淺談監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)在橋梁施工中的作用

苗永會(huì)

【摘 要】隨著交通運(yùn)輸需求的日益增長和橋梁建設(shè)技術(shù)水平的不斷提高，橋梁的跨度不斷增大。與此同時(shí)，橋梁監(jiān)控已經(jīng)是橋梁施工中不可或缺的一部分?？茖W(xué)合理的施工方法與監(jiān)控方案為最大限度保證橋梁建設(shè)與運(yùn)營安全、大跨徑橋梁的理想幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)提供了技術(shù)支持，并為后續(xù)橋梁施工提供可靠數(shù)據(jù)和積累技術(shù)資料。為了確保橋梁施工過程順利進(jìn)行以及橋梁在使用過程中的安全耐久性，橋梁施工監(jiān)測的科學(xué)有效性越來越重要。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程；施工監(jiān)控；監(jiān)控理論

橋梁建設(shè)的施工是一項(xiàng)很重要的工作，要想做好橋梁的施工建設(shè)工程，施工監(jiān)測是一項(xiàng)不可缺少的部分，它在橋梁建設(shè)的施工建設(shè)當(dāng)中起著十分重要的作用。橋梁施工監(jiān)測的好壞，能不能發(fā)揮好施工監(jiān)測的作用直接影響著整個(gè)橋梁的質(zhì)量和橋梁建設(shè)的成敗。目前，橋梁結(jié)構(gòu)施工階段的監(jiān)控監(jiān)測已成為控制橋梁施工質(zhì)量不可缺少的主要手段。準(zhǔn)確的應(yīng)力測試以及標(biāo)高控制不僅是控制結(jié)構(gòu)安全的重要依據(jù)，也是進(jìn)行監(jiān)控計(jì)算、確定監(jiān)控指令在的基本參數(shù)，將起到確保橋梁施工安全、運(yùn)營安全的作用，并能通過早期發(fā)現(xiàn)橋梁病害，以節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，提高橋梁的綜合使用效益。

1.橋梁施工監(jiān)測的目的

施工監(jiān)控的目的，就是建立以施工為中心，且擁有實(shí)用的測試技術(shù)和現(xiàn)場計(jì)算分析技術(shù)的施工監(jiān)測和控制技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各施工階段的主要控制參數(shù)，并通過計(jì)算分析及時(shí)預(yù)測得出各施工階段的主要控制參數(shù)，指導(dǎo)和控制下階段施工，控制橋梁線形，確保橋梁內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，并保證橋梁正常使用的安全性。根據(jù)橋梁本身的結(jié)構(gòu)形式和力學(xué)特征，選擇合理的監(jiān)測控制截面，在所選截面的適當(dāng)位置預(yù)埋溫度應(yīng)變傳感器或布設(shè)變形測點(diǎn)，并適時(shí)采集數(shù)據(jù)。然后，把現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果與監(jiān)控計(jì)算結(jié)果相驗(yàn)證，在計(jì)入誤差和變量調(diào)整后，由監(jiān)控人員分析每階段乃至竣工后橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，預(yù)測今后施工可能出現(xiàn)的應(yīng)力分布和線形，確定是否需要該施工階段對(duì)可調(diào)變量實(shí)施調(diào)整。對(duì)于變截面連續(xù)箱梁來說，施工監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，保證橋梁結(jié)構(gòu)形成后的外形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。橋梁施工監(jiān)控的目的另一方面是為合理成橋狀態(tài)提供技術(shù)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確給定和及時(shí)調(diào)整梁端立模標(biāo)高，確保合龍精度，使成橋后的結(jié)構(gòu)線型和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。通過理論計(jì)算和施工線形測量相結(jié)合，進(jìn)行高程偏差調(diào)整和預(yù)測，得到合理的施工預(yù)拱度，控制橋梁的線形接近設(shè)計(jì)線形。對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，掌握實(shí)際結(jié)構(gòu)的真實(shí)應(yīng)力，通過應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)裂紋的部位，對(duì)應(yīng)力不足或危險(xiǎn)截面采取補(bǔ)救措施，防患于未然。

2.橋梁施工監(jiān)測的內(nèi)容

橋梁施工監(jiān)控的內(nèi)容包括應(yīng)力控制和變形控制，其中變形控制即標(biāo)高控制，主要體現(xiàn)在施工控制模擬結(jié)構(gòu)分析、施工監(jiān)測以及施工誤差分析等方面。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，形象反映箱梁成型和受力數(shù)據(jù)，指導(dǎo)控制施工過程，將橋梁設(shè)計(jì)者的意圖很好地貫徹到橋梁施工中，保證橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)分析是施工控制的主要工作內(nèi)容之一，該項(xiàng)工作根據(jù)施工過程與成橋運(yùn)營情況來完成各施工狀態(tài)及成橋后的內(nèi)力、應(yīng)力與位移計(jì)算，進(jìn)而確定出結(jié)構(gòu)各施工階段的應(yīng)力與位移理論值。橋梁施工監(jiān)控是在確保施工安全的前提下，通過結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算分析、現(xiàn)場監(jiān)測、參數(shù)識(shí)別、模型修正、控制立模標(biāo)高等手段，確保橋梁成橋線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，保證橋梁施工安全和正常運(yùn)營。

3.施工監(jiān)控的主要監(jiān)控理論

施工監(jiān)測的科學(xué)有效的進(jìn)行是建立在正確的監(jiān)測理論體系基礎(chǔ)之上的，只有有了正確而強(qiáng)大的監(jiān)測理論才能確保整個(gè)橋梁在建設(shè)過程中的安全，才能保證建成后橋梁的高質(zhì)量、高安全。必須通過施工與監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合，來保證全橋主要控制截面應(yīng)力值在整個(gè)施工過程中處于安全范圍內(nèi)，保證橋梁的施工安全和正常運(yùn)營。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是橋梁中的一種典型橋梁，被廣泛的運(yùn)用到交通建設(shè)當(dāng)中。它的施工監(jiān)控包括變形監(jiān)控和內(nèi)力監(jiān)控。變形監(jiān)控就是嚴(yán)格控制每一節(jié)段箱梁的豎向撓度及其橫向偏移，若出現(xiàn)偏差且偏差較大時(shí)，就必須立即進(jìn)行誤差分析并確定調(diào)整方法，為下一階段的施工做好準(zhǔn)備工作。對(duì)于連續(xù)梁，主梁在懸澆施工中各截面上下緣的應(yīng)力隨工況的不同而不斷變化。主梁在懸澆過程中可按靜定結(jié)構(gòu)考慮控制截面，懸澆完成后結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，此時(shí)應(yīng)按超靜定結(jié)構(gòu)考慮控制截面，在這些截面內(nèi)布置傳感元件，進(jìn)行應(yīng)力測試和施工控制。用于橋梁施工控制的理論和方法主要有：設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和調(diào)整、kalman濾波法、灰色系統(tǒng)理論法和最小二乘法，分別敘述如下。

3.1參數(shù)識(shí)別與調(diào)整法

主要是根據(jù)施工中結(jié)構(gòu)的實(shí)測值，對(duì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后將被修正后的設(shè)計(jì)參數(shù)反饋到控制計(jì)算中去，重新給出施工中的理論期望值，以消除理論值與實(shí)際值不一致的主要誤差原因。參數(shù)識(shí)別與調(diào)整法是最常采用的施工控制方法之一。

3.2卡爾曼濾波法

卡爾曼（Kalman）濾波是美國學(xué)者Kalman于1960年提出的，他將狀態(tài)空間的概念引入隨機(jī)估計(jì)理論中來，把信號(hào)過程視為在白噪音作用下的一個(gè)線性系統(tǒng)的輸出，并把這種輸入輸出關(guān)系用狀態(tài)方程來描述。應(yīng)用kalman濾波法對(duì)梁橋施工誤差進(jìn)行調(diào)整取得了很好的效果。

3.3灰色系統(tǒng)理論

灰色系統(tǒng)理論就是以灰關(guān)聯(lián)空間為基礎(chǔ)的分析體系，它以現(xiàn)有信息或原始數(shù)列為基礎(chǔ)，通過灰過程及灰元生成對(duì)原始數(shù)列進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理，建立灰微分方程即灰模型（GM模型）為主體的模型體系，來預(yù)測系統(tǒng)未來發(fā)展變化的一種預(yù)測控制方法。少數(shù)據(jù)建模是灰色系統(tǒng)理論的重要特點(diǎn)。

4.結(jié)語

在橋梁建設(shè)工程當(dāng)中懸臂端掛籃和直線段支架的參數(shù)對(duì)懸臂施工非常重要，很大程度上決定了橋梁的外觀線形，因此掛籃、支架一定要按照要求進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)，并詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的預(yù)應(yīng)力施加是橋梁施工中的關(guān)鍵工作，施加預(yù)應(yīng)力所用的張拉設(shè)備及儀表應(yīng)由專人使用和管理，并應(yīng)定期維護(hù)和校驗(yàn)，以提高施加預(yù)應(yīng)力時(shí)張拉力的控制精度。監(jiān)控計(jì)算工作應(yīng)引起足夠的重視，而每座橋梁施工都有其不同的場地、機(jī)械和其他環(huán)境，所以要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的臨時(shí)工況的計(jì)算引起重視。橋梁的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)安全要求越來越高，以人工為主的日常監(jiān)測，盡管目前靜載、動(dòng)載試驗(yàn)已經(jīng)很完善，也很難對(duì)全橋健康狀況作出長期的、全面的監(jiān)測，對(duì)其整體性和安全性做出全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。特大橋梁的施工監(jiān)測監(jiān)控是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，業(yè)主、代業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、監(jiān)控等單位的分工各有不同，這就要求施工過程中明確各方職責(zé)，互相協(xié)調(diào)與配合，各盡其職，才能有效的發(fā)揮各自作用，保質(zhì)保量按時(shí)完成大橋的建設(shè)任務(wù)。

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