【摘要】大跨徑橋梁施工控制已經越來越受到橋梁建設者的重視，但是隨著橋梁跨度的增大，控制中的問題越來越多，難度也越來越大，針對不同的橋型選擇合理的控制思路，是控制成功的關鍵，本文作者在幾種橋型控制實踐的基礎上，對橋梁施工控制的對策進行分析比較，以期尋求橋梁施工控制最合理的方法。
關鍵詞 斜拉橋 施工 施工控制
隨著大跨度橋梁建造數量的不斷增加，橋梁架設過程中的線形及應力狀態控制工作越來越顯重要，在大跨度橋梁架設過程中，一般均需對線形及應力狀態進行專門的分析研究。但是，施工過程的控制工作仍然是大跨度橋梁建設中的一個薄弱環節，目前在已完成的橋梁中，不少就出現的線形不好、內力狀態不合理的問題。大跨度橋梁施工是一系列復雜的體系轉換過程，不同橋型有不同的特點，針對它們的特點采用不同的對策是控制成功的關鍵，本文作者根據自己的工程實踐，對斜拉橋、大跨度連續梁、組合拱橋的控制對策進行了比較分析。
一、橋梁施工控制的目標
橋梁施工控制的目標可以分為兩個部分：成橋狀態總目標和施工過程中的分目標，各個目標必須包括應力狀態和線形狀態。
成橋時合理應力狀態確定的方法在斜拉橋和拱橋設計中已經有了大量的研究；由于橋梁跨度的增大，混凝土收縮、徐變對橋梁線形的影響不可忽視，線形控制目標必須是橋梁長期線形達到設計豎曲線，在橋梁竣工時應保證足夠的徐變預拱度。
從成橋合理狀態確定施工階段控制目標的理論方法主要有：倒拆法、無應力法等。隨著橋梁跨徑的增大，主梁相對剛度逐漸減小，再加上前支點長掛籃的使用，節段重量較大，如果完全追求按成橋狀態來反推施工的控制目標，可能導致施工階段梁體應力過大，施工中應力控制在允許范圍內的要求與成橋狀態的理想內力狀態發生矛盾，這時就必須將施工階段的控制目標與成橋狀態目標分開考慮，在全橋合龍后進行一次調索，實現兩個目標之間的轉換。
理論上這些方法可以用于確定施工階段的內力及標高狀態，由于徐變、幾何非線性、構造問題（實際結構不可能安裝帶有初應力的構件）等因素，它們只能用于初步確定施工階段的內力狀態，不能用于確定施工階段的標高。施工標高控制過程是一個復雜的預拱度控制過程，施工階段的標高狀態必須根據施工模擬計算所得的撓度反向確定。
二、施工控制方法分類
橋梁施工控制方法經歷了從簡單到復雜的過程，從控制思路上可以分為三種形式：開環控制，反饋控制和自適應控制。
1．開環控制
對于較簡單橋型施工，一般按設計中估計的預拱度施工，施工完成后的結構就基本上能達到設計所要求的線型和內力。這就是一個開環的施工控制過程，因為施工過程中控制是單向的，并不需要根據結構的反應來改變施工中的預拱度。在各部件的制造和安裝精度很高，或者結構安裝誤差影響不大時，這種方法是可行的、方便的，大部分中小橋采用的都是這種方法。
2．反饋控制
實際上施工狀態和計算狀態之間存在誤差，隨著橋梁跨度的增大，積累誤差將不可忽略，以致到施工結束時結構的線型和內力遠遠地偏離了理想的成橋狀態。在出現誤差之后就必須即時地糾正，而糾正的措施和控制量的大小是由誤差經反饋計算所決定的，這就形成了一個閉環反饋控制過程。
3．自適應控制
反饋控制方法將注意力集中在實際結構上。但是，每個工況達不到設計時所確定的施工階段目標的重要原因是有限元計算模型中計算參數的取值，與實際情況有一定的差距。即使在某一工況，以前的累計誤差已經被調整掉，由于計算模型中參數差距的存在，以后的施工中仍然會出現新的誤差，因此又需要新一輪的狀態調整，這樣將大大增加施工的工序。要控制誤差的產生，必須分析誤差產生的原因--結構計算參數取值與實際結構的差距，正確估計參數的實際值。
參數估計是根據施工中實測到的結構反應修與計算預報值的比較來實現的。經過幾個階段的施工，與實際結構磨合一段時間的，計算模型就適應了實際結構的物理力學規律。在閉環反饋控制的基礎上，再加上一個系統辯識過程，整個控制系統就成為自適應控制系統。
當結構測量到的受力狀態與模型計算結果不相符時，把誤差輸入到參數辨識算法中去調節計算模型的參數，使模型的輸出結果與實際測量到的結果相一致。得到修正的計算模型參數后，重新計算各施工階段的理想狀態，按上節所述的反饋控制方法對結構進行控制。這樣，經過幾個工況的反復辨識后，計算模型就基本上與實際結構相一致了，在此基礎上可以對施工狀態進行更好的控制。圖1為自適應施工控制系統的控制原理圖。
上述自適應控制思路特別適用于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的方法施工橋梁。主梁在塔根部的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數不準確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，經過幾個節段的施工后，計算參數已得到修正，為跨中變形較大的節段的控制創造了良好的條件。
三、不同橋型控制對策比較
雖然橋梁施工控制的方法大致可分為上述三種類型，但是，具體橋型的控制有不同的特點，應采取不同的對策。
1．懸臂澆筑混凝土斜拉橋
懸臂澆筑混凝土斜拉橋是我國最常見的斜拉橋形式。成橋后的理想受力狀態通常由剛性支承連續梁法、優化方法和內力平衡法確定。施工中的控制目標常用倒拆法、考慮非線性因素的倒拆法、倒拆正裝交替迭代法以及無應力狀態法等得到。
懸澆混凝土斜拉橋施工的主要特點是：①結構參數的準確性較差，而且要等到節段施工完成后才能確定；②主梁的剛度較大，節段的局部變形很小；③素力調整對局部線形的調整作用很小，調整范圍受到混凝土應力的限制；④掛籃剛度對局部變形有較大影響；⑤未施工節段的立模標高可以任意確定，與已澆筑梁段無關。
上述自適應控制方法是懸澆混凝土斜拉橋控制的理想方法。根據上述特點應采取下列對策：
（1）對于已建成梁段的線形誤差在一定程度上可以通過斜拉索索力的調整來糾正，但是，由于主梁剛度較大，不可能通過索力調整糾正所有誤差。殘斜的誤差可以通過下一節段的立模標高來調整。
（2）及時識別誤差產生的原因，估計計算程序參數的實際值，主要是混凝土的彈性模量,材料的比重、徐變系數等，重新計算施工階段索力及相應的標高目標值，避免出現新的誤差。
（3）由于立模標高可以隨時滿整，索力值應該作為控制的依據，某節段標高只要控制在允許范圍之內即可認為滿足要求。如果索力到達設計值時標高同時達到預計值，說明計算模型與實際結構是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對參數進行重新估計。
（4）掛籃剛度只影響正在澆筑的梁段標高，但由此引起的誤差將永遠存在于主梁線形中，因此必須充分估計準確。
2．懸臂拼裝混凝土斜拉橋
懸臂拼裝混凝土斜拉橋與懸臂澆筑混凝土斜拉橋控制目標的確定基本相同，現場控制階段的不同之處是：①主梁每個節段的定位標高受到預制線形的限制，只能通過接縫間的契塊調節，余地很小；②全部節段的重量在拼裝前可以預先獲得；③沒有掛籃變形的影響。上述自適應控制方法仍然是比較理想的方法，其控制的對策為：
（l）由于定位標高可調余地較小，拼裝階段的線形應該作為控制的主要依據，如果標高到達設計值時索力同時達到預計值，說明計算模型與實際結構是吻合的，否則，說明兩者之間存在差異，必須對參數進行重新估計。
（2）參數估計的對象對主要是主梁的剛度及徐變系數，在估計后重新確定每階段的張拉索力。
（3）由于沒有掛籃剛度及節段重量誤差，每節段吊裝完成時，標高誤差較小，可以通過索力調整來糾正。
3．結合梁或鋼斜拉橋
結合梁斜拉橋施工階段的特點是：①主梁的線形在鋼梁預拼裝階段已經完全確定，現場拼裝時節段之間相對位置幾乎沒有調整的余地；②全部節段的重量在拼裝前可以預先獲得；③拼裝階段鋼梁剛度很小，索力及荷載對標高的影響非常明顯；④鋼梁的抗拉、抗壓能力均較強。其控制的對策為：
（1）在確定施工控制目標時，應充分利用鋼梁的抗彎能力使混凝土橋面極承擔較大壓應力。
（2）由于梁段間相對位置不能調整，某一梁段的誤差除影響本節段外，誤差的趨勢還將影響以后的梁段，因此，拼裝階段的線形是控制的主要目標，必須在下一節段拼裝前通過斜拉索索力的調整來糾正已建成梁段的線形誤差，而將索力控制在一定誤差范圍內。
（3）參數估計的對象對主要是主梁的剛度，特別是已安裝好橋面板但尚未形成結合梁的梁段，此時的剛度實際上是處于裸鋼梁與結合梁之間，需要通過參數估計算法來估計。
（4）在參數估計后應重新確定每階段的張拉索力，如果不進行修正，則在以后每個階段施工完成時索力與標高均不能同時達到控制目標，從而每次均需要標高調整，這將大大增加施工調索工作量。
（5）由于線形主要靠索力調整來保證，但是索力調整必須在梁體強度允許的范圍之內，因此，必須分析索力誤差對主梁在各施工階段應力的影響，確保施工應力控制在允許范圍之內。
4．懸臂施工混凝土連續梁橋
大跨徑連續梁線形控制與斜拉橋施工控制有相同之處，也有不同之處。
首先，兩者的控制目標不完全相同。混凝土連續梁橋由于在懸臂施工階段是靜定結構，合龍過程中如不施加額外的壓重，成橋后內力狀態一般不會偏離設計值很多，因此連續梁橋施工控制的主要目標是控制主梁的線形。
其次，兩者實施控制的手段不相同。對于混凝土連續梁橋，已施工梁段上出現誤差時，只能通過張拉預備預應力束調整，而這一調整量是非常有限的，因此，一旦出現線形誤差，誤差將永遠存在，只能通過立模標高消除已施工梁段的殘余誤差，有時調整需經過幾個梁段才能完成。
因此，懸臂澆筑連續梁橋施工中標高控制的特點是，已完成梁段的誤差無法調整，而未完成梁段的立模標高只與正裝模擬計算有關，與已完成梁段的誤差基本無關。根據這一特點連續梁控制對策為：
（1）在進行施工模擬計算時必須充分考慮各種施工因素，特別要正確計算主梁的軸線坐標，同時計算中要計入豎曲線的影響。
（2）由于沒有高效的調整措施，必須合理制定施工步驟，使每個步驟的變形量減小，這樣即使某個施工步驟產生誤差，該誤差在總體變形中所占比例就較小。
（3）在圖1自適應施工控制原理圖中的下半環，即控制量反饋計算，在連續梁施工控制中一般不起作用。上半環，即參數估計就顯得尤為重要，只有與實際施工過程相吻合的計算模型計算出的預報標高才是可實現的，施工結果的誤差才能減小。
5．組合拱橋的控制
相當多的組合拱橋采用預架設鋼勁性骨架的方法進行施工，首先勁性骨架吊裝組拼，灌筑各鋼管混凝土、分層現澆混凝土，張拉預應力、安裝橋面系等。在施工過程中循環性的工序相當少，且對已施工結構進行調整的措施不多，這就意味著反饋控制和自適應控制方法無法應用，只能采用開環控制，即在設計階段必須制定完整的施工步驟，現場嚴格按施工步驟執行。
因此，施工前對施工過程的充分預計是施工控制成功的關鍵。為了最大可能地使成橋狀態接近設計的理想狀態，在設計階段應該對各種施工誤差對成橋結果的影響進行分析，制定合適的施工精度要求。
表1列出了上述以上各種橋型控制對策的比較。
四、結語
自適應控制是目前橋梁施工控制較理想的方法，但是對于不同的橋型，在具體實施中應采取不同的對策，對計算模型的參數進行正確估計是實現成功控制的基礎，施工誤差對控制結果的影響分析是制定允許施工誤差的關鍵。
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