摘要：文章對(duì)鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控的目的和意義、指導(dǎo)原則、內(nèi)容與方法等方面進(jìn)行了總結(jié)分析，還分析了施工控制中造成控制誤差的主要因素，最后針對(duì)性地提出了相應(yīng)處理方法。
　　關(guān)鍵詞：鋼管混凝土系桿拱橋；施工監(jiān)控；理論研究
　　鋼管混凝土(，簡(jiǎn)稱)構(gòu)件是指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件。鋼管混凝土拱橋一般具有軸壓承載力高、塑性和韌性好、施工方便、耐火性能較好、經(jīng)濟(jì)效果好等特點(diǎn)，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的橋型之一。
　　作為一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土拱橋在我國(guó)仍處于發(fā)展階段，目前尚無(wú)專門的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范。隨著跨徑的不斷增大，結(jié)構(gòu)體系愈來(lái)愈復(fù)雜，施工難度越來(lái)越大，在建設(shè)過(guò)程中逐漸暴露出一些問(wèn)題。為了保證鋼管混凝土拱橋這一新型橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠的使用，在其施工階段有必要對(duì)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)控。將有利于為施工質(zhì)量及安全提供保障，同時(shí)也為橋梁運(yùn)營(yíng)階段健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)管理積累寶貴資料。
　　1鋼管混凝土拱橋施工
　　鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越、跨越能力大、結(jié)構(gòu)體系靈活，既可做成有推力拱，也可做成無(wú)推力的系桿拱，并能較好地適應(yīng)不同地質(zhì)與地形，且外形優(yōu)美[1]。因施工方法的不同，橋梁各階段內(nèi)力變化情況亦不盡相同。在大橋建設(shè)過(guò)程中需根據(jù)工程實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ā?br /> 　　
　　                          
　　
　　　　
　                                                               　圖1鋼管混凝土拱橋主要施工方法簡(jiǎn)圖
　　鋼管混凝土拱橋的整個(gè)施工過(guò)程大致可劃分為四個(gè)階段:第一階段是鋼管拱肋制作；第二階段是架設(shè)空鋼管拱段形成裸拱(即骨架)；第三階段是向空鋼管拱內(nèi)灌注混凝土形成鋼管混凝土拱；第四階段是橋道系的安裝施工。鋼管拱肋的架設(shè)可以根據(jù)不同的施工條件采用不同的施工方法，主要有支架施工法、纜索吊裝法、平轉(zhuǎn)法、豎轉(zhuǎn)法，或幾種方法綜合應(yīng)用(如少支架施工、平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)結(jié)合等)如圖1所示。
　　2施工監(jiān)控目的及意義
　　橋梁施工監(jiān)控的目的是使成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形處于有效的控制之內(nèi)，并最大限度的符合設(shè)計(jì)理想狀態(tài)，確保施工質(zhì)量和安全性。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)收集控制參數(shù)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果的比較分析、誤差調(diào)整，預(yù)測(cè)后續(xù)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進(jìn)而提出后續(xù)施工過(guò)程應(yīng)采取的技術(shù)措施[6]。
　　3鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控原則及要求
　　3.1施工監(jiān)控原則
　　根據(jù)鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其施工控制應(yīng)遵循以下控制原則:在拱肋穩(wěn)定性滿足要求的前提下，對(duì)變形、應(yīng)力進(jìn)行雙控。其中，以變形控制為主，嚴(yán)格控制各個(gè)控制截面的撓度和拱軸線的偏移，同時(shí)兼顧應(yīng)力發(fā)展情況。
　　3.2施工監(jiān)控的基本要求
　　施工控制的基本要求是確保施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，保證橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)，成橋狀態(tài)(包括成橋線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力)符合設(shè)計(jì)要求。施工控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:(l)控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好的適應(yīng)性，對(duì)于施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種情況，能夠正確、及時(shí)處理；(2)控制項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇確定（如索力、扣點(diǎn)標(biāo)高、拱肋應(yīng)力等）；(3)施工過(guò)程中，對(duì)索力或軸線位置的控制都應(yīng)有一定的寬容度，以適應(yīng)實(shí)際需要；(4)施工控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)制定出最佳的索力調(diào)整方案，調(diào)整次數(shù)應(yīng)盡量少。
　　4鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控內(nèi)容
　　橋梁施工控制主要包括三個(gè)方面內(nèi)容，即結(jié)構(gòu)的幾何(變形)控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制。大跨度鋼管混凝土拱橋的施工控制是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，即施工→量測(cè)→識(shí)別→修正→預(yù)告→施工的。該體系結(jié)構(gòu)總框圖如圖2。
　　
　　                        
　　
　                               　　
　　
　　
　　
　　圖2鋼管混凝土拱橋的施工控制流程圖
　　圖2中的施工控制流程圖包含三個(gè)系統(tǒng):虛線內(nèi)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、點(diǎn)劃線內(nèi)為解析系統(tǒng)、其余的則為實(shí)時(shí)控制分析系統(tǒng)。施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是大跨度橋梁施工控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，各種橋梁施工控制中都必須根據(jù)實(shí)際施工情況與控制目標(biāo)建立完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在排除環(huán)境影響的條件下，可跟蹤施工過(guò)程并獲取結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)監(jiān)測(cè)、幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)。圖3為施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。
　　                 
　　
　　
　　
　　                                                  圖3鋼管混凝土施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖
　　5鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控的基本方法
　　橋梁施工監(jiān)控的主要任務(wù)是橋梁施工過(guò)程的安全及結(jié)構(gòu)線形、內(nèi)力狀態(tài)控制。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、施工特點(diǎn)及具體控制內(nèi)容的不同，其施工控制方法也不盡相同。總的來(lái)講，橋梁施工控制可分為開(kāi)環(huán)控制法、閉環(huán)反饋控制法、自適應(yīng)控制法、綜合方法。
　　5.1開(kāi)環(huán)控制法
　　對(duì)于較簡(jiǎn)單橋型施工，一般按照設(shè)計(jì)中估計(jì)的狀態(tài)變量施工，完工后的結(jié)構(gòu)基本上能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所需的線型和內(nèi)力要求，此類即是開(kāi)環(huán)施工過(guò)程。施工過(guò)程中控制是單向的，不需要結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來(lái)改變施工中的狀態(tài)變量。當(dāng)結(jié)構(gòu)的安裝誤差影響不大時(shí)，開(kāi)環(huán)控制方法較為可行。通常應(yīng)用于大中小橋梁中。
　　5.2閉環(huán)反饋控制
　　對(duì)于較復(fù)雜的橋型，實(shí)際施工狀態(tài)和計(jì)算狀態(tài)之間存在差異，且在每個(gè)施工階段的積累誤差不可忽略。在出現(xiàn)誤差之后須及時(shí)糾正，糾正的措施和控制量的大小必須由誤差反饋計(jì)算決定，從而形成了閉環(huán)反饋控制過(guò)程。
　　5.3自適應(yīng)控制法
　　對(duì)于鋼管混凝土拱橋進(jìn)行施工控制，通常采用自適應(yīng)控制法。這種方法是在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，消除由模型誤差和測(cè)量噪聲所引起的結(jié)構(gòu)狀態(tài)誤差，然后加上系統(tǒng)參數(shù)（如截面幾何特性、材料密度、彈性模量、混凝土收縮徐變）等識(shí)別過(guò)程系統(tǒng)。即施工→量測(cè)→參數(shù)識(shí)別→分析→修正→預(yù)測(cè)→施工的循環(huán)過(guò)程。最后比較測(cè)量的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果，依據(jù)兩者的誤差進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使得模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果相一致，再利用修正的計(jì)算模型參數(shù)，重新計(jì)算各施工階段理想狀態(tài)，按反饋控制方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析和判斷，并對(duì)誤差原因進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)識(shí)別后，計(jì)算模型基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致，在此基礎(chǔ)上可對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行較好的控制。
　　5.4綜合方法
　　除了上述三種控制方法之外，還有其他一些控制方法，如最優(yōu)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)控制等。隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式、施工特點(diǎn)及具體施工方法的不同，其施工控制的方法也不同。一般而言，對(duì)于大跨度橋梁均需采用多種方法同時(shí)進(jìn)行施工控制，即采用綜合方法。
　　6鋼管混凝土拱橋施工控制影響因素
　　對(duì)于鋼管混凝土拱橋來(lái)說(shuō)，影響施工控制的因素涉及范圍極其廣泛，包括設(shè)計(jì)參數(shù)誤差、施工工藝誤差、施工監(jiān)測(cè)誤差、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型誤差、施工管理等。
　　6.1設(shè)計(jì)參數(shù)誤差
　　設(shè)計(jì)參數(shù)誤差，即在進(jìn)行橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析時(shí)所采用的理想設(shè)計(jì)參數(shù)值與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)所具有的相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)值的偏差。對(duì)于鋼管混凝土拱橋，設(shè)計(jì)參數(shù)誤差主要包括以下幾個(gè)方面:（1）結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)誤差、（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸誤差、（3）材料特性參數(shù)誤差、（4）與時(shí)間相關(guān)的參數(shù)誤差、（5）荷載參數(shù)誤差。
　　6.2施工工藝誤差
　　鋼管混凝土拱橋施工主要包括空鋼管拱肋的安裝、弦桿內(nèi)混凝土澆注以及橋道系安裝三個(gè)主要階段。主要存在以下施工誤差:拱肋的制作誤差、拱肋線形的安裝誤差、管內(nèi)灌注混凝土的密實(shí)度誤差、混凝土配合比誤差、橋道系預(yù)制構(gòu)件制作誤差及橋道系線形施工誤差。
　　6.3施工監(jiān)測(cè)誤差
　　由于測(cè)量?jī)x器、儀器安裝、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等情況引起的誤差，稱為施工監(jiān)測(cè)誤差。該誤差一方面可能造成結(jié)構(gòu)實(shí)際參數(shù)、狀態(tài)與設(shè)計(jì)或控制值吻合較好的假象，也可能造成將本來(lái)較好的狀態(tài)調(diào)整得更差的情況。因此，保證測(cè)量的可靠性對(duì)于施工控制極為重要。
　　6.4結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型誤差
　　在結(jié)構(gòu)分析中需對(duì)實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立計(jì)算模型簡(jiǎn)化。這種簡(jiǎn)化使得計(jì)算機(jī)模型與實(shí)際情況之間存在誤差，包括各種假定、邊界條件處理、模型化的本身精度等。控制中，必要時(shí)需要對(duì)簡(jiǎn)化進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究，以使建模誤差所產(chǎn)生的影響減到最低限度。
　　6.5施工管理質(zhì)量
　　橋梁施工控制的對(duì)象就是橋梁施工本身，施工管理的好壞直接影響到橋梁施工質(zhì)量、進(jìn)度等。特別是施工進(jìn)度一旦不按計(jì)劃進(jìn)行，必然給施工控制帶來(lái)一定的難度。
　　6.6降低誤差的方法
　　通過(guò)對(duì)誤差原因的分析，降低誤差可從以下幾個(gè)方面著手:(l)仿真計(jì)算與施工實(shí)施相互靠近；(2)計(jì)算參數(shù)的取值接近實(shí)際；(3)減小環(huán)境影響，應(yīng)以年平均溫度為準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，避免強(qiáng)日照及風(fēng)大時(shí)測(cè)量；(4)嚴(yán)格施工管理，測(cè)量精心操作；(5)優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，對(duì)于空間析架拱橋應(yīng)采用三維模型，考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性及材料非線性。
　　7結(jié)語(yǔ)
　　文章簡(jiǎn)單總結(jié)了橋梁施工監(jiān)控的發(fā)展概況，列舉了橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工控制的原則、內(nèi)容與方法，并詳細(xì)分析了鋼管混凝土拱橋施工控制中造成施工控制誤差的因素，最后提出了應(yīng)對(duì)方法。對(duì)于鋼管混凝土拱橋施工質(zhì)量監(jiān)控具有一定指導(dǎo)意義。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]邵旭東.橋梁工程.北京：人民交通出版社，2004.
　　[2]姚玲森.橋梁工程.北京：人民交通出版社，1985.
　　[3]蔡紹懷.論鋼筋混凝土在拱橋工程中的應(yīng)用.中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第五屆年會(huì)暨第二次全國(guó)城市橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.天津:天津大學(xué)出版社，1999.
　　[4]陳寶春.橋梁建設(shè).鋼管混凝土拱橋發(fā)展綜述.1997(2).
　　[5]陳寶春.鋼管混凝土拱橋?qū)嵗��?一).北京:人民交通出版社，2002.
　　[6]劉浩.大跨徑鋼管混凝土拱橋力學(xué)行為分析與監(jiān)側(cè).重慶:重慶交通學(xué)院，2001.