ppt大跨度橋梁工程施工控制講義

大跨跨度度橋橋梁梁施施工工控控制制XX橋梁梁工工程程系系二二○○○○一一年五五月月使橋梁建成時達(dá)到設(shè)計確定的內(nèi)力狀態(tài)線形狀態(tài)靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)———兩者者完完全全分分離離超靜靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)———兩者者間間有有聯(lián)聯(lián)系系一.施工工控控制制的的目目的的和和必必要要性性施工工控控制制的的目目的的一.施工工控控制制的的目目的的和和必必要要性性施工工控控制制的的必必要要性性大跨跨度度橋橋梁梁線線剛剛度度較較低低，，相相對對變變形形較較大大大跨跨度度橋橋梁梁施施工工過過程程復(fù)復(fù)雜雜，，較較多多體體系系轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換大跨跨度度橋橋梁梁施施工工步步驟驟較較多多，，材材料料、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)尺尺寸寸、、施施工工操操作作誤誤差差的的累累計計誤誤差差較較大大斜拉拉橋橋設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)范范中中把把施施工工控控制制作作為為實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)設(shè)設(shè)計計目目標(biāo)標(biāo)的的必必要要措措施施二.施工工控控制制的的思思路路開環(huán)環(huán)施施工工控控制制———適用用于于簡簡單單橋橋梁梁或或非非循循環(huán)環(huán)式式施施工工橋橋梁梁反饋饋施施工工控控制制———適用用于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)參參數(shù)數(shù)比比較較穩(wěn)穩(wěn)定定的的橋橋梁梁自適適應(yīng)應(yīng)施施工工控控制制———適用用于于循循環(huán)環(huán)式式施施工工橋橋梁梁最優(yōu)優(yōu)控控制制———目前前尚尚不不適適用用于于施施工工控控制制1.開環(huán)環(huán)施施工工控控制制基基本本原原理理2.反饋饋施施工工控控制制基基本本原原理理XX橋控控制制流流程程圖圖3.自適適應(yīng)應(yīng)施施工工控控制制基基本本原原理理XX提出出的的斜斜拉拉橋橋施施工工控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)流流程程4.最優(yōu)優(yōu)控控制制理理論論應(yīng)應(yīng)用用的的問問題題離散散系系統(tǒng)統(tǒng)方方程程控制制目目標(biāo)標(biāo)問題題———控制制矩矩陣陣Pk,k-1是不不斷斷變變化化的的系統(tǒng)統(tǒng)的的維維數(shù)數(shù)也也在在變變二.施工工控控制制的的思思路路開環(huán)環(huán)施施工工控控制制反饋饋施施工工控控制制自適適應(yīng)應(yīng)施施工工控控制制最優(yōu)優(yōu)控控制制結(jié)論論：：自自適適應(yīng)應(yīng)控控制制是是目目前前適適用用于于循循環(huán)環(huán)施施工工橋橋梁梁最最理理想想的的方方法法，，最最優(yōu)優(yōu)控控制制不不適適用用于于橋橋梁梁三.自適適應(yīng)應(yīng)施施工工控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)要要素素1.確定定理理想想狀狀態(tài)態(tài)計計算算方方法法確定定理理想想狀狀態(tài)態(tài)的的計計算算方方法法確定定成成橋橋理理想想狀狀態(tài)態(tài)確定定施施工工步步驟驟的的控控制制目目標(biāo)標(biāo)確定成橋橋理想狀狀態(tài)內(nèi)部靜定定結(jié)構(gòu)——連續(xù)梁、、拱、吊吊橋結(jié)構(gòu)尺寸寸、施工工方法確確定后內(nèi)內(nèi)力狀態(tài)態(tài)隨之唯唯一確定定內(nèi)部超靜靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)——斜拉橋、、組合拱拱同樣的結(jié)結(jié)構(gòu)、同同樣的施施工方法法，不同同索力（（吊桿力力）可以以獲得不不同內(nèi)力力狀態(tài)最優(yōu)問題題——內(nèi)力最小小、應(yīng)力力最小、、彎曲能能量最小小、材料料最省、、造價最最省確定性問問題——剛性支承承連續(xù)梁梁最優(yōu)成橋橋狀態(tài)確確定算法法影響方程約束條件優(yōu)化目標(biāo)方程彎矩最小小求斜拉拉橋最優(yōu)優(yōu)索力斜索體系系是的拉拉索以未未知索力力Ti代替；簡簡化后的的平面框框架結(jié)構(gòu)構(gòu)中，目目標(biāo)函數(shù)數(shù)為：Ti——第i號索力；；——Ti=1時的結(jié)構(gòu)構(gòu)彎矩；；Mp(s)——恒載作用用下的結(jié)結(jié)構(gòu)彎矩矩。桿系有限限元程序序中的處處理方法法桿端力影影響矩陣陣{ML}={MLo}+[CL]{T}{MR}={MRo}+[CR]{T}其中：{ML}、{MR}分別是單單元在左左、右端端桿端力力向量{MLo}、{MRo}由初始索索力引起起的桿端端力向量量{T}是待求的的索力修修正量[CL]、[CR]就是{T}對{ML}，{MR}的影響矩矩陣確定施工工目標(biāo)的的計算方方法倒拆法無法考慮慮徐變某些步驟驟構(gòu)造上上無法實(shí)實(shí)現(xiàn)倒拆、正正裝綜合合法疊代不一一定能收收斂無應(yīng)力狀狀態(tài)法適用于鋼鋼橋的構(gòu)構(gòu)件預(yù)制制不能確定定每個施施工階段段的狀態(tài)態(tài)需要多次次調(diào)索確定施工工目標(biāo)的的計算方方法簡化做法法施工階段段斜拉索索索力等等于節(jié)段段重量的的一半加加施工機(jī)機(jī)具重量量按照上述述索力進(jìn)進(jìn)行正裝裝模擬計計算，局局部調(diào)整整索力標(biāo)高按模模擬計算算結(jié)果設(shè)設(shè)預(yù)拱度度缺點(diǎn)——施工狀態(tài)態(tài)與成橋橋理想狀狀態(tài)脫節(jié)節(jié)2.施工過程程模擬計計算施工過程程模擬計計算計算程序序——有限元程程序我國：平平面桿系系程序國外：空空間計算算程序開開始應(yīng)用用考慮的因因素模擬施工工構(gòu)件的的安裝及及拆除過過程各種線形形預(yù)應(yīng)力力鋼筋的的張拉過過程不同預(yù)制制齡期、、加載齡齡期下構(gòu)構(gòu)件的收收縮徐變變結(jié)構(gòu)的非非線性因因素溫度影響響3.最優(yōu)控制制調(diào)整量量計算最優(yōu)控制制調(diào)整量量計算控制目標(biāo)標(biāo)——應(yīng)力、標(biāo)標(biāo)高調(diào)整手段段——索力、預(yù)預(yù)應(yīng)力、、標(biāo)高計算思路路——優(yōu)化方法法優(yōu)化目標(biāo)標(biāo)——?dú)堄嗾`差差最小、、能量最最小、調(diào)調(diào)整的功功最小約束條件件——調(diào)整必須須在材料料強(qiáng)度允允許范圍圍內(nèi)、殘殘余誤差差在允許許范圍內(nèi)內(nèi)優(yōu)化計算算原理影響方程約束條件優(yōu)化目標(biāo)方程線性優(yōu)化化方法影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程非線性優(yōu)優(yōu)化方法法影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程約束條件件位移殘差差最小索力殘差差最小4.計算模型型參數(shù)估計計計算模型型參數(shù)估計計算法待估計參參數(shù)——構(gòu)件重量量、剛度度、徐變變系數(shù)、、預(yù)應(yīng)力力損失計算思路路——優(yōu)化方法法測量變量量——索力、標(biāo)標(biāo)高、應(yīng)應(yīng)力優(yōu)化目標(biāo)標(biāo)——誤差最小小約束條件件——參數(shù)在物物理常識識范圍內(nèi)內(nèi)參數(shù)估計計計算原原理影響方程優(yōu)化目標(biāo)方程約束條件參數(shù)估計計方法分分類一類是基基于誤差差最小化化的算法法，如最最小二乘乘法一類是基基于狀態(tài)態(tài)估計理理論的算算法，如如擴(kuò)展卡卡爾曼濾濾波法存在的問問題：參數(shù)的靈靈敏度不不高測量數(shù)據(jù)據(jù)不夠參數(shù)估計計的變量量分離測量時刻刻選定1.掛籃移動動定位立立模前的的時刻；；2.掛籃移動動定位立立模后的的時刻；；3.節(jié)段混凝凝土澆筑筑前的時時刻；4.節(jié)段混凝凝土澆筑筑后的時時刻；5.張拉斜拉拉索前的的時刻；；6.張拉斜拉拉索后的的時刻；；彈性模量量混凝土超超重索力誤差差5.測量系統(tǒng)統(tǒng)待測量變變量標(biāo)高——激光束、、連通管管、垂度——激光束索力——隨機(jī)振動動法應(yīng)力——鋼弦應(yīng)力力計自動測量量系統(tǒng)自適應(yīng)施施工控制制系統(tǒng)流流程四.不同類型型橋梁控控制特點(diǎn)點(diǎn)自適應(yīng)控控制方法法、反饋饋控制方方法只適適用于有有循環(huán)的的節(jié)段施施工方法法即使采用用節(jié)段施施工，不不同橋型型也有不不同特點(diǎn)點(diǎn)，必須須采用不不同的對對策1.懸臂澆筑筑混凝土土斜拉橋橋施工特點(diǎn)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)的準(zhǔn)確確性較差差，而且且要等到到節(jié)段施施工完成成后才能能確定主梁的剛剛度較大大，節(jié)段段的局部部變形很很小，索索力調(diào)整整對局部部線形的的調(diào)整作作用很小小調(diào)整范圍圍受到混混凝土應(yīng)應(yīng)力的限限制掛籃剛度度對局部部變形有有較大影影響，長長掛籃在在混凝土土澆筑節(jié)節(jié)段參與與結(jié)構(gòu)受受力未施工節(jié)節(jié)段的立立模標(biāo)高高可以任任意確定定，與已已澆筑梁梁段無關(guān)關(guān)懸臂澆筑筑混凝土土斜拉橋橋控制對對策1．對于已已建成梁梁段的線線形誤差差在一定定程度上上可以通通過斜拉拉索索力力的調(diào)整整來糾正正，但是是，由于于主梁剛剛度較大大，不可可能通過過索力調(diào)調(diào)整糾正正所有誤誤差。殘殘余的誤誤差可以以通過下下一節(jié)段段的立模模標(biāo)高來來調(diào)整。。2．及時識識別誤差差產(chǎn)生的的原因，，估計計計算程序序參數(shù)的的實(shí)際值值，主要要是混凝凝土的彈彈性模量量、材料料的比重重、徐變變系數(shù)等等，重新新計算未未澆筑梁梁段的預(yù)預(yù)拱度，，修改施施工階段段索力及及相應(yīng)的的標(biāo)高目目標(biāo)值，，避免出出現(xiàn)新的的誤差。。懸臂澆筑筑混凝土土斜拉橋橋控制對對策3．由于立立模標(biāo)高高可以隨隨時調(diào)整整，索力力值應(yīng)該該作為控控制的依依據(jù)，某某節(jié)段標(biāo)標(biāo)高只要要控制在在允許范范圍之內(nèi)內(nèi)即可認(rèn)認(rèn)為滿足足要求。。如果索索力到達(dá)達(dá)設(shè)計值值時標(biāo)高高同時達(dá)達(dá)到預(yù)計計值，說說明計算算模型與與實(shí)際結(jié)結(jié)構(gòu)是吻吻合的，，否則，，說明兩兩者之間間存在差差異，必必須對參參數(shù)進(jìn)行行重新估估計。4．掛籃剛剛度只影影響正在在澆筑的的梁段標(biāo)標(biāo)高，但但由此引引起的誤誤差將永永遠(yuǎn)存在在于主梁梁線形中中，必須須考慮鋼鋼筋骨架架對掛籃籃剛度的的影響。。自適應(yīng)控控制思路路在XX施工控制制中的應(yīng)應(yīng)用工程概況況XX計算工工況表表控制目目標(biāo)控制的的最終終目標(biāo)標(biāo)是：：使成成橋后后的線線形與與設(shè)計計線形形所有有各點(diǎn)點(diǎn)的誤誤差均均控制制在4厘米范范圍之之內(nèi)，，且且斜拉拉索索索力與與設(shè)計計值的的誤差差控制制在5%范圍之之內(nèi)。。每一施施工步步驟中中的誤誤差控控制水水平：：斜拉索索張拉拉索力力與理理論預(yù)預(yù)報值值的相相對誤誤差應(yīng)應(yīng)控制制在在2%以內(nèi)；；掛籃定定位標(biāo)標(biāo)高與與預(yù)報報標(biāo)高高之差差控制制在1厘米以以內(nèi)；；斜拉索索張拉拉完后后，如如梁端端測點(diǎn)點(diǎn)標(biāo)高高與控控制預(yù)預(yù)報標(biāo)標(biāo)高高之差差超過過4厘米，，需研研究調(diào)調(diào)整方方案，，確定定索力力調(diào)整整措施施。觀測變變量為為：標(biāo)標(biāo)高、、索力力、塔塔頂水水平位位移、、主梁梁及塔塔身的的局部部溫度度場和和應(yīng)力力場；；混凝凝土徐徐變系系數(shù)和和彈性性模量量測試試試驗(yàn)驗(yàn)；在懸臂臂澆筑筑之前前對掛掛籃進(jìn)進(jìn)行了了現(xiàn)場場預(yù)壓壓試驗(yàn)驗(yàn)?？刂拼氪胧海盒崩鞯牡乃髁α傲毫憾蔚牡牧⒛Ｄ?biāo)高高。測量值值和控控制措措施控制實(shí)施施工初期（0-3#節(jié)段）參數(shù)估計：自重集度、彈性模量、掛籃剛度調(diào)整預(yù)報值：每對斜拉索增加初始索力30噸施工中中期（（4-12#節(jié)段））按預(yù)報報值進(jìn)進(jìn)行正正常施施工施工后后期（（12#節(jié)段以以后））參數(shù)估估計：：自重重集度度估計計調(diào)整預(yù)預(yù)報值值：斜斜拉索索索力力初始始值調(diào)調(diào)回到到設(shè)計計值控制結(jié)結(jié)果全橋按按照預(yù)預(yù)計的的目標(biāo)標(biāo)合攏攏；全橋的的線形形除少少數(shù)節(jié)節(jié)點(diǎn)外外，所所有節(jié)節(jié)點(diǎn)標(biāo)標(biāo)高與與設(shè)計計線形形的誤誤差均均在4厘米以以內(nèi)；；除南塔塔邊跨跨13、14#索因?yàn)闉檫吙缈绾椭兄锌绨l(fā)發(fā)生了了不不對稱稱變形形，在在施工工過程程中進(jìn)進(jìn)行了了補(bǔ)張張拉外外，斜斜拉索索均是是在節(jié)節(jié)段施施工中中張拉拉到位位合攏后后只對對兩根根索由由于上上下游游索力力有較較大差差異進(jìn)進(jìn)行了了很小小的補(bǔ)補(bǔ)張拉拉。2.懸臂拼拼裝混混凝土土斜拉拉橋施工特特點(diǎn)：：主梁每每個節(jié)節(jié)段的的定位位標(biāo)高高受到到預(yù)制制線形形的限限制，，只能能通過過接縫縫間的的契塊塊調(diào)節(jié)節(jié)，余余地很很小，，全部節(jié)段的的重量在拼拼裝前可以以預(yù)先獲得得，沒有掛籃變變形的影響響。懸臂拼裝混混凝土斜拉拉橋控制對對策由于定位標(biāo)標(biāo)高可調(diào)余余地較小，，拼裝階段段的線形應(yīng)應(yīng)該作為控控制的主要要依據(jù)，如如果標(biāo)高到到達(dá)設(shè)計值值時索力同同時達(dá)到預(yù)預(yù)計值，說說明計算模模型與實(shí)際際結(jié)構(gòu)是吻吻合的，否否則，說明明兩者之間間存在差異異，必須對對參數(shù)進(jìn)行行重新估計計。參數(shù)估計的的對象主要要是主梁的的剛度及徐徐變系數(shù)，，在估計后后重新確定定每階段的的張拉索力力。由于沒有掛掛籃剛度及及節(jié)段重量量誤差，每每節(jié)段吊裝裝完成時，，標(biāo)高誤差差較小，可可以通過索索力調(diào)整來來糾正。3.結(jié)合梁斜拉拉橋施工特點(diǎn)：：主梁的線形形在鋼梁預(yù)預(yù)拼裝階段段已經(jīng)完全全確定，現(xiàn)現(xiàn)場拼裝時時節(jié)段之間間相對位置置幾乎沒有有調(diào)整的余余地，全部節(jié)段的的重量在拼拼裝前可以以預(yù)先獲得得，拼裝階段鋼鋼梁剛度很很小，索力力及荷載對對標(biāo)高的影影響非常明明顯，鋼梁的抗拉拉、抗壓能能力均較強(qiáng)強(qiáng)。結(jié)合梁斜拉拉橋控制對對策在確定施工工控制目標(biāo)標(biāo)時，應(yīng)充充分利用鋼鋼梁的抗彎彎能力使混混凝土橋面面板承擔(dān)較較大壓應(yīng)力力。由于梁段間間相對位置置不能調(diào)整整，某一梁梁段的誤差差除影響本本節(jié)段外，，誤差的趨趨勢還將影影響以后的的梁段，因因此，拼裝裝階段的線線形是控制制的主要目目標(biāo)，必須須在下一節(jié)節(jié)段拼裝前前通過斜拉拉索索力的的調(diào)整來糾糾正已建成成梁段的線線形誤差，，而將索力力控制在一一定誤差范范圍內(nèi)。結(jié)合梁斜拉拉橋控制對對策參數(shù)估計的的對象對主主要是主梁梁的剛度，，特別是已已安裝好橋橋面板但尚尚未形成結(jié)結(jié)合梁的梁梁段，此時時的剛度實(shí)實(shí)際上是處處于裸鋼梁梁與結(jié)合梁梁之間，需需要通過參參數(shù)估計算算法來估計計。在參數(shù)估計計后應(yīng)重新新確定每階階段的張拉拉索力，如如果不進(jìn)行行修正，則則在以后每每個階段施施工完成時時索力與標(biāo)標(biāo)高均不能能同時達(dá)到到控制目標(biāo)標(biāo)，從而每每次均需要要標(biāo)高調(diào)整整，這將大大大增加施施工調(diào)索工工作量。由于線形的的主要靠索索力調(diào)整來來保證，但但是索力調(diào)調(diào)整必須在在梁體強(qiáng)度度允許的范范圍之內(nèi)，，因此，必必須分析索索力誤差對對主梁應(yīng)力力的影響，，確保施工工應(yīng)力控制制在允許范范圍之內(nèi)。。4.懸臂施工混混凝土連續(xù)續(xù)梁橋連續(xù)梁線形形控制與斜斜拉橋施工工控制不同同之處兩者的控制制目標(biāo)不完完全相同。混凝土連連續(xù)梁橋由由于在懸臂臂施工階段段是靜定結(jié)結(jié)構(gòu)，合攏攏過程中如如不施加額額外的壓重重，成橋后后內(nèi)力狀態(tài)態(tài)一般不會會偏離設(shè)計計值很多，，因此連續(xù)續(xù)梁橋施工工控制的主主要目標(biāo)是是控制主梁梁的線形。。兩者實(shí)施控控制的手段段不相同。對于混凝凝土連續(xù)梁梁橋，已施施工梁段上上出現(xiàn)誤差差時，只能能通過張拉拉預(yù)備預(yù)應(yīng)應(yīng)力束調(diào)整整，而這一一調(diào)整量是是非常有限限的，因此此，一旦出出現(xiàn)線形誤誤差，誤差差將永遠(yuǎn)存存在，只能能通過立模模標(biāo)高消除除已施工梁梁段的殘余余誤差，有有時調(diào)整需需經(jīng)過幾個個梁段才能能完成。混凝土連續(xù)續(xù)梁橋控制制對策參數(shù)估計及及對計算模模型的修正正特別重要要，只有與與實(shí)際施工工過程相吻吻合的計算算模型計算算出的預(yù)報報標(biāo)高才是是可實(shí)現(xiàn)的的，施工結(jié)結(jié)果的誤差差才能減小小。在進(jìn)行施工工模擬計算算時必須充充分考慮各各種施工因因素，特別別要正確計計算主梁的的軸線坐標(biāo)標(biāo)，同時計計算中要計計入豎曲線線的影響。。由于沒有高高效的調(diào)整整措施，必必須合理制