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【摘要】随着我国经济建设的飞速发展,我国南方和北方的经济贸易已经打破了地域上的界限.桥梁作为连接我国南北方的重要紐带,在推进我国经济建设中起到了无可替代的作用.与此同时,桥梁的运营安全也越来越引起人们的关注,一座桥梁的建造成本往往也是十分巨大的.为了保证桥梁的可靠性和耐久性,在大跨度桥梁施工过程中对其实时监测监控,是保证桥梁施工质量最重要也是最有效的手段.本文首先阐述了当今桥梁施工监控的内容和方法,然后分析了现在关于桥梁监控的一些研究和分析.
【关键词】大跨度桥梁;桥梁结构分析;变形控制研究.
[Abstract] along with the rapid development of economy in China, South and North China Economic and trade has been breaking down geographical boundaries. As a bridge connects the north and south of China, in promoting China's economic development has played an irreplaceable role. At the same time, the bridge operation safety has attracted more and more the attention of people, a bridge construction cost is often very large. In order to ensure the reliability and durability of the bridge, in the process of construction of large span bridge the real-time monitoring, the most important is to ensure the construction quality of the bridge is the most effective means. This paper firstly describes the content and method of the bridge construction monitoring, and then analyzed now about the bridge monitoring of some research and analysis.
[keyword] long-span bridge; bridge structure analysis; deformation control studies.
中图分类号：U445文献标识码：A
一、监控桥梁施工的主要内容
施工监控工作内容主要分为内业即理论计算和外业即现场观测两个方向。内业工作主要目的是通过理论分析，以得出理论数据，用来指导桥梁的施工；外业工作主要是为了在一个监控工序完成后，及时得到反馈信息，以便进行参数误差分析和纠偏，为更好地开展下一个工况监控工作做准备.
（一）理论计算监控
1.模拟分析
模拟分析是按照最初所设计施工工序和提供的基本参数,模拟计算施工过程,以得到结构受力和变形等在各施工和成桥两种状态下的监控数据.
2.设计参数误差的分析和纠偏
通过模拟分析可以计算出桥梁结构在各施工阶段中的理想状态.但在实际情况中,桥梁结构的理想状态和实际状态总有一些偏差.这些设计参数偏差是造成桥梁施工偏差的主要因素.由于存在这种偏差,必然使得模拟出的结构参数与实际的结构参数有微小差别.参数的识别和分析的常用数学工具是最小二乘法,通过参数误差的修正,使桥梁结构的实际状态更接近于理想状态.
（二）现场观测监控
1.对结构变形的监控
在监控桥梁施工的过程中,对桥梁结构尺寸的监控是最基本的内容.但由于桥梁结构在施工阶段和正常使用阶段的受力状况有所区别,所以桥梁在施工阶段和正常使用阶段发生的形变是不一样的,再加上施工阶段中不规范的操作以及不可避免的误差,因此任何的桥梁结构都不可能达到与设计尺寸完全吻合,只要两者之间的偏差不超过规定的范围. 悬臂浇筑混凝土的允许偏差值见下表:
2.对结构应力的监控
只是从结构的尺寸和线性是不能判断出结构应力控制的好与坏，但如果桥梁在实际使用中的应力状态与最初设计的应力状态不符合，桥梁的结构必然会受到很大影响。所以，在桥梁施工中监控结构应力是否符合要求是必不可少的。
3.对结构稳定性的监控
桥梁结构稳定性的监控也是桥梁施工监控的一项重要内容，结构的稳定性与结构强度同等的重要。随着当今科学技术的发展，关于桥梁稳定性的科学理论也在日趋完善，人们也在不断对桥梁的稳定性与否进行关注。但是在桥梁的设计过程中，工程人员只是对桥梁在正常运营阶段的稳定性给予了足够的重视和必要的计算，并没有对可能在桥梁施工过程中出现的失稳情况进行有效的监控，尤其是在当今桥梁向着大跨度方向发展的情况下，导致失稳情况发生的因素大大增加，例如混凝土强度还没达到要求之前以及桥梁结构体系完全成型之前，桥梁的失稳状况很容易出现，但是现阶段还没有这方面的快速应对系统。因此，建立一套完善的桥梁监控系统对桥梁的施工安全以及日后大桥的正常使用都具有重要意义。按照相关的规范要求以及通过轴心受压公式的计算，得出结论：对于预应力或钢筋混凝土桥梁结构，当长细比λ比规范数值大时，稳定系数应大于4.5.考虑到施工时间相对与使用时间短，规定稳定安全系数要大于3
二、监控桥梁施工的主要方法
近十几年来，越来越多的工程界的人士对大跨度桥梁施工监控工作给予高度重视，并且根据多年的工作经验，总结出了一些比较实用的监控方法。以下是对这些方法的简单介绍。
（一）纠偏终点监控法
纠偏终点监控法就是在桥梁的施工过程中，对造成主梁线形偏差的因素进行实时跟踪控制和纠偏，以达到理想线性。这种方法的实现需要用到灰色理论和Kalman滤波法等。
（二）自适应监控法
自适应监控法是应用了现代监控理论。自适应监控法就是在桥梁施工过程中，将主梁的应力和标高实测值与预计值进行比较，目的是找出施工过程中实测值和预计值产生偏差的原因，然后针对这些因素对桥梁的主要参数进行修正，达到监控的目的。
（三）其他方法
在设计时用最大误差容许值去监控施工,这样就可以减少工作难度,但随之也会出现新的问题,例如斜拉索长度的制作问题.
三、大跨度桥梁施工的应力监控研究
目前国内的新建大跨度桥梁多采用挂篮悬臂施工法施工.这种方法就是首先建好桥墩,然后在桥墩上进行逐段施工.此方法不仅不会因为桥梁施工而影响桥下的正常行车,还可以密切配合施工和设计的要求,预应力混凝土负弯矩承受能力强的特点也会得到充分利用,将跨中正弯矩转移到支点,支点处为负弯矩,从而提高了桥梁的横跨能力.同时悬臂施工法还具有施工程序相对简单,建设速度快和花费较低等优点,受到业内人士的推崇.由于大跨度桥梁的施工过程很复杂,对采用的材料性能、立模标高和浇筑程序都有严格要求,因为这些因素都直接影响着大桥的内力和线形.
测量关键控制截面的应力,不仅可以得到施工的实际状况和设计状况的具体偏差,为桥梁结构的计算参数提供数据.还可以对桥梁施工起到安全预警的作用,杜绝发生质量事故.在桥梁建成后的运营阶段,通过对桥梁结构应力变化的监测,可以从侧面反映出桥梁结构的安全状况,也能防止重大事故的发生.下面以一座大跨度桥梁为例,对大跨度桥梁进行应力分析。
工程概况：某高速铁路上跨高速公路,主桥上部结构为三跨预应力变截面单箱单室连续箱梁,桥面宽12米,梁部的混凝土为C50.梁底下近似二次抛物线,箱梁根部的梁体中心线的梁高是6.65米,边跨和跨中直线段箱梁中心线的梁高是3.85米,下部的结构基础采用钻孔桩,双线圆端型桥墩.预应力采用三向应力体系,即竖向、纵向和横向,纵、横两向的预应力筋均采用预应力为标准强度1869MPa的钢绞线，竖向的预应力筋为中25高强精轧钢筋。
重点监测半联梁，复核监测另一半，分别取梁跨的支点和桥长四分之一处的截面，三跨梁共计8个截面，布置6个测点在支点处，分别在腹板的上中下位置；布置4个测点在桥长四分之一截面的上下位置，沿着纵向放置应变计。
观测应变时，按照应力监测方案，要在施工的关键阶段用专业仪器观测应变计的读数，很多因素会导致应变计的测量数据有些偏差，例如：温度变化、混凝土的收缩等。因此要进行必要的数据修正，并用取平均数的方法算出实际观测值。然后利用“应力=应变值×弹性模量”这一公式计算出截面应力，应力监控分为张拉后和浇筑后两种工况，通过对各测点的数据整理，得出桥墩根部相应的应力监控数据表：
从上表中可以分析出:
(1)由于混凝土实际弹性模量和实际浇筑温度等一系列因素的影响,使得埋入式应变计所测得的数据需要借助经验公式进行修正.
(2)悬臂的浇筑段张拉后,顶板的压应力一般比底板的压应力要大,这也是预应力混凝土的基本性能所要求的.
(3)结构构件在张拉后,预应力的实测值与理论值偏差较小,而且没有拉应力产生,满足规范的相关要求.
四、大跨度桥梁施工过程中对变形的控制研究
在大跨度桥梁施工中对变形的控制就是通过监控桥梁各部分结构的变形量,以保证在施工过程中桥梁的合拢精度和成桥后桥梁的结构线形符合设计要求.对于那些采用分节段悬臂浇筑施工法的连续桥梁,通过对在施工监控中得到的真实结构参数进行进阶计算,得出每个施工段的立模标高,根据监控结果分析误差,预测下一个施工段的立模标高,并进行适当调整,以此来确保成桥后合拢精度和线形都符合设计要求.
（一）分析变形控制的方法
分析大跨度桥梁结构施工的变形控制时,一般采用两种方法,分别是前进分析法和倒退分析法,下面对这两种方法进行简单介绍.
1.前进分析法
采用前进分析法时,把上一阶段各施工阶段监测的受力状态作为下一阶段的计算基础,把上一阶段监测到的结构位移作为下一阶段用来确定结构轴线的基础.对施工阶段进行循环计算,成桥后的受力状态就是循环计算得出的结果.这种方法能为成桥后提供比较精确的结构受力的结果.为刚度和结构强度的验算提供依据,还可以为施工阶段达到理想状态提供大量数据文件,为完成桥梁的结构施工提供设计和控制基础.
2.倒退分析法
前進分析法虽然可以按照最初的设计施工步骤对各阶段进行内力分析,但结构节点的坐标是不断迁移的,这就导致最终的结构轴线达不到设计轴线.为了保证成桥后的结构线形能和设计线形保持一致,在施工中可以采用设置预拱度法来实现.而倒退分析法可以很好地解决此问题.它的基本过程是:假如t1时刻的受力状态满足前进分析时得出的结果，那么结构线形符合设计要求。以此为初始状态，利用前进分析的方法再对结构进行反向分析，即每次卸除一个施工段后对剩余结构产生的影响。这一阶段的理想的施工状态便是分析出的结构位移。各个理想的施工状态都是需要前进分析的逆过程来确定。由于倒退分析法和结构形成的过程完全相反，这就导致它的应用局限性。所以在实际情况下，一般采用前进分析法和倒退分析法相结合来使成桥的线形满足设计要求。
（二）变形控制的实现
建立施工控制网
1.施工控制网由平面和高程两种控制网构成.在对桥梁施工进行变形控制时,平面控制网要布置成双大地四边形,而且要按照三等工程控制网的有关规定,采用边角网法对其进行观测,还要和国家控制点联合观测.在施工过程中,每隔四个到六个月还要对控制网进行复测,每次测量结果的精度都必须符合相关要求.高程控制网和平面控制网共用一套点位,高程控制网的测量要满足二等水准测量精度.在施工过程中,还要定期复测.
2.建立工作基点
在施工过程中,为了方便进行变形控制,首先要把平面和高程工作基点设置在各桥墩顶部零号块的箱梁内和箱梁顶板.设置好平面基点后,在平面控制网中从不同点进行校核.用钢尺把高程基点从控制点传到桥墩顶部.每个基点都要进行往返测量.
3.施工中的监控测量
模板位置控制是挂篮浇筑施工的关键环节.各墩顶作为底模平面位置.使用全站仪对工作基点进行定向和确定点位.除了此项工作,还要在施工的具体环节进行监控.
五、结束语
建筑行业人员必须要时刻牢记“安全责任重于泰山”.大跨度桥梁的施工监控作为保证桥梁的质量的一项必不可少的工作,更是具有重大意义.本文只是简单介绍了目前的所具有的方法和研究,还有很多内容需要我们去更加深入地研究和分析.
参考文献
[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].中国公路学报.2006(3)
[2] 顾安邦.大跨度桥梁施工控制理论和方法[J].兰州大学学报.2007(4)
【关键词】大跨度桥梁;桥梁结构分析;变形控制研究.
[Abstract] along with the rapid development of economy in China, South and North China Economic and trade has been breaking down geographical boundaries. As a bridge connects the north and south of China, in promoting China's economic development has played an irreplaceable role. At the same time, the bridge operation safety has attracted more and more the attention of people, a bridge construction cost is often very large. In order to ensure the reliability and durability of the bridge, in the process of construction of large span bridge the real-time monitoring, the most important is to ensure the construction quality of the bridge is the most effective means. This paper firstly describes the content and method of the bridge construction monitoring, and then analyzed now about the bridge monitoring of some research and analysis.
[keyword] long-span bridge; bridge structure analysis; deformation control studies.
中图分类号：U445文献标识码：A
一、监控桥梁施工的主要内容
施工监控工作内容主要分为内业即理论计算和外业即现场观测两个方向。内业工作主要目的是通过理论分析，以得出理论数据，用来指导桥梁的施工；外业工作主要是为了在一个监控工序完成后，及时得到反馈信息，以便进行参数误差分析和纠偏，为更好地开展下一个工况监控工作做准备.
（一）理论计算监控
1.模拟分析
模拟分析是按照最初所设计施工工序和提供的基本参数,模拟计算施工过程,以得到结构受力和变形等在各施工和成桥两种状态下的监控数据.
2.设计参数误差的分析和纠偏
通过模拟分析可以计算出桥梁结构在各施工阶段中的理想状态.但在实际情况中,桥梁结构的理想状态和实际状态总有一些偏差.这些设计参数偏差是造成桥梁施工偏差的主要因素.由于存在这种偏差,必然使得模拟出的结构参数与实际的结构参数有微小差别.参数的识别和分析的常用数学工具是最小二乘法,通过参数误差的修正,使桥梁结构的实际状态更接近于理想状态.
（二）现场观测监控
1.对结构变形的监控
在监控桥梁施工的过程中,对桥梁结构尺寸的监控是最基本的内容.但由于桥梁结构在施工阶段和正常使用阶段的受力状况有所区别,所以桥梁在施工阶段和正常使用阶段发生的形变是不一样的,再加上施工阶段中不规范的操作以及不可避免的误差,因此任何的桥梁结构都不可能达到与设计尺寸完全吻合,只要两者之间的偏差不超过规定的范围. 悬臂浇筑混凝土的允许偏差值见下表:
2.对结构应力的监控
只是从结构的尺寸和线性是不能判断出结构应力控制的好与坏，但如果桥梁在实际使用中的应力状态与最初设计的应力状态不符合，桥梁的结构必然会受到很大影响。所以，在桥梁施工中监控结构应力是否符合要求是必不可少的。
3.对结构稳定性的监控
桥梁结构稳定性的监控也是桥梁施工监控的一项重要内容，结构的稳定性与结构强度同等的重要。随着当今科学技术的发展，关于桥梁稳定性的科学理论也在日趋完善，人们也在不断对桥梁的稳定性与否进行关注。但是在桥梁的设计过程中，工程人员只是对桥梁在正常运营阶段的稳定性给予了足够的重视和必要的计算，并没有对可能在桥梁施工过程中出现的失稳情况进行有效的监控，尤其是在当今桥梁向着大跨度方向发展的情况下，导致失稳情况发生的因素大大增加，例如混凝土强度还没达到要求之前以及桥梁结构体系完全成型之前，桥梁的失稳状况很容易出现，但是现阶段还没有这方面的快速应对系统。因此，建立一套完善的桥梁监控系统对桥梁的施工安全以及日后大桥的正常使用都具有重要意义。按照相关的规范要求以及通过轴心受压公式的计算，得出结论：对于预应力或钢筋混凝土桥梁结构，当长细比λ比规范数值大时，稳定系数应大于4.5.考虑到施工时间相对与使用时间短，规定稳定安全系数要大于3
二、监控桥梁施工的主要方法
近十几年来，越来越多的工程界的人士对大跨度桥梁施工监控工作给予高度重视，并且根据多年的工作经验，总结出了一些比较实用的监控方法。以下是对这些方法的简单介绍。
（一）纠偏终点监控法
纠偏终点监控法就是在桥梁的施工过程中，对造成主梁线形偏差的因素进行实时跟踪控制和纠偏，以达到理想线性。这种方法的实现需要用到灰色理论和Kalman滤波法等。
（二）自适应监控法
自适应监控法是应用了现代监控理论。自适应监控法就是在桥梁施工过程中，将主梁的应力和标高实测值与预计值进行比较，目的是找出施工过程中实测值和预计值产生偏差的原因，然后针对这些因素对桥梁的主要参数进行修正，达到监控的目的。
（三）其他方法
在设计时用最大误差容许值去监控施工,这样就可以减少工作难度,但随之也会出现新的问题,例如斜拉索长度的制作问题.
三、大跨度桥梁施工的应力监控研究
目前国内的新建大跨度桥梁多采用挂篮悬臂施工法施工.这种方法就是首先建好桥墩,然后在桥墩上进行逐段施工.此方法不仅不会因为桥梁施工而影响桥下的正常行车,还可以密切配合施工和设计的要求,预应力混凝土负弯矩承受能力强的特点也会得到充分利用,将跨中正弯矩转移到支点,支点处为负弯矩,从而提高了桥梁的横跨能力.同时悬臂施工法还具有施工程序相对简单,建设速度快和花费较低等优点,受到业内人士的推崇.由于大跨度桥梁的施工过程很复杂,对采用的材料性能、立模标高和浇筑程序都有严格要求,因为这些因素都直接影响着大桥的内力和线形.
测量关键控制截面的应力,不仅可以得到施工的实际状况和设计状况的具体偏差,为桥梁结构的计算参数提供数据.还可以对桥梁施工起到安全预警的作用,杜绝发生质量事故.在桥梁建成后的运营阶段,通过对桥梁结构应力变化的监测,可以从侧面反映出桥梁结构的安全状况,也能防止重大事故的发生.下面以一座大跨度桥梁为例,对大跨度桥梁进行应力分析。
工程概况：某高速铁路上跨高速公路,主桥上部结构为三跨预应力变截面单箱单室连续箱梁,桥面宽12米,梁部的混凝土为C50.梁底下近似二次抛物线,箱梁根部的梁体中心线的梁高是6.65米,边跨和跨中直线段箱梁中心线的梁高是3.85米,下部的结构基础采用钻孔桩,双线圆端型桥墩.预应力采用三向应力体系,即竖向、纵向和横向,纵、横两向的预应力筋均采用预应力为标准强度1869MPa的钢绞线，竖向的预应力筋为中25高强精轧钢筋。
重点监测半联梁，复核监测另一半，分别取梁跨的支点和桥长四分之一处的截面，三跨梁共计8个截面，布置6个测点在支点处，分别在腹板的上中下位置；布置4个测点在桥长四分之一截面的上下位置，沿着纵向放置应变计。
观测应变时，按照应力监测方案，要在施工的关键阶段用专业仪器观测应变计的读数，很多因素会导致应变计的测量数据有些偏差，例如：温度变化、混凝土的收缩等。因此要进行必要的数据修正，并用取平均数的方法算出实际观测值。然后利用“应力=应变值×弹性模量”这一公式计算出截面应力，应力监控分为张拉后和浇筑后两种工况，通过对各测点的数据整理，得出桥墩根部相应的应力监控数据表：
从上表中可以分析出:
(1)由于混凝土实际弹性模量和实际浇筑温度等一系列因素的影响,使得埋入式应变计所测得的数据需要借助经验公式进行修正.
(2)悬臂的浇筑段张拉后,顶板的压应力一般比底板的压应力要大,这也是预应力混凝土的基本性能所要求的.
(3)结构构件在张拉后,预应力的实测值与理论值偏差较小,而且没有拉应力产生,满足规范的相关要求.
四、大跨度桥梁施工过程中对变形的控制研究
在大跨度桥梁施工中对变形的控制就是通过监控桥梁各部分结构的变形量,以保证在施工过程中桥梁的合拢精度和成桥后桥梁的结构线形符合设计要求.对于那些采用分节段悬臂浇筑施工法的连续桥梁,通过对在施工监控中得到的真实结构参数进行进阶计算,得出每个施工段的立模标高,根据监控结果分析误差,预测下一个施工段的立模标高,并进行适当调整,以此来确保成桥后合拢精度和线形都符合设计要求.
（一）分析变形控制的方法
分析大跨度桥梁结构施工的变形控制时,一般采用两种方法,分别是前进分析法和倒退分析法,下面对这两种方法进行简单介绍.
1.前进分析法
采用前进分析法时,把上一阶段各施工阶段监测的受力状态作为下一阶段的计算基础,把上一阶段监测到的结构位移作为下一阶段用来确定结构轴线的基础.对施工阶段进行循环计算,成桥后的受力状态就是循环计算得出的结果.这种方法能为成桥后提供比较精确的结构受力的结果.为刚度和结构强度的验算提供依据,还可以为施工阶段达到理想状态提供大量数据文件,为完成桥梁的结构施工提供设计和控制基础.
2.倒退分析法
前進分析法虽然可以按照最初的设计施工步骤对各阶段进行内力分析,但结构节点的坐标是不断迁移的,这就导致最终的结构轴线达不到设计轴线.为了保证成桥后的结构线形能和设计线形保持一致,在施工中可以采用设置预拱度法来实现.而倒退分析法可以很好地解决此问题.它的基本过程是:假如t1时刻的受力状态满足前进分析时得出的结果，那么结构线形符合设计要求。以此为初始状态，利用前进分析的方法再对结构进行反向分析，即每次卸除一个施工段后对剩余结构产生的影响。这一阶段的理想的施工状态便是分析出的结构位移。各个理想的施工状态都是需要前进分析的逆过程来确定。由于倒退分析法和结构形成的过程完全相反，这就导致它的应用局限性。所以在实际情况下，一般采用前进分析法和倒退分析法相结合来使成桥的线形满足设计要求。
（二）变形控制的实现
建立施工控制网
1.施工控制网由平面和高程两种控制网构成.在对桥梁施工进行变形控制时,平面控制网要布置成双大地四边形,而且要按照三等工程控制网的有关规定,采用边角网法对其进行观测,还要和国家控制点联合观测.在施工过程中,每隔四个到六个月还要对控制网进行复测,每次测量结果的精度都必须符合相关要求.高程控制网和平面控制网共用一套点位,高程控制网的测量要满足二等水准测量精度.在施工过程中,还要定期复测.
2.建立工作基点
在施工过程中,为了方便进行变形控制,首先要把平面和高程工作基点设置在各桥墩顶部零号块的箱梁内和箱梁顶板.设置好平面基点后,在平面控制网中从不同点进行校核.用钢尺把高程基点从控制点传到桥墩顶部.每个基点都要进行往返测量.
3.施工中的监控测量
模板位置控制是挂篮浇筑施工的关键环节.各墩顶作为底模平面位置.使用全站仪对工作基点进行定向和确定点位.除了此项工作,还要在施工的具体环节进行监控.
五、结束语
建筑行业人员必须要时刻牢记“安全责任重于泰山”.大跨度桥梁的施工监控作为保证桥梁的质量的一项必不可少的工作,更是具有重大意义.本文只是简单介绍了目前的所具有的方法和研究,还有很多内容需要我们去更加深入地研究和分析.
参考文献
[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].中国公路学报.2006(3)
[2] 顾安邦.大跨度桥梁施工控制理论和方法[J].兰州大学学报.2007(4)