大跨径预应力连续梁桥施工阶段预拱度研究解析.docx

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大跨径预应力连续梁桥施工阶段预拱度研究解析

文章编号：

大跨径预应力连续梁桥施工阶段预拱度研究

包龙生，李仲阳，于玲

（沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168）

摘要:

目的为了研究沈阳四环西苏堡特大桥桥梁监控中合理的预拱度设置理论，得到正确的预拱度求解方法。

方法采用灰色系统理论，应用该理论的GM（1，1）模型对连续梁桥预拱度进行预测，检验该理论的计算结果是否满足精度要求。

在施工过程中，对连续梁桥的预拱度进行修正，保证桥梁预拱度的准确、合理。

结果采用灰色系统理论得到的11号梁段的预拱度预测值与实际预拱度值的相对误差为4.03%，其他梁段预测结果的相对误差均不超过8%，误差满足精度要求。

施工过程中各个梁段累计挠度的对比中，采用灰色系统理论调整后的数值更接近于实际累计挠度。

结论采用灰色系统理论GM（1,1）模型可以准确的对连续梁桥预拱度进行预测，该方法是一种合理的连续梁桥预拱度预测方法。

关键词：

施工监控；灰色系统理论；预拱度；连续梁桥

中图分类号：

U448.3文献标志码：

A

PreCamberResearchofLongSpanPrestressedContinuousBeamBridgeduringConstructionStage

Baolongsheng，Lizhongyang，Yuling

（SchoolofCivilEngineering,ShenyangJianZhuUniversity,ShenyangChina，110168）

Abstract:

Inordertoresearchthemethodoflongspanprestressedconcretecontinuousbeambridgeprecambersettingandcontrolprocessduringconstructionstage,thegreysystemtheorywasused.TheprecamberofcontinuousbeambridgewasestablishedbyusinggreymodelGM（1,1）andaccuracyoftheresultsweretested.Duringconstructionstage,theprecambersofbridgeweremodifiedtoensuringthebridgecambersaccurateandreasonable.Byusinggreysystemtheory,relativeerrorofthe11thbeams’camberwas4.03%,theotherbeamswerelessthen8%,theerrormeetsdemandofprecision.ByusingthegreysystemtheoryGM（1,1）model,precambersofcontinuousbeambridgewerepredictedaccurately,themethodwasreasonabletopredictprecambersofcontinuousbeambridge.

Keywords:

Constructionmonitoring,Greysystemtheory,Precomberofbeambridge,Continuousbeambridges

随着我国交通事业的不断发展，大量的桥梁需要建设。

预应力混凝土连续梁桥具有跨越能力好，受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、抗震能力强等优点而受到青睐。

预应力混凝土连续梁桥施工采用悬臂浇筑工艺，虽然方便了施工，但是在桥梁的整个施工过程中，其结构体系一直处于变化状态，结构的应力和位移也随之变化。

为了保证桥梁的施工质量和施工安全，桥梁施工控制是必不可少的。

80年代后期，同济大学对斜拉桥的施工控制技术进行研究，初步形成了系统，并在后来的浙江普江斜拉桥和上海黄浦大桥的施工中进行了应用。

上海城建学院的李国平等人针对大跨度连续刚构桥和连续梁桥施工控制提出线形最优施工控制的方法和理论，该理论将成桥线形和施工阶段结构变位状态作为线性、离散、确定性动态结构系统的最优控制对象，根据连续梁桥悬臂浇筑的特点，控制目标函数、约束条件、状态与变量以及具体实施方法等，并在上海吴淞大桥和富春江大桥的施工中得到实际应用。

目前，人工神经网络方法被武汉理工大学的刘胜春、向木生等人引用到桥梁施上控制，同时长沙交通学院的李传习也进行了这方面的尝试，并取得了一定的研究成果。

对于大跨径预应力混凝土连续梁桥，在多种因素的影响下桥梁的施工会伴随一定的下挠，具体包括梁段自重、预加力张拉与损失、挂蓝（支架）行走、弹性模量、日照和温度影响、混凝土收缩与徐变及二期恒载。

因此在连续梁桥的施工过程中各个梁段的实际位置会发生与预期位置偏离的现象，使连续梁桥永久线型与设计线型不一致。

为了保证桥梁结构的线形美观，准确预测连续梁桥的预拱度在桥梁的建设过程中有重要的地位和作用。

灰色系统理论于20世纪80年代提出，20世纪90年代初开始应用于连续梁桥的施工监控，是一种被广泛认可的桥梁监控理论，取得了多项实际应用成果。

本文以沈阳四环在建的西苏堡特大桥为例，利用灰色系统理论合理预测桥梁预拱度，结合现场的监控数据，来阐述实际工程中大跨径预应力混凝土连续梁桥的线型控制方法。

1灰色系统模型

灰色系统理论是以关联空间为基础的分析体系，他以现有原始数据位基础，通过灰色过程以及灰色生成对原始数据进行加工，将原始数据整理成规律性较强的数列，建立灰色模型来预测下一阶段的发展趋势。

在连续梁桥的每个阶段的施工中，都伴随着梁段挠度的变化。

这样，我们就可以根据每个阶段前后梁端挠度的实测值和理论值建立灰色预测模型，以预测下一阶段梁段的挠度变化，从而得到桥梁的立模标高。

本文以灰色系统理论为理论依据，结合施工过程中的各个影响因素，选择有灰色信息特征的原始数据，建立4参数控制模型。

因此，在实际桥梁施工过程中，对前4个现浇块给出理论计算预拱度以及经验预拱度，对每个块段进行观测记录，于是可以形成GM（1,1）数据序列：

（1）

式中：

i—1、2、3、4

—实测标高数据的原始序列;

（1）—1号块实测的标高值，依此类推，

（2）、（3）、（4）分别为2、3、4号梁段的实测标高值。

式

（1）的数据经1-AGO后形成数列：

（2）

式中：

i=1、2、3、4（3）

=+k=1、2、3、4（4）

可建立下述形式的微分方程：

（5）

记参数列为：

（6）

按照最小二乘法求解：

=

（7）

微分方程的解为：

（8）

运用该公式便可对各个梁段的预拱度进行计算，确定满足精度后就可以做为最终的结构预拱度。

2预测模型工程实践应用

2.1工程概况

本文以沈阳四环在建的西苏堡特大桥为例，西苏堡特大桥主桥全长为360m，上部结构采为预应力混凝土变截面连续箱梁，跨径组合为70m+2×110m+70m，桥梁总宽度为39m，采用双幅分离式断面形式，单箱单室连续箱梁，每幅宽度为16.5m。

箱梁采用挂篮对称悬臂浇筑施工方法，0号块托架现浇长度为12m，两侧各有14个悬浇梁段。

单幅有4个合拢段，既两个边跨合拢段和两个中跨合拢段。

根据实际情况，采用MIDAS有限元分析软件模拟桥梁的施工过程，建立空间杆系梁单元计算模型，全桥共94个单元，每个节段的施工过程模拟为一个阶段模型，每个节段的施工过程包括移动挂蓝、混凝土浇筑、张拉预应力三个工况，边界条件采用与施工过程一致。

图1主桥midas模型

Fig.1Midasmodelofthebridge

2.2灰色系统理论的实际应用

该桥在施工监控过程中采用了灰色系统理论GM（1,1）模型，对于11号梁段预拱度的预测，取7~10号梁段的预拱度所组成的灰色原始序列。

预测精度采用相对误差：

（1）采用最近的4个数据来生成灰色原始序列（单位为m）

=（0.091,0.096,0.103,0.106）

（2）对原始序列进行1-AGO处理

=（0.091,0.187,0.290,0.396）

（3）确立矩阵，

（4）计算

==

=

（5）求参数列

==

===

（6）确立模型

（7）白化微分方程的解为

由上式可得11号梁段的立模标高为+0.113m（为桥梁设计标高），可知预测得到的11号梁段的预拱度与实际值相对误差为4.02%，其他梁段的预测相对误差均不超过8%，误差满足精度要求，可以用来预测桥梁的预拱度。

3成桥控制结果

预拱度设置是为了防止在施工过程中产生的挠度影响桥梁合拢乃至桥梁的最终线形，理论计算的依据也是桥梁各个施工阶段产生的挠度，因此，可以通过对梁段挠度的分析可以体现桥梁预拱度的设置是否合理。

目前，该连续梁桥已经完成14号梁段的浇筑，我们以5号墩箱梁小里程桩号方向施工控制结果为例，来说明灰色系统理论应用于连续梁桥施工监控的优越性。

图25、6号桥墩之间箱梁节段的标高值

Fig.2ElevationvalueofboxgirdersectionsbetweenNo.5pierandNo.6pier.

从图2中可以看出，数值和曲线均没有明显的突变。

采用灰色系统理论之后由于调整了桥梁的立模标高，合拢之后桥梁的实测标高值与设计标高值变化趋势吻合，保证桥梁线型符合设计线型。

根据实测数据，采用灰色系统理论后合拢段悬臂端对应控制点最大高差为15mm，在20mm之内，为桥梁的顺利合拢提供保障，达到了施工监控的预期目的。

4结语

预应力连续箱梁桥悬臂施工是一个非平稳的随机过程，可以看成是一个灰色过程。

本文以西苏堡特大桥为例，根据midas分析计算得到的预拱度数据和现场施工监控数据，应用灰色系统理论GM（1，1）模型，预测连续梁桥施工过程中的预拱度，由相关公式推导得到11号梁段的11号梁段的预拱度与实际值相对误差为4.02%，其他梁段的预测相对误差均不超过8%，预测结果满足精度要求，桥梁合拢前，即最大悬臂端浇筑完成，对应悬臂端控制点的最大高差为15mm，能够保证桥梁的顺利合拢。

因此，灰色系统理论可以对连续梁桥施工过程中的位移状态进行有效的控制，保证桥梁线形符合设计要求，具有广泛的实际应用价值。

参考文献：

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人民交通出版社,2004.

（ZhangJiyao.Cantileverpouringconcreteofcontinuousbeambridge[M].Beijing，ChinaCommunicationsPress,2004）

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机械工业出版社,2005

（GuAnbangandZhangYongshui.Bridgeconstructionmonitoringandcontrol.[M].Beijing，ChinaMachinePress,2005）

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（JiaoChen