在設(shè)計(jì)階段必須制定完整的施工步驟，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按施工步驟執(zhí)行。

　　因此，施工前對(duì)施工過程的充分預(yù)計(jì)是施工控制成功的關(guān)鍵。為了最大可能地使成橋狀態(tài)接近設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)各種施工誤差對(duì)成橋結(jié)果的影響進(jìn)行分析，制定合適的施工精度要求。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　自適應(yīng)控制是目前橋梁施工控制較理想的方法，但是對(duì)于不同的橋型，在具體實(shí)施中應(yīng)采取不同的對(duì)策，對(duì)計(jì)算模型的參數(shù)進(jìn)行正確估計(jì)是實(shí)現(xiàn)成功控制的基礎(chǔ)，施工誤差對(duì)控制結(jié)果的影響分析是制定允許施工誤差的關(guān)鍵。