大跨度斜拉桥施工控制-廖剑峰

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

大跨度斜拉桥施工控制

廖剑峰

重庆交旅建设有限公司

摘要：为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值，必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制，为斜拉桥的施工提供了参考。

关键词：斜拉桥；自适应控制方法；施工控制

1 引言

斜拉桥属高次超静定柔性结构，其结构内力分布比较复杂，对施工过程和使用过程中各种影响因素的变化非常敏感。尤其主梁纤细且受斜拉索弹性支承，结构各部的内力变形状态对索力的变化相当敏感。在斜拉桥的施工过程中，影响其内力和变形的因素很多，不可能使所有各项因素都与设计预设值完全吻合，不可避免地存在各种施工误差因素。此时若仍然按照原有设计的施工工序进行施工，则会使得结构的内力状态和成桥线形偏离设计预定的目标值。因此必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制，才能确保成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值[1]。

2 施工控制目的与特点

斜拉桥施工控制的目的，就是通过在施工过程中对结构状态施行实时监测，并根据监测结果对设计参数及施工过程进行相应调整，使建成的结构最大可能地接近设计的理想状态，具体指两个方面，其一是使结构建成时达到设计的理想线形，其二是使结构在建成时达到合理的内力状态，同时确保施工过程中结构的安全。

斜拉桥施工控制的特点是：

1)必须很好地控制斜拉索的索力使梁、塔处于最优的受力状态；

2)可以利用斜拉索的张拉力来调整主梁线形以符合设计要求。

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

斜拉桥施工时，在主梁悬臂浇筑或悬臂拼装过程中，确保主梁标高正确和线形顺畅是第一位的，其次张拉时应以索力控制为主。所谓以标高控制为主，并只控制主梁的标高，而不顾及斜拉索索力的偏差。施工中应根据结构本身的特性和施工方法的不同，采取相应的控制策略[2]。如主梁刚度较小，斜拉索索力的微小变化将引起悬臂端挠度的较大变化，斜拉索张拉时应以高程测量进行控制为主，但索力张拉吨位不能超过允许范围，应确保施工安全。若主梁刚度较大，斜拉索索力变化了很多，而悬臂端挠度的变化却非常有限，则施工中应以斜拉索张拉吨位进行控制，然后根据标高的实测情况，对索力进行适当的调整。此时标高、线形的控制主要是通过混凝土浇筑前立模标高的调整(悬臂浇筑方法)或预制块件接缝转角的调整(悬臂拼装法)来加以实现的。

3 影响斜拉桥梁施工控制的因素

大跨度桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态(线形与受力)相吻合。要实现上述目标，就必须全面了解可能使施工状态偏离理想设计状态的所有因素，以便对施工实施有的放矢的有效控制。

1)结构参数

结构参数是斜拉桥施工控制仿真分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。但是事实上，仿真分析所用到的结构参数一般与设计所采用的结构参数总是存在一定的误差，施工控制中怎样考虑这些误差，使仿真分析所用到的结构参数尽量接近斜拉桥的真实结构参数，是首先需要解决的问题。结构参数主要包括：

①结构材料弹性模量。斜拉桥是高次超静定结构，弹性模量对结构分析影响很大。如斜拉索垂度的影响，使斜拉索的弹性模量减小。对PC混凝土斜拉桥要对混凝土多次取样试验，确定混凝土的弹性模量；

②材料容重。材料容重是引起结构内力与变形的主要因素，施工控制中必须考虑实际容重与设计取值间可能存在的误差，特别是混凝土材料，不同的集料与不同的钢筋含量都会对容重产生影响，施工控制中必须对其进行准确识别；

③结构构件截面尺寸。斜拉桥施工控制仿真计算中截面尺寸误差，会直接导致截面特性误差，从而直接影响结构内力、变形等的分析结果。所以，控制过程中要对结构尺寸进行动态取值和误差分析；

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

④材料热膨胀系数。对钢斜拉桥热膨胀系数的正确与否将对施工控制产生较大影响。

⑤预加应力。预加应力是影响预应力混凝土斜拉桥结构内力的重要结构参数，从主梁受力上看，预应力起了很大的作用，但其对斜拉桥挠度和索力影响均很小；

⑥索力。斜拉桥的索力直接影响结构变形与受力，由于目前斜拉索控制索力均由油压表读数控制，所以油压表以及张拉系统的误差决定了斜拉索的张拉力误差，另外锚具变形也会影响索力的数值。斜拉索张拉力误差通过现场测试，可以将其减小。

2)材料收缩、徐变[3]

收缩徐变是混凝土结构的基本特性。混凝土的配合比、环境湿度、加载龄期及荷载大小都对混凝土收缩徐变产生非常大的影响，因此在斜拉桥施工控制正装计算中徐变计算所采用的收缩率、收缩终极值以及徐变的一些参数必须进行参数识别，减小理论计算值的误差。

对混凝土桥梁结构而言，材料收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响。一方面收缩、徐变会使结构的变形增大;另一方面随着时间的增加，对于超静定结构还会产生内力重分布。特别是对于高次超静定的混凝土斜拉桥，还牵涉到梁、塔、索的相互影响和分阶段施工、体系转换以及混凝土加载龄期不同等因素影响，使得这一问题变得更加复杂。

3)温度变化

温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大，这种影响随着温度的改变而改变，在不同时刻对结构状态(应力、变形状态)进行量测，其结果是不一样的。斜拉桥施工控制应充分考虑温度的影响。在大、中跨径斜拉桥施工制中，主梁标高、斜拉索索力的测量受温差影响较大。对于昼夜温差的影响一般采取回避的做法更直接有效，即测量立模标高和斜拉索张拉力时，均在温度比较均匀的凌晨到口出这一段时间进行。对于连续高温的天气，凌晨温度也不会均匀，这时应修正立模标高，减小温差影响。对于季节温差的影响，应在施工控制仿真计算时予以考虑。

4)梁段重量误差

梁段重量误差是影响控制精度的重要因素。由于模板刚度有限，在浇筑混凝

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

土时容易造成模板变形，常常导致混凝土超方，导致实际梁段重量比理论计算的梁段重量大。可以通过反馈计算来预测梁段重量误差及其趋势，减少因梁段施工重量的变化而对控制精度造成的影响。

5)结构分析计算模型及计算精度

在斜拉桥施工控制仿真中，无论采用什么分析方法和手段，总是要对实际桥梁结构进行简化和建立计算模型，这种简化使计算模型与实际结构的真实情况之间存在误差，包括各种假定条件、边界约束条件的处理、模型化本身的精度等。控制中需要在这方面做大量工作，建立最能反映结构实际特征的模型和分析方法，必要时还要进行专门的试验研究，以使计算模型误差所产生的影响减到最低限度。

斜拉桥施工控制要求获得精确的斜拉索初始张拉力和主梁立模标高等施工控制参数以指导施工，因而计算精度要求较高。对于中小跨径的斜拉桥非线性因素的影响一般不大，但大跨径斜拉桥的施工控制仿真则必须考虑非线性的影响，否则计算结果将产生较大的偏差。

6)施工方案

斜拉桥属于高次超静定结构，所采用的施工方法和安装程序，与成桥后的主梁线形和结构恒载内力有着密切关系。在施工阶段，随着斜拉桥结构体系和荷载状态的不断变化，结构内力和线形亦随之不断变化。施工方案的改变，将直接影响成桥结构状态，因此施工方案是影响斜拉桥施工控制的重要因素。

7)施工监测

施工监测包括温度监测、应力监测、变形监测等。因测量仪器本身、仪器安装、测量方法、数据采集、环境状态等方面存在误差，使监测总是存在误差。该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象，另一方面也可能造成将本来较好的状态调整得更差的情况。所以在控制过程中，从测量仪器、设备、方法上尽量减小测量误差，而在进行控制分析时，应尽可能计入这一误差的影响。

8)临时荷载、挂篮刚度所引起的误差

在施工中，如果对临时荷载的大小、位置和加载卸载时间没有严格的规定，由于其影响较大，则没法进行有效的误差识别和预测。同时挂篮的刚度以及挂篮

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

与混凝土主梁的连接牢固情况也对施工控制的平顺性影响很大，一定要在挂篮试压时准确地模拟挂篮的纵梁、挂钩及止推杆等关键构件的刚度。同时也要在挂篮立模时严格控制挂篮的非弹性变形，以减少施工误差。

9)施工管理

施工管理好坏直接影响斜拉桥施工质量、进度等。特别是施工进度一旦不按计划进行，必然给施工控制带来一定难度。以悬臂施工的混凝土斜拉桥为例，如果主梁相对悬臂施工进度存在差别，就必然使其中之一悬臂在合拢前等待较长时间，从而产生不同的徐变变形，由于徐变变形较难准确估什，所以容易造成最终合拢困难。同时最大悬臂状态也是最危险的状态。

4 斜拉桥的自适应控制

对于预应力混凝土斜拉桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型的计算参数取值(一般包括混凝土的弹性模量、材料的容重、徐变系数等等)与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正模型中参数值。在闭环控制的基础上，再加上一个系统的参数识别过程，整个控制系统就成为自适应自制系统。

当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符合时，把误差输入到参数辨识算法中去调节计算模型中的参数，使计算模型的输出结果与实际测量得到的结果相一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工节段的理想状态，按反馈控制对结构进行控制。这样经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了。在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。

5 结语

施工控制对斜拉桥主梁在施工中的安全和成桥后的应力状态影响很大。主梁自重、拉索索力是桥的结构敏感性参数，在施工控制中需要重点关注。主梁顶、底板温差，索梁温差，对主梁线形有较大的影响，斜拉索的补拉等关键性施工工序，必须在夜间或清晨气温稳定时间段内进行。

参考文献：

[1]喻骁.大跨度斜拉桥施工控制和塔梁同步施工方法[D].重庆大学，重庆，2009.

为了保证成桥后的结构内力和变形状态符合设计期望值,必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工控制。本文从施工控制的目的、影响施工控制的因素、斜拉桥自适应控制方法三个方面介绍了斜拉桥的施工控制,为斜拉桥的施工提供了参考。作者廖剑峰为重庆交旅建设工程公司质量安全部部长,具有多年从业经验,具有一定参考价值。

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，1995.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ktpe.html