淺析橋梁施工及運營中的監測與控制

李群紅（駐馬店市宇暢路橋養護工程有限公司，河南駐馬店　463000）

淺析橋梁施工及運營中的監測與控制

李群紅
（駐馬店市宇暢路橋養護工程有限公司，河南駐馬店463000）

隨著社會經濟的不斷發展，現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指標，直接關系到國家和人民群眾的生命財產安全，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、運營管理階段的監測和控制方法和手段，就顯得尤為重要，下面筆者就淺談一下橋梁在施工、運營當中的監測與控制的方法及手段。

橋梁施工運營監測控制

1　橋梁監測

橋梁監測是通過對橋梁結構狀態的監控與評估，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預警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據和指導。監測系統對以下幾個方面進行監控：橋梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學狀態；橋梁重要非結構構件（如支座）和附屬設施（如振動控制元件）的工作狀態；結構構件耐久性；橋梁所處環境條件等。

1.1監測范圍

（1）敏感部位監測。一般只在橋梁內力、應變、位移變化和裂紋產生對橋梁影響至關重要的（敏感）部位進行監測。（2）總體監測。特大橋梁構造復雜，難以做到地毯式人工監測。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，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，再由配備檢測設備的專業人員到可能異常部位檢測。

1.2監測方式

（1）人工監測：配備簡單的儀器，用人工作地毯式監測，用模糊分級描述橋梁狀況，一般可作為定期監測、突發性事件后的特別監測。（2）自動檢測：用固定在橋梁上的專用設備，實際地監測橋梁的工作參數，由專用設備和軟件對工作參數進行識別加工，得到能反映橋梁工作狀態的狀態信息。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測，這種方法自動化程度高，是當前研究熱點與發展方向；但是難度大，目前使用尚少。（3）聯合監測：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，配合人工監測，是一個比較可行的方案。

1.3監測的狀態

（1）靜態：監測橋梁結構的靜態幾何和力學參數，用以分析橋梁結構的工作狀態。靜態監測比較困難，一般都是加載檢測。但是靜態參數比較直觀地反映了橋梁的工作狀態。（2）動態：監測橋梁結構的動態幾何和力學參數，用以分析橋梁結構的工作狀態。動態監測適用于運營監測。

1.4常規監測的工作參數及橋梁監測系統與手段

（1）常規監測的工作參數；位移，包括絕對位移和相對位移，靜位移和動位移；變形，如靜態撓度、靜態應變等；力，如索的張拉力；動力參數，如速度、加速度、可轉換成頻率、振動，再轉換成張力、位移；外觀和完整率，如氣蝕、磨損、裂縫、剝落；物理化學現象，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；環境，如風速（向）、空氣（或橋體）溫度、地震、交通量（和荷載）。（2）橋梁監測系統與手段；橋梁監測系統由傳感器（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）、信號調理模塊、傳輸模塊、數據采集系統、健康監測模型、預警模塊等組成。主要儀器包括位移（量程）計、傾斜儀、（高程、方位、距離）測量設備、GPS、數字成像機；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、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、當地的地震觀測數據、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變化，經過信號調整后，通過傳輸模塊傳輸回總控制監測室，總控中心有大型的數據采集系統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下使用而導致垮塌等引起的財產損失。

2　橋梁施工控制

橋梁施工控制技術，就是把現代控制理論應用在橋梁施工工程中，確保施工過程中，橋梁結構的內力、變形一直處于允許的安全范圍內，確保最終的實際橋梁變形和內力符合設計理想的變形控制、應力控制、穩定控制的綜合體現。

2.1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，當已成結構狀態與設計要求不符時，可通過一定手段對其進行調整，使之達到要求，這種方法現在已應用不多。（2）預測控制法是在考慮施工方案和影響橋梁狀態的諸多因素而確定橋梁的應變和應力的理想狀態后邊（稱控制理想狀態），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生誤差（這些誤差值由監測測試系統反饋后），在調試系統中進行修正，再給定下一步的數據，對結構的每一個施工階段形成的前后的狀態進行預測，使施工實際沿著預定的理想狀態進行的控制方法。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識別修正法，是指在控制開始時，控制系統的某些設計參數與實際情況不完全相符，系統不能按設計要求得到符合實際的輸出結果，但是在系統的運行過程中，通過系統識別或參數估算，不斷修正參數，使設計輸出與實際輸出相符，從而得到控制。這種方法是應用現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力的實測值與預計值（設計值）產生偏差的原因，從而對參數進行修正，達到雙控目的。（4）最大寬容度控制法是是誤差的容許值法，即在設計時給予主梁標高和內力最大的寬容度，這種方法減少了控制的難度。

2.2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構恒載內力及結構線形符合設計要求。由于橋梁結構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，而不顧拉索索力的偏差。施工中應根據結構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，然后根據標高的實測情況，對索力作適當的調整。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整（懸臂澆筑方法）或預制塊件接縫轉角的調整（懸臂澆筑方法）來加以實現的。（2）懸索橋的主要承重結構是主索，主索在施工中又是懸索吊裝的主要承重結構，主索一經架好，它的長度和線形調整很小，為了確保懸索內力和線形符合設計要求，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，為了保證符合設計線形，吊桿的下料長度（無應力長度）將又是一個控制重點。為了使在無應力狀態下結構各部分的尺寸準確無誤，故要有一個符合結構實際的計算程序。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。（3）大跨度混凝土拱橋同樣按安全、線形和恒載內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、側板、頂板分次澆筑完成的組合截面，必然造成結構撓度和內力的重分布，為了確保拱肋應力和變形符合設計要求，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），骨架一經和龍，今后無法進行大的調整，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，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。（4）預應力混凝土連續梁或連續剛構相對斜拉橋而言，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，都是逐節段向前推進的，施工控制中常采用逐節段跟蹤控制的方法。

3　結語

綜上所述，不論是處于施工中的橋梁還是運營使用當中的橋梁，一定要控制好其安全性和其技術指標，并在橋梁施工階段、運營管理階段運用好監測和控制方法和手段，更好的為社會經濟發展做出貢獻。

［1］任君震.淺談城市道路工程的質量監理［J］.技術和市場，2011.

［2］楊寒莉.城市道路施工質量控制和主要質量的防治［J］.太原科技，2012.

李群紅（1978—），男，駐馬店人，畢業于武漢大學，工程師，目前主要從事公路、市政工程施工工作。