大跨徑預應力連續(xù)梁橋施工階段預拱度研究

1、文章編號：大跨徑預應力連續(xù)梁橋施工階段預拱度研究摘 要:目的 為了研究沈陽四環(huán)西蘇堡特大橋橋梁監(jiān)控中合理的預拱度設置理論，得到正確的預拱度求解方法。方法 采用灰色系統(tǒng)理論，應用該理論的GM(1，1)模型對連續(xù)梁橋預拱度進行預測，檢驗該理論的計算結果是否滿足精度要求。在施工過程中，對連續(xù)梁橋的預拱度進行修正，保證橋梁預拱度的準確、合理。結果 采用灰色系統(tǒng)理論得到的11號梁段的預拱度預測值與實際預拱度值的相對誤差為4.03%，其他梁段預測結果的相對誤差均不超過8%，誤差滿足精度要求。施工過程中各個梁段累計撓度的對比中，采用灰色系統(tǒng)理論調(diào)整后的數(shù)值更接近于實際累計撓度。結論 采用灰色系統(tǒng)理論GM（1

2、,1）模型可以準確的對連續(xù)梁橋預拱度進行預測，該方法是一種合理的連續(xù)梁橋預拱度預測方法。關鍵詞：施工監(jiān)控；灰色系統(tǒng)理論；預拱度；連續(xù)梁橋中圖分類號： U448.3 文獻標志碼：APre Camber Research of Long Span Prestressed Continuous Beam Bridge during Construction StageBao longsheng，Li zhongyang，Yu ling (School of Civil Engineering, Shenyang Jian Zhu University, Shenyang China， 110168)

3、Abstract: In order to research the method of long span prestressed concrete continuous beam bridge pre camber setting and control process during construction stage ,the grey system theory was used .The pre camber of continuous beam bridge was established by using grey model GM(1,1) and accuracy of t

4、he results were tested .During construction stage ,the pre cambers of bridge were modified to ensuring the bridge cambers accurate and reasonable .By using grey system theory ,relative error of the 11th beams camber was 4.03%,the other beams were less then 8% , the error meets demand of precision .

5、By using the grey system theory GM (1,1) model ,pre cambers of continuous beam bridge were predicted accurately, the method was reasonable to predict pre cambers of continuous beam bridge.Key words: Construction monitoring, Grey system theory, Pre comber of beam bridge , Continuous beam bridges 隨著我國

6、交通事業(yè)的不斷發(fā)展，大量的橋梁需要建設。預應力混凝土連續(xù)梁橋具有跨越能力好，受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、抗震能力強等優(yōu)點而受到青睞。預應力混凝土連續(xù)梁橋施工采用懸臂澆筑工藝，雖然方便了施工，但是在橋梁的整個施工過程中，其結構體系一直處于變化狀態(tài)，結構的應力和位移也隨之變化。為了保證橋梁的施工質(zhì)量和施工安全，橋梁施工控制是必不可少的。80年代后期，同濟大學對斜拉橋的施工控制技術進行研究，初步形成了系統(tǒng)，并在后來的浙江普江斜拉橋和上海黃浦大橋的施工中進行了應用。上海城建學院的李國平等人針對大跨度連續(xù)剛構橋和連續(xù)梁橋施工控制提出線形最優(yōu)施工控制的方法和理論，該理論將成橋

7、線形和施工階段結構變位狀態(tài)作為線性、離散、確定性動態(tài)結構系統(tǒng)的最優(yōu)控制對象，根據(jù)連續(xù)梁橋懸臂澆筑的特點，控制目標函數(shù)、約束條件、狀態(tài)與變量以及具體實施方法等，并在上海吳淞大橋和富春江大橋的施工中得到實際應用。目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法被武漢理工大學的劉勝春、向木生等人引用到橋梁施上控制，同時長沙交通學院的李傳習也進行了這方面的嘗試，并取得了一定的研究成果。對于大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋，在多種因素的影響下橋梁的施工會伴隨一定的下?lián)?，具體包括梁段自重、預加力張拉與損失、掛藍（支架）行走、彈性模量、日照和溫度影響、混凝土收縮與徐變及二期恒載。因此在連續(xù)梁橋的施工過程中各個梁段的實際位置會發(fā)生與預期位置

8、偏離的現(xiàn)象，使連續(xù)梁橋永久線型與設計線型不一致。為了保證橋梁結構的線形美觀，準確預測連續(xù)梁橋的預拱度在橋梁的建設過程中有重要的地位和作用。 灰色系統(tǒng)理論于20世紀80年代提出，20世紀90年代初開始應用于連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控，是一種被廣泛認可的橋梁監(jiān)控理論，取得了多項實際應用成果。本文以沈陽四環(huán)在建的西蘇堡特大橋為例，利用灰色系統(tǒng)理論合理預測橋梁預拱度，結合現(xiàn)場的監(jiān)控數(shù)據(jù)，來闡述實際工程中大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋的線型控制方法。1灰色系統(tǒng)模型灰色系統(tǒng)理論是以關聯(lián)空間為基礎的分析體系，他以現(xiàn)有原始數(shù)據(jù)位基礎，通過灰色過程以及灰色生成對原始數(shù)據(jù)進行加工，將原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性較強的數(shù)列，建立灰色模

9、型來預測下一階段的發(fā)展趨勢。在連續(xù)梁橋的每個階段的施工中，都伴隨著梁段撓度的變化。這樣，我們就可以根據(jù)每個階段前后梁端撓度的實測值和理論值建立灰色預測模型，以預測下一階段梁段的撓度變化，從而得到橋梁的立模標高。本文以灰色系統(tǒng)理論為理論依據(jù)，結合施工過程中的各個影響因素，選擇有灰色信息特征的原始數(shù)據(jù)，建立4參數(shù)控制模型。因此，在實際橋梁施工過程中，對前4個現(xiàn)澆塊給出理論計算預拱度以及經(jīng)驗預拱度，對每個塊段進行觀測記錄，于是可以形成GM(1,1)數(shù)據(jù)序列： （1）式中：i1、2、3、4實測標高數(shù)據(jù)的原始序列;(1)1號塊實測的標高值，依此類推，(2)、(3)、(4)分別為2、3、4號梁段的實測標高

10、值。式（1）的數(shù)據(jù)經(jīng)1-AGO后形成數(shù)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）記參數(shù)列為： （6）按照最小二乘法求解：= （7）微分方程的解為： （8） 運用該公式便可對各個梁段的預拱度進行計算，確定滿足精度后就可以做為最終的結構預拱度。2 預測模型工程實踐應用2.1 工程概況本文以沈陽四環(huán)在建的西蘇堡特大橋為例，西蘇堡特大橋主橋全長為360m，上部結構采為預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁，跨徑組合為70m+2×110m+70m，橋梁總寬度為39m，采用雙幅分離式斷面形式，單箱單室連續(xù)箱梁，每幅寬度為16.5m。箱梁采

11、用掛籃對稱懸臂澆筑施工方法，0號塊托架現(xiàn)澆長度為12m，兩側各有14個懸澆梁段。單幅有4個合攏段，既兩個邊跨合攏段和兩個中跨合攏段。 根據(jù)實際情況，采用MIDAS有限元分析軟件模擬橋梁的施工過程，建立空間桿系梁單元計算模型，全橋共94個單元，每個節(jié)段的施工過程模擬為一個階段模型，每個節(jié)段的施工過程包括移動掛藍、混凝土澆筑、張拉預應力三個工況，邊界條件采用與施工過程一致。圖1主橋midas模型Fig.1 Midas model of the bridge2.2 灰色系統(tǒng)理論的實際應用該橋在施工監(jiān)控過程中采用了灰色系統(tǒng)理論GM(1,1)模型，對于11號梁段預拱度的預測，取710號梁段的預拱度所組成

12、的灰色原始序列。預測精度采用相對誤差：(1) 采用最近的4個數(shù)據(jù)來生成灰色原始序列（單位為m）=（0.091,0.096,0.103,0.106）(2) 對原始序列進行1-AGO處理=（0.091,0.187,0.290,0.396）(3)確立矩陣，(4)計算=(5)求參數(shù)列=(6)確立模型(7)白化微分方程的解為由上式可得11號梁段的立模標高為+0.113m（為橋梁設計標高），可知預測得到的11號梁段的預拱度與實際值相對誤差為4.02%，其他梁段的預測相對誤差均不超過8%，誤差滿足精度要求，可以用來預測橋梁的預拱度。3 成橋控制結果預拱度設置是為了防止在施工過程中產(chǎn)生的撓度影響橋梁合攏乃至橋

13、梁的最終線形，理論計算的依據(jù)也是橋梁各個施工階段產(chǎn)生的撓度，因此，可以通過對梁段撓度的分析可以體現(xiàn)橋梁預拱度的設置是否合理。目前，該連續(xù)梁橋已經(jīng)完成14號梁段的澆筑，我們以5號墩箱梁小里程樁號方向施工控制結果為例，來說明灰色系統(tǒng)理論應用于連續(xù)梁橋施工監(jiān)控的優(yōu)越性。圖2 5、6號橋墩之間箱梁節(jié)段的標高值Fig.2 Elevation value of box girder sections between No.5 pier and No.6 pier. 從圖2中可以看出，數(shù)值和曲線均沒有明顯的突變。采用灰色系統(tǒng)理論之后由于調(diào)整了橋梁的立模標高，合攏之后橋梁的實測標高值與設計標高值變化趨勢吻合，

14、保證橋梁線型符合設計線型。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，采用灰色系統(tǒng)理論后合攏段懸臂端對應控制點最大高差為15mm，在20mm之內(nèi)，為橋梁的順利合攏提供保障，達到了施工監(jiān)控的預期目的。4結語預應力連續(xù)箱梁橋懸臂施工是一個非平穩(wěn)的隨機過程，可以看成是一個灰色過程。本文以西蘇堡特大橋為例，根據(jù)midas分析計算得到的預拱度數(shù)據(jù)和現(xiàn)場施工監(jiān)控數(shù)據(jù)，應用灰色系統(tǒng)理論GM(1，1)模型，預測連續(xù)梁橋施工過程中的預拱度，由相關公式推導得到11號梁段的11號梁段的預拱度與實際值相對誤差為4.02%，其他梁段的預測相對誤差均不超過8%，預測結果滿足精度要求，橋梁合攏前，即最大懸臂端澆筑完成，對應懸臂端控制點的最大高差為15m

15、m，能夠保證橋梁的順利合攏。因此，灰色系統(tǒng)理論可以對連續(xù)梁橋施工過程中的位移狀態(tài)進行有效的控制，保證橋梁線形符合設計要求，具有廣泛的實際應用價值。參考文獻：1 張繼堯.懸臂澆筑混凝土連續(xù)梁橋M.北京:人民交通出版社,2004. (Zhang Jiyao. Cantilever pouring concrete of continuous beam bridgeM. Beijing，China Communications Press, 2004)2 范立礎.橋梁工程M.北京:人民交通出版社,2001(Fan Lichu. Bridge EngineeringM. Beijing，China C

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