淺議懸索橋的施工控制方法
【摘要】：本文通過多個(gè)方面對懸索橋的施工和質(zhì)量控制的方法進(jìn)行了論述
【關(guān)鍵詞】：懸索橋；施工控制；改進(jìn)
一、懸索橋施工控制的難點(diǎn)及解決方法
懸索橋結(jié)構(gòu)有著自己的特點(diǎn),其中最大的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)剛度相對其他橋型較小,特別是施工過程中,其結(jié)構(gòu)剛度就更加小,易受外界環(huán)境影響,幾何非線性明顯。這些條件對施工控制非常不利,給懸索橋的施工控制提出了難題。懸索橋的施工控制是在對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算的基礎(chǔ)上得出的,結(jié)構(gòu)的非線性將會在很大程度上影響計(jì)算結(jié)果的精確程度,處理懸索橋非線性問題是懸索橋施工控制計(jì)算的難點(diǎn)。懸索橋的非線性因素有:
�。�1）荷載作用下結(jié)構(gòu)大位移引起的非線性
（2）纜索自重引起的非線性。
�。�3）纜索初始內(nèi)力引起的非線性。
對于目前比較好的解決方法是用有限位移法求解時(shí),其剛度矩陣考慮非線性因素。監(jiān)測是懸索橋施工控制中的另一個(gè)難點(diǎn)。目前懸索橋大多在大江、大河或懸崖、峽谷上進(jìn)行,受風(fēng)的影響非常突出,無風(fēng)的情況比較少,可能在需要觀測的時(shí)候很難遇到無風(fēng)的天氣�？绽|狀態(tài)下,大風(fēng)可能將主纜吹離其中心線幾十厘米,并且引起主纜的顫振,這會增加主纜測量的難度,需要有經(jīng)驗(yàn)的測量人員并且抓緊無風(fēng)時(shí)進(jìn)行測量。
懸索橋多用在大跨度結(jié)構(gòu)中,在幾百米跨徑范圍內(nèi),溫度可能有差異,由于溫度差異對主纜的影響造成主纜伸長量不一,但在計(jì)算中取的溫度參數(shù)為一定值,在大跨懸索橋中,計(jì)算所取的溫度與實(shí)際溫度的差值可能引起主纜幾厘米的誤差,采用較為穩(wěn)定的早晚進(jìn)行,把溫度影響過濾掉。除了風(fēng)和溫差等不利因素外,大霧和下雨也將影響觀測的進(jìn)行。對于觀測的解決方法一般是放在夜間進(jìn)行,可以選擇月圓風(fēng)小的夜晚,夜間受溫差和大霧、大風(fēng)影響較小,可以認(rèn)為測量不受外界環(huán)境的影響。但夜間監(jiān)測也可能會有不利的因素,例如主跨基準(zhǔn)索股的架設(shè),需要連續(xù)觀測三晝夜并且保證穩(wěn)定以后才能繼續(xù)施工,長期夜間作業(yè)會降低操作人員注意力,造成人為錯(cuò)誤,所以目前提出的解決方案不盡人意,需要改進(jìn)測量程序。
二、現(xiàn)行懸索橋施工控制的不足
懸索橋施工控制的難點(diǎn)從側(cè)面反映了目前施工控制的不足之處。以下幾條是現(xiàn)行懸索橋施工控制的主要不足之處:
�。�1）需要進(jìn)行大量的計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)測,這需要大量的人工工作。
�。�2）受觀測誤差和儀器噪聲的影響很不確定,需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行分析判斷,受人為影響比較大。
�。�3）儀器受外界環(huán)境影響比較明顯例如大風(fēng)、溫度驟變、大霧和雷雨天氣等。
�。�4）監(jiān)控有一定的延時(shí)性,我們對測得的參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算機(jī)輸入需要時(shí)間,再將其計(jì)算結(jié)果運(yùn)用于施工監(jiān)控又需要時(shí)間,這其中參數(shù)可能發(fā)生大的變化,需要進(jìn)行復(fù)核,這就浪費(fèi)了大量的人力物力。
�。�5）由于需要人工進(jìn)行操作,對于大橋的監(jiān)控很難做到時(shí)時(shí)進(jìn)行,這可能錯(cuò)過對危險(xiǎn)應(yīng)力的監(jiān)控,以致危害橋梁的情況出現(xiàn)。
三、對懸索橋施工控制改進(jìn)的幾點(diǎn)意見
1、橋塔監(jiān)測方法的改進(jìn)
對于一個(gè)大型橋梁系統(tǒng),參數(shù)識別是非常重要的一步。減少人為失誤對于參數(shù)的影響主要是通過減少人對于數(shù)據(jù)的處理工作量,主要考慮的步驟是盡量使用自動化儀器。橋塔的標(biāo)高是懸索橋施工控制的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),因其高度大、剛度小,受溫度和風(fēng)的影響比較顯著,監(jiān)測難度很大,與實(shí)際對橋塔放樣的高要求形成鮮明對比,作者通過日本南備贊大橋施工錄像的啟迪,建議考慮使用激光照射儀器來替代現(xiàn)在的觀測儀器。激光的好處是發(fā)散小,受外界影響較小,用于觀測其精度是完全滿足的,同時(shí)不用長期占用全站儀,省去了一些中間過程。具體實(shí)施是將激光照射儀器固定在不受大風(fēng)和日曬并能觀測到橋塔的位置,根據(jù)理論計(jì)算值調(diào)整激光照射儀器角度,使其對照橋塔頂部的設(shè)計(jì)位置,并可以用全站儀進(jìn)行校正。與此同時(shí),在橋塔根部安裝一個(gè)激光照射儀器對照橋塔頂部,用于校準(zhǔn)橋塔頂部偏位。橋塔溫度與應(yīng)力的觀測可借助預(yù)埋在橋塔混凝土內(nèi)部的傳感儀器來進(jìn)行監(jiān)測。將應(yīng)力監(jiān)測儀器預(yù)先捆綁在橋塔內(nèi)部鋼筋上,其導(dǎo)線引到橋塔外部;將溫度測定儀器在混凝土澆筑時(shí)埋入橋塔內(nèi),同樣將導(dǎo)線引到橋塔外部。把引出的導(dǎo)線分類按編號引入接收器,輸入計(jì)算機(jī)以供處理分析。
2、大橋主纜監(jiān)測方法的改進(jìn)
同理,對于主纜的觀測也可采用相似的方法以盡量減少誤差。主纜在架設(shè)時(shí)對溫度變化和大風(fēng)天氣比較敏感,對于主纜的觀測同樣是一件難題,無論用什么樣的觀測網(wǎng),由于觀測的物體很難處于靜止?fàn)顟B(tài),觀測誤差是很難克服的。選擇無風(fēng)的夜晚是一個(gè)好的解決辦法,但夜間施工所用照明對溫度參數(shù)會有一定影響,這需要在數(shù)據(jù)分析中加以考慮:但個(gè)人認(rèn)為選擇陰天或是在一天中溫度穩(wěn)定的時(shí)段架設(shè)調(diào)整主纜能更好的減少架設(shè)測量誤差。如果根據(jù)溫度自動調(diào)整觀測儀器,使儀器自動對準(zhǔn)理論主纜位置,給施工技術(shù)人員直接的提示,可以使施工控制更加直觀一般情況考慮將照射儀器架在地面不受風(fēng)吹雨淋和日照的地方將主纜各點(diǎn)的溫度傳感儀傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析,求出各跨固定樁號點(diǎn)主纜高程,自動調(diào)整照射儀器使其對準(zhǔn)理論主纜高程,通過兩臺照射儀器同時(shí)照準(zhǔn)同一點(diǎn)以確定主纜有無偏離中心位置,通過自動照準(zhǔn)儀器可以將主纜監(jiān)測變得簡單可行。
對于跨徑較大的懸索橋主纜監(jiān)測,可以根據(jù)情況使用GPS監(jiān)測系統(tǒng)。由于GPS是收衛(wèi)星定位,各個(gè)測點(diǎn)間是完全同步的,由對稱測點(diǎn)可得出轉(zhuǎn)角來,這是常規(guī)測量方法難以實(shí)現(xiàn)的;利用GPS測定位移自動化程度高:從接收信號,捕捉衛(wèi)星,到完成RTK(RealTimeKinematic)差分都可由儀器自動完成,所測三維坐標(biāo)可直接存入監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行大橋施工控制分析:GPS定位平面精度為10mm,高程精度為20mm。GPSRTK差分系統(tǒng)是由GPS基準(zhǔn)站、GPS監(jiān)測站和通信系統(tǒng)組成�；鶞�(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星差分信息經(jīng)過光纖實(shí)時(shí)傳遞到監(jiān)測站。監(jiān)測站接收衛(wèi)星信號及GPS基準(zhǔn)站信息,進(jìn)行實(shí)時(shí)差分后可實(shí)時(shí)測得站點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。此結(jié)果將送到GPS監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對接收機(jī)的GPS差分信號結(jié)果進(jìn)行橋梁主纜位移d、轉(zhuǎn)角A計(jì)算,提供大橋施工控制方進(jìn)行分析。
3、遠(yuǎn)程快速監(jiān)控的實(shí)施
應(yīng)力監(jiān)測和位移監(jiān)測等得到的數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理,以便施工控制人員在最短的時(shí)間作出反應(yīng)。目前由于種種限制,施工控制人員一般將監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)抄回進(jìn)行濾波分析,再用計(jì)算機(jī)處理,處理完畢再將監(jiān)控結(jié)果返回施工現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)施工。這樣做的結(jié)果是不能及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控和處理,還可能在中間環(huán)節(jié)遺失原始數(shù)據(jù)。早在以前就有攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控,但在內(nèi)力與位移進(jìn)行定量監(jiān)控時(shí)還有很大的不足,目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)達(dá),可以借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。對已有的各種懸索橋施工控制進(jìn)行分析,找出在這些懸索橋施工控制中各種參數(shù)的相關(guān)性和敏感性(對參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,找出其中的獨(dú)立參數(shù),并確定各參數(shù)的相互關(guān)聯(lián)情況,根據(jù)所需控制的各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度,對各參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,找出影響重要控制指標(biāo)最有效的參數(shù)),對它們進(jìn)行標(biāo)示。確定被估計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)狀態(tài)測量值的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)最優(yōu)估計(jì)原理,確定最佳估計(jì)方程,然后估計(jì)出真實(shí)的結(jié)構(gòu)控制參數(shù)。對于已經(jīng)處理好的參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,將其傳輸?shù)绞┕た刂朴?jì)算機(jī)上,進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力和位移分析,及時(shí)調(diào)整預(yù)測量,對比觀測量與理想設(shè)計(jì)狀態(tài),預(yù)測下一步施工是否安全和滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到施工控制的目的。
【結(jié)束語】
懸索橋的施工控制發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大的成果,對于大跨徑橋梁的發(fā)展有著不可忽視的貢獻(xiàn)。同時(shí),隨著懸索橋跨徑的增大和新形式的不斷涌現(xiàn),對施工控制又不斷提出新的要求,需要懸索橋的施工控制不斷發(fā)展�！ �
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