橋梁施工監(jiān)控的內容主要包括成橋理想狀態(tài)確定,理想施工狀態(tài)確定和施工適時控制分析。
成橋理想狀態(tài)是指在恒載作用下,結構達到設計線形和理想受力狀態(tài);
施工理想狀態(tài)以成橋理想狀態(tài)為初始條件,按實際施工相逆的步驟,逐步拆去每一個施工項對結構的影響,從而確定結構在施工各階段的狀態(tài)參數(軸線高程和應力),一般由倒退分析法確定;
施工適時控制是在施工時,根據施工理想狀態(tài),按一定的準則調整,通過對影響結構變形和內力主要設計參數的識別進行修正,使結構性能、內力達到目標狀態(tài)。
在建立了正確的模型和性能指標之后,就要依據設計參數和控制參數,結合橋梁結構的結構狀態(tài)、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等,輸入前進分析系統中,從前進分析系統中可獲得結構按施工階段進行的每階段的內力和撓度及最終成橋狀態(tài)的內力和撓度。
接著,假設成橋時為理想狀態(tài),對橋梁結構進行倒拆,利用前進分析所得的數據,可獲得使橋梁結構最終為理想狀態(tài)的各階段的預拋高值,得出各施工階段的立模標高以及砼澆筑前、砼澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的預計標高。
然后通過卡爾曼濾波器,預告出各階段的實際狀態(tài)值,再由最后的最優(yōu)控制,結合實際觀測疽,得出最優(yōu)調整方案,最終完成整個控制過程。
以上這三大系統均由計算機完成。
簡單介紹橋梁監(jiān)控中用到的前進分析、倒退分析和誤差分析。
(1) 前進分析
前進分析的目的在于確定成橋結構及各施工階段的受力狀態(tài)。這種計算的特點是:隨著施工階段的推進,結構形式、邊界約束、荷載形式在不斷改變,前期結構發(fā)生徐變和幾何位置的改變,因而,前一階段結構狀態(tài)將是本次施工階段結構分析的基礎。前進分析的計算可按有限元方法進行,目前,此類計算已有軟件提供。
(2) 倒退分析
前進分析系統可以嚴格按照設計好的施工步驟進行各階段內力分析,但由于分析中荷載的不斷變化以及結構節(jié)點的相互影響,使最終結構軸線不可能達到設計軸線。因此,采用倒退分析在施工過程中設置預拱度,使在成橋狀態(tài)時,結構線形滿足設計要求。
倒退分析的基本思想是,假定 時刻結構內力分布滿足前進分析 時刻的結果,線形滿足設計軸線。在此初始狀態(tài)下,按照前進分析的逆過程,對結構進行倒拆,分析每次卸除一個施工段對剩余結構的影響。在一個階段內分析得到的結構位移、內力便是理想施工狀態(tài)。
(3) 誤差分析
倒退分析得到的理想狀態(tài)是我們期望在施工中實現的目標,而實際施工中結構狀態(tài)總是由于設計參數、施工誤差、測量誤差、結構分析模型誤差等因素偏離目標。
為了能及時有效地將實測數據(體系本身的變化、撓度、應力、現場氣溫等)、調整參數信息、誤差信息反饋到實際施工控制中,指導現場施工作業(yè),可編制基于現代控制論中的隨機最優(yōu)控制理論和有限元法的的計算程序,建立現場計算機工作站(EWS),將實測結構控制參數輸入,得出有效調整量,獲得最優(yōu)調整方案,同時預告下階段結構狀態(tài)。
橋梁檢測就是對橋梁結構及部件的材料質量和工作性能方面所存在的缺損狀況進行詳細檢測、試驗、判斷和評價的過程,是對橋梁的專門檢驗,屬于短期橋梁診斷的范疇。
包含的項目內容大致上可分為如下兩個方面:
結構材料缺損狀況診斷,包括材料損壞程度檢測,材料物理、化學和力學性能測試及缺損原因的分析判斷等;
結構整體性能、功能狀況鑒定,包括結構承載能力(強度、剛度和穩(wěn)定性等)鑒定、橋梁抗洪能力的鑒定等根據實際情況對橋梁進行評估,通過對全橋結構進行檢查、檢測,了解橋梁的結構病害情況,評價橋梁結構當前的實際工作狀況;
通過橋梁的靜載和動載試驗檢測,檢驗該橋梁結構當前的實際承載能力及其結構工作性能,由此為該橋下一步的處置方案提供依據。
需要進行檢測的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因為舊橋資料比較匱乏,相對而言管理起來比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測工作,綜合起來主要有以下幾種因素:
(1)缺乏設計、施工資料的橋梁。
(2)施工質量較差,不符合設計要求的橋梁。
(3)橋梁竣工經過運營一段時間后發(fā)現較嚴重的病害,影響其承載能力。
(4)橋梁施工質量較好,運營情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。
(5)需要通過超過設計標準的特殊荷載車輛的橋梁。
還有一些橋梁是因為一些特殊原因而需要做檢測工作,比如為了取得一定的科研資料等等。
橋涵工程試驗檢測的內容隨橋涵所處位置、結構型式和所用材料不同而異,應根據所建橋涵的具體情況按有關標準規(guī)范選定試驗檢測項目,一般常規(guī)橋涵試驗檢測的主要內容包括:
1、施工準備階段的試驗檢測項目
① 橋位放樣測量;
② 鋼材原材料試驗;
③ 鋼結構連接性能試驗;
④ 預應力錨具、夾具和連接器實驗;
⑤ 水泥性能試驗;
⑥ 混凝土粗細集料試驗;
⑦ 混凝土配合比試驗;
⑧ 砌體材料性能試驗;
⑨ 臺后壓實標準試驗;
⑩ 其它成品、半成品試驗檢測;
2.施工過程中的試驗檢測
① 地基承載力試驗檢測;
② 基礎位置、尺寸和標高檢測;
③ 鋼筋位置尺寸和標高檢測;
④ 鋼筋加工檢測;
⑤ 混凝土強度抽樣試驗;
⑥ 砂漿強度抽樣試驗;
⑦ 樁基檢測;
⑧ 墩、臺位置、尺寸和標高檢測;
⑨ 上部結構(構件)位置、尺寸檢測;
⑩ 預制構件張拉、運輸和安裝強度控制試驗;
(11)預應力張拉控制檢測;
(12) 橋梁上部結構標高、變形、內力(應力)監(jiān)測;
(13)支架內力、變形和穩(wěn)定性監(jiān)測;
(14)鋼結構連接加工檢測
(15)鋼構件防護涂裝檢測。
3.施工完成后的試驗檢測
①橋梁總體檢測;
②橋梁荷載試驗;
③橋梁使用性能監(jiān)測
根據綜合分析的結果,得出最后的技術結論,對試驗結構做出科學的評價,同時根據存在的問題,提出改進設計或者加強維修養(yǎng)護方面的建議。
橋梁監(jiān)測:在施工階段在重要橋梁上安裝永久性的實時結構整體與安全性報警設備,以確保橋梁安全運營、延長橋梁使用壽命,通過早期橋梁病害的發(fā)現能大大節(jié)約橋梁的維修費用,可以避免最終頻繁大修關閉交通所引起的重大損失.
工程結構一般會受到兩種損傷——突發(fā)性損傷和累積性損傷。
突發(fā)性損傷由突發(fā)事件引起,使損傷在短期內達到或超過一定限值;
累積損傷則有緩慢積累的性質,達一定程度會引起破壞,影響安全和使用。
橋梁健康監(jiān)測能夠在突發(fā)性損傷發(fā)生時,及時做出判斷和警報,以便采取處理措施,防止發(fā)生進一步的破壞和引發(fā)其它事故;對于累積損傷,能夠定期對損傷的狀態(tài)做出描述,以便根據情況采取相應措施.
近年來,國內發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構件疲勞加之監(jiān)測養(yǎng)護措施跟不上,從而嚴重影響構件的承重能力和結構的使用。
因此,對橋梁結構健康監(jiān)測非常必要和迫切。