大跨度桥梁施工控制

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1、大跨度桥梁施工控制同济大学桥梁工程系二○○一年五月使桥梁建成时达到设计确定的内力状态线形状态静定结构——两者完全分离超静定结构——两者间有联系一.施工控制的目的和必要性施工控制的目的一.施工控制的目的和必要性施工控制的必要性大跨度桥梁线刚度较低，相对变形较大大跨度桥梁施工过程复杂，较多体系转换大跨度桥梁施工步骤较多，材料、结构尺寸、施工操作误差的累计误差较大斜拉桥设计规范中把施工控制作为实现设计目标的必要措施二.施工控制的思路开环施工控制——适用于简单桥梁或非循环式施工桥梁反馈施工控制——适用于结构参数比

2、较稳定的桥梁自适应施工控制——适用于循环式施工桥梁最优控制——目前尚不适用于施工控制1.开环施工控制基本原理2.反馈施工控制基本原理日本横滨海湾桥控制流程图3.自适应施工控制基本原理Sakai提出的斜拉桥施工控制系统流程4.最优控制理论应用的问题离散系统方程控制目标问题——控制矩阵Pk,k-1是不断变化的系统的维数也在变二.施工控制的思路开环施工控制反馈施工控制自适应施工控制最优控制结论：自适应控制是目前适用于循环施工桥梁最理想的方法，最优控制不适用于桥梁三.自适应施工控制系统要素1.确定理想状态计算方法确

3、定理想状态的计算方法确定成桥理想状态确定施工步骤的控制目标确定成桥理想状态内部静定结构——连续梁、拱、吊桥结构尺寸、施工方法确定后内力状态随之唯一确定内部超静定结构——斜拉桥、组合拱同样的结构、同样的施工方法，不同索力（吊杆力）可以获得不同内力状态最优问题——内力最小、应力最小、弯曲能量最小、材料最省、造价最省确定性问题——刚性支承连续梁最优成桥状态确定算法影响方程约束条件优化目标方程弯矩最小求斜拉桥最优索力斜索体系是的拉索以未知索力Ti代替；简化后的平面框架结构中，目标函数为：Ti——第i号索力；——Ti

4、=1时的结构弯矩；Mp(s)——恒载作用下的结构弯矩。杆系有限元程序中的处理方法杆端力影响矩阵{ML}={MLo}+[CL]{T}{MR}={MRo}+[CR]{T}其中：{ML}、{MR}分别是单元在左、右端杆端力向量{MLo}、{MRo}由初始索力引起的杆端力向量{T}是待求的索力修正量[CL]、[CR]就是{T}对{ML}，{MR}的影响矩阵确定施工目标的计算方法倒拆法无法考虑徐变某些步骤构造上无法实现倒拆、正装综合法叠代不一定能收敛无应力状态法适用于钢桥的构件预制不能确定每个施工阶段的状态需要多次调

5、索确定施工目标的计算方法简化做法施工阶段斜拉索索力等于节段重量的一半加施工机具重量按照上述索力进行正装模拟计算，局部调整索力标高按模拟计算结果设预拱度缺点——施工状态与成桥理想状态脱节2.施工过程模拟计算施工过程模拟计算计算程序——有限元程序我国：平面杆系程序国外：空间计算程序开始应用考虑的因素模拟施工构件的安装及拆除过程各种线形预应力钢筋的张拉过程不同预制龄期、加载龄期下构件的收缩徐变结构的非线性因素温度影响3.最优控制调整量计算最优控制调整量计算控制目标——应力、标高调整手段——索力、预应力、标高计算思

6、路——优化方法优化目标——残余误差最小、能量最小、调整的功最小约束条件——调整必须在材料强度允许范围内、残余误差在允许范围内优化计算原理影响方程约束条件优化目标方程线性优化方法影响方程优化目标方程非线性优化方法影响方程优化目标方程约束条件位移残差最小索力残差最小4.计算模型参数估计计算模型参数估计算法待估计参数——构件重量、刚度、徐变系数、预应力损失计算思路——优化方法测量变量——索力、标高、应力优化目标——误差最小约束条件——参数在物理常识范围内参数估计计算原理影响方程优化目标方程约束条件参数估计方法分类

7、一类是基于误差最小化的算法，如最小二乘法一类是基于状态估计理论的算法，如扩展卡尔曼滤波法存在的问题：参数的灵敏度不高测量数据不够参数估计的变量分离测量时刻选定1.挂篮移动定位立模前的时刻；2.挂篮移动定位立模后的时刻；3.节段混凝土浇筑前的时刻；4.节段混凝土浇筑后的时刻；5.张拉斜拉索前的时刻；6.张拉斜拉索后的时刻；弹性模量混凝土超重索力误差5.测量系统待测量变量标高——激光束、连通管、垂度——激光束索力——随机振动法应力——钢弦应力计自动测量系统自适应施工控制系统流程四.不同类型桥梁控制特点自适应控制

8、方法、反馈控制方法只适用于有循环的节段施工方法即使采用节段施工，不同桥型也有不同特点，必须采用不同的对策1.悬臂浇筑混凝土斜拉桥施工特点：结构参数的准确性较差，而且要等到节段施工完成后才能确定主梁的刚度较大，节段的局部变形很小，索力调整对局部线形的调整作用很小调整范围受到混凝土应力的限制挂篮刚度对局部变形有较大影响，长挂篮在混凝土浇筑节段参与结构受力未施工节段的立模标高可以任意确定，与已浇筑梁段无关悬臂浇筑混凝土