橋梁施工監(jiān)測運營與控制
更新時間：2021-04-10 17:51
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隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對于交通依賴程度不斷加大，特別是處于交通工程中的橋梁，地位尤其突出，不論是處于施工中的橋梁還是運營使用當中的橋梁，其安全性和其它技術(shù)指標，直接關(guān)系到國家和人民群眾的生命財產(chǎn)安全，所以建立一套行之有效的、具有相當科技含量的貫穿橋梁施工階段、運營管理階段的監(jiān)測和控制方法和手段，就顯得尤為重要，下面我們就淺談一下橋梁在施工、運營當中的監(jiān)測與控制的方法及手段。 一、橋梁監(jiān)測
橋梁監(jiān)測是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為橋梁在特殊氣候交通條件下或橋梁運營狀況嚴重異常時觸發(fā)預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。監(jiān)測系統(tǒng)對以下幾個方面進行監(jiān)控：橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學狀態(tài)；橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如支座）和附屬設(shè)施（如振動控制元件）的工作狀態(tài)；結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；橋梁所處環(huán)境條件等。 （一） 監(jiān)測范圍
1. 敏感部位監(jiān)測。一般只在橋梁內(nèi)力、應變、位移變化和裂紋產(chǎn)生對橋梁影響至關(guān)重要的
（敏感）部位進行監(jiān)測。
2. 總體監(jiān)測。特大橋梁構(gòu)造復雜，難以做到地毯式人工監(jiān)測。鑒于特大橋梁的重要性，需
要適時地得到橋梁正常工作的總體狀況。通過對可能取得的橋梁工作參數(shù)，采用不同的方法進行“識別”找到橋梁異常的一個或幾個可能部位，再由配備檢測設(shè)備的專業(yè)人員到可能異常部位檢測。 （二） 監(jiān)測方式
1. 人工監(jiān)測：配備簡單的儀器，用人工作地毯式監(jiān)測，用模糊分級描述橋梁狀況，一般可
作為定期監(jiān)測、突發(fā)性事件后的特別監(jiān)測。
2. 自動檢測：用固定在橋梁上的專用設(shè)備，實際地監(jiān)測橋梁的工作參數(shù)；由專用設(shè)備和軟
件對工作參數(shù)進行識別加工，得到能反映橋梁工作狀態(tài)的狀態(tài)信息；再用特定的方法分析這些信息并與橋梁的健康檔案相比較，給出橋梁的健康狀況或損傷狀況。一般適用于特大的或重要的橋梁在線監(jiān)測。這種方法自動化程度高，是當前研究熱點與發(fā)展方向；但是難度大，目前使用尚少。
3. 聯(lián)合監(jiān)測：考慮到前兩種方法的實際情況，用各種小型的自動化程度較高的儀器，配合
人工監(jiān)測，是一個比較可行的方案。 （三） 監(jiān)測的狀態(tài)
1. 靜態(tài)：監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)幾何和力學參數(shù)，用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。靜態(tài)監(jiān)測
比較困難，一般都是加載檢測。但是靜態(tài)參數(shù)比較直觀地反映了橋梁的工作狀態(tài)。 2. 動態(tài)：監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)幾何和力學參數(shù)，用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。動態(tài)監(jiān)測
適用于運營監(jiān)測。
（四） 常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)及橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與手段 1. 常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)
（1） 位移。包括絕對位移和相對位移，靜位移和動位移。 （2） 變形。如靜態(tài)撓度、靜態(tài)應變等。 （3） 力。如索的張拉力。
（4） 動力參數(shù)。如速度、加速度、可轉(zhuǎn)換成頻率、振動，再轉(zhuǎn)換成張力、位移。 （5） 外觀和完整率。如氣蝕、磨損、裂縫、剝落。
（6） 物理化學現(xiàn)象。如混凝土堿集料反應、混凝土中性化（碳化、酸雨、氯蝕）、鋼材銹
蝕。
（7） 環(huán)境。如風速（向）、空氣（或橋體）溫度、地震、交通量（和荷載）。 2. 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與手段
橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器（包括傾角傳感器、加速傳感器、溫度傳感器、應力傳感器、拉力傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、濕度傳感器等）、信號調(diào)理模塊、傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、健康監(jiān)測模型、預警模塊等組成。橋梁健康監(jiān)測模型如圖一所示。主要儀器包括位移（量程）計、傾斜儀、（高程、方位、距離）測量設(shè)備、GPS、數(shù)字成像機；位移傳感器、電阻應變儀、壓電式應變儀、振弦應變儀、分布式光纖應變計；壓力環(huán)、磁彈性張力計、油壓計、剪力銷等；速度計、伺服（或壓電）加速度計算；刻度放大鏡、數(shù)字成像機、超聲探測儀、地面雷達等；化學試劑試驗、由外觀特征判斷、鋼筋銹蝕儀；風向（速）計、空氣（或埋入式）溫度計、當?shù)氐牡卣鹩^測數(shù)據(jù)、交通量觀測儀、埋入（或移動）式稱重儀、攝像機等。
首先各種傳感器采集橋梁運行過程中的各種形態(tài)變化，經(jīng)過信號調(diào)整后，通過傳輸模塊傳輸回總控制監(jiān)測室，總控中心有大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)針對橋梁總體的各種信號進行采集，將采集到的信息記錄并由健康監(jiān)測模型分析，當橋梁變形超差振動超差位移超差應力超差時，啟動預警模塊，為橋梁維護人員提供維修維護信息，避免橋梁因在非健康狀態(tài)下使用而導致垮塌等引起的財產(chǎn)損失 。
二、橋梁施工控制
橋梁施工控制技術(shù)，就是把現(xiàn)代控制理論應用在橋梁施工工程中，確保施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形一直處于允許的安全范圍內(nèi)，確保最終的實際橋梁變形和內(nèi)力符合設(shè)計理想的變形控制、應力控制、穩(wěn)定控制的綜合體現(xiàn)。
（一） 橋梁施工控制方法
橋梁施工控制方法可分為事后控制法、預測控制法、自適應控制法和最大寬容度控制法幾種。
1. 事后控制法是指在施工中，當已成結(jié)構(gòu)狀態(tài)與設(shè)計要求不符時，可通過一定手段對
其進行調(diào)整，使之達到要求，這種方法現(xiàn)在已應用不多。
2. 預測控制法是在考慮施工方案和影響橋梁狀態(tài)的諸多因素而確定橋梁的應變和應
力的理想狀態(tài)后邊（稱控制理想狀態(tài)），針對施工過程中，由于實際情況和假定諸因素之間不一致而產(chǎn)生誤差（這些誤差值由監(jiān)測測試系統(tǒng)反饋后），在調(diào)試系統(tǒng)中進行修正，在給定下一步的數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)的每一個施工階段形成的前后的狀態(tài)進行預測，使施工實際沿著預定的理想狀態(tài)進行的控制方法。這種方法是采取糾偏終點控制方法，即在施工過程中，對產(chǎn)生主梁線性偏差的因素跟蹤控制，隨時糾偏，最終達到理想線形，這種方法常用卡爾曼（Kalman）濾波法和灰色理論等。
3. 自適應控制法也稱為參數(shù)識別修正法，是指在控制開始時，控制系統(tǒng)的某些設(shè)計參
數(shù)與實際情況不完全相符，系統(tǒng)不能按設(shè)計要求得到符合實際的輸出結(jié)果，但是在系統(tǒng)的運行過程中，通過系統(tǒng)識別或參數(shù)估算，不斷修正參數(shù)，使設(shè)計輸出與實際輸出相符，從而得到控制。這種方法是應用現(xiàn)代控制理論中的自適應控制法，即對施工過程中的標高和內(nèi)力的實測值與預計值（設(shè)計值）產(chǎn)生偏差的原因，從而對參數(shù)進行修正，達到雙控的目的。
4. 最大寬容度控制法是是誤差的容許值法，即在設(shè)計時給予主梁標高和內(nèi)力最大的寬
容度，這種方法減少了控制的難度。 影響橋梁施工控制的因素主要有結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工誤差因素、監(jiān)測因素和結(jié)構(gòu)分析計算模型、溫度變化與材料收縮影響、徐變因素等。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括材料密度、結(jié)構(gòu)部件截面尺寸、材料彈性模量、材料的熱膨脹系數(shù)、施工荷載及預加應力或索力等，監(jiān)測包括溫度、應力和變形監(jiān)測等內(nèi)容。
（二） 各種橋梁的施工控制特點
施工控制最基本的要求是保證施工中安全和結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力及結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計要求。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式和施工方法有許多種，對于具體某一座橋梁的施工控制又有它的側(cè)重點。
1. 斜拉橋施工時，在主梁懸臂澆筑或懸臂拼裝過程中，確保主梁線形和順，正確是第
一位的，施工中以標高控制為主。所謂以標高控制為主，并非只控制主梁的標高，而不顧及拉索索力的偏差。施工中應根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的特性和施工方法的不同，采取相應的控制策略。若主梁剛度較小，斜拉索索力變化了很多，而懸臂端撓度的變化卻非常有限，施工中應以拉索張拉噸位進行控制，然后根據(jù)標高的實測情況，對索力作適當?shù)恼{(diào)整。此時標高、線形的控制主要是通過混凝土澆筑前底模標高的調(diào)整（懸臂澆筑方法）或預制塊件接縫轉(zhuǎn)角的調(diào)整（懸臂澆筑方法）來加以實現(xiàn)的。 2. 懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)是主索，主索在施工中又是懸索吊裝的主要承重結(jié)構(gòu)，主索
一經(jīng)架好，它的長度和線形調(diào)整很小，為了確保懸索內(nèi)力和線形符合設(shè)計要求，主索的無應力長度（下料時的長度）要嚴格加以控制，尤其對基準束的尺寸要更加重視。對于加勁梁的拼裝，為了保證符合設(shè)計線形，吊桿的下料長度（無應力長度）將又是一個控制重點?？梢钥闯?，為了使在無應力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)各部分的尺寸準確無
誤，故要有一個符合結(jié)構(gòu)實際的計算程序。在施工過程中除了主索和加勁梁外，對橋塔受力、索鞍偏移、吊桿和主索索股受力均勻性等應嚴加跟蹤控制，以保證應力和線形的雙控制實現(xiàn)。
3. 大跨度混凝土拱橋同樣按安全、線形和恒載內(nèi)力的要求進行施工控制。由于大跨度
混凝土拱橋拱肋截面多采用底板、側(cè)板、頂板分次澆筑完成的組合截面，必然造成結(jié)構(gòu)撓度和內(nèi)力的重分布，為了確保拱肋應力和變形符合設(shè)計要求，要嚴格進行雙控，但拱肋的形成一般要靠勁性骨架進行澆筑，其拱肋各段是在工廠放樣加工制作的（無應力長度），骨架一經(jīng)和龍，今后無法進行大的調(diào)整，所以大跨度混凝土拱橋的施工控制，首先要把好骨架無應力長度控制這一關(guān)，然后，做好拱肋混凝土澆筑的跟蹤施工、控制，確保拱肋應力和標高符合要求。拱橋是以受壓為主的結(jié)構(gòu)，對于施工過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要給予關(guān)注。 4. 預應力混凝土連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)相對斜拉橋而言，沒有斜拉索，其施工控制與斜拉
橋主梁相同。 凡是以懸臂澆筑或懸臂拼裝施工的橋梁，都是逐節(jié)段向前推進的，施工控制中常采用逐節(jié)段跟蹤控制的方法。
