摘 要

现阶段大跨径桥梁一般采用悬臂施工的方法进行，因为这种方法对于现场的地形要求较低，所以适用的范围较广，被广泛的应用。桥梁的施工过程，整个结构处在一个动态的变化过程之中，内力和线形也随着施工的不断进行发生改变，而在整个的施工过程中受到多种因素的干扰，成桥的线形与理想的设计状态之前一定很存在偏差。为了使得成桥线形与设计线形最大程度的吻合，保证成桥达到预期的功能，保证安全施工，施工过程的监控显得尤为重要。本文以对桥梁施工的线形控制为出发点，对施工监控的内容和的方法进行了学习和研究。

首先，以打基沟大桥为例，研究学习了连续刚构桥的施工方法，对悬臂施工做了简单的介绍研究了悬臂施工的施工步骤，归纳了注意事项。通过Midas Civil建立了打基沟大桥的有限元仿真模型，说明了建模的方法步骤，给出了各节段施工时的应力图和成桥的剪力、弯矩包络图，并分析桥梁的预拱度值。

接下来介绍了自适应控制法的基本原理和桥梁施工过程中的实现过程。研究学习了在连续刚构桥施工过程中主梁的变形和应力监控的方法和注意事项，以及应力和应变测点布置原则，归纳了应力应变数据的处理方法。针对钢弦式应力应变计，分析其工作的原理和误差产生的原因。

最后介绍了卡尔曼滤波的基本原理，根据悬臂施工的特点，结合卡尔曼滤波理论，建立了桥梁施工预拱度预测的模型，别结合Matlab软件编制了相关程序。实现了在桥梁施工过程中对施工预拱度的优化校正。最后结合打基沟大桥左岸1号墩的工程实例验证了基于卡尔曼滤波法的预拱度实时跟踪分析系统的可行性。

关键词：施工监控；悬臂施工；连续刚构；卡尔曼滤波；Matlab

Abstract

At this stage,large-span bridges commonly use the method of cantilever construction,because this method has a relatively lower requirement for topography.therefore,it ‘s scope of application is really extensive ,and thus universally used.During the bridge construction,the whole structure is in a dynamic change process, during which the inner force and the linear constantly change with the duration of construction.however,the whole construction can be disturbed by many factors,so there will be variance between the linear of constructed bridge and the previous designed.In order to match the linear of constructed bridge and the previous designed to the furthest,guarantee the constructed bridge’s purpose function and the safety of construction,the monitor of construction plays a very important part.building on the control of linear during the bridge construction ,this text studies the method and content of the construction monitor.

First of all,take DaJiGou Bridge for example,this content searched the construction method of continuous rigid frame bridge,and then gave a simple introduction for cantilever construction.Next,the construction step of cantilever construction was studied.at the same time ,matters needing attention was also concluded.Then,a finite-element simulation model was built by Midas Civil.In this text,we indicated the method and step of modeling,gave out the stress diagram of every construction segment as well as the vertical force and moment envelope diagram.And that we analyzed the prestressing camber of bridge.

Next,we introduce the fundamental principle of the adaptive control method and it’s realization process in the bridge construction.On the one hand,we learn the deformation of the beams, the method of stress monitor and the matters needing attention in the construction of the continuous rigid frame bridge,as well as the measuring point placing principle of stress and strain.On the other hand,solution of stress and strain are concluded.In addition,we analyze the operating principle of the steel stress and strain gauge and the causing reason of the errors.

Finally, the fundamental principle of Kalman filter is introduced.In accordance with features of cantilever construction,we establish a model of the bridge construction prestressing camber prediction combined the theory of withKalman filter.At the same time,the relevant program is compiled based on Matlab software.this method achieves the optimization and correction of construction prestressing camber during the bridge construction.In the last,we verify the feasibility of prestressing camber real-time tracking system on the basis of with Kalman filter combined with the engineering example of 1# pier on the left shore.

Keywords:construction monitor; cantilever construction; continuous Rigid frame ; Kalman filter; Matlab;

目 录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1 研究目的和意义 1

1.2 施工线形监控技术国内外研究情况 1

1.3 研究目标和内容 2

1.3.1 研究目标 2

1.3.2 本文创新点 2

第2章 打基沟大桥施工过程计算分析 3

2.1 打基沟大桥工程概况 3

2.1.1 桥梁上部结构 3

2.1.2 墩台与基础 4

2.1.3 主要设计规范及设计标准 4

2.2 主梁施工工艺 4

2.2.1墩柱施工 4

2.2.2 0#块施工 5

2.2.3边跨现浇段施工 10

2.2.4合拢段施工 10

2.2.5标准节段施工 11

2.2.6挂篮施工法 13

2.3 本章小结 16

第3章 打基沟大桥仿真模型分析 17

3.1仿真模型建立 17

3.1.1边界条件 17

3.1.2施工节段 18

3.1.3预应力钢束 19

3.1.4施工阶段 19

3.2仿真模拟计算 20

3.2.1荷载组合情况 21

3.2.2模拟施工阶段应力计算结果 21

3.2.3成桥内力结果 23

3.2.4成桥预拱度 23

3.3 本章小结 24

第4章 打基沟大桥监控过程的测量与控制 25

4.1 施工监控概述 25

4.2 主梁变形测控 27

4.2.1 挠度变形观测 27

4.2.2 挠度观测点的布置 28

4.2.3 挠度观测数据处理 28

4.2.4 主梁轴线偏移控制 30

4.3 内力测控 30

4.3.1 应力测点布置 31

4.3.2 应力数据的观测与处理 33

第5章 建立桥梁线形监控实时跟踪分析系统 34

5.1 桥梁线形监控系统概述 34

5.2 施工过程线形监控误差调整 34

5.3 卡尔曼滤波法概述 34

5.4 卡尔曼滤波在桥梁施工线形监控的应用 37

5.4.1 基于卡尔曼滤波法结合反馈控制的实时跟踪分析系统建立 37

5.4.2 实时跟踪分析系统的应用及效果检验 39

第6章 总结 43

致谢 45

第1章 绪论

1.1研究目的和意义

随着国家经济的发展和进步，基础设施建设已经逐渐成为国家建设的重要组成部分，关于基础设施建设的投资比重也逐年提高，与之相关的是中国的桥梁工程事业也得到了大大的发展。截止2012年，我国公路桥梁达到71.34万座，其中大桥6.17万座，特大型桥梁2688座。而值此十三五规划、国家大力发展生产力、国民经济不断进步时期，桥梁建设行业的发展需求也迫在眉睫，尤其是对一些跨越江河、峡谷的大跨径桥梁。并且随着技术的不断进步，材料的不断改进，机遇与挑战并存。一方面桥梁的建设不断对跨境、实用性、耐久性的提出新的要求；另一方面，这也是在对桥梁建设的规范、安全、创新以及质量保障的前提下的一个巨大的机遇。桥梁的建设过程复杂，施工步骤繁琐，受环境等因素的影响，这就使得桥梁的建设结果与预期的结果存在偏差，桥梁的质量无法得以保证，而为了达到工程预期，实现工程结果可控性，施工过程中对桥梁的线形监控技术就变得十分重要和关键，这也将会为桥梁施工线形监控技术提供巨大的发展潜力和空间。

预应力连续刚构桥墩梁固结，主梁的受力具有连续梁桥和T型刚构桥的受力特点，具有较高的行车能力和跨越能力。外形上匀称美观，适应能力较强，是当代桥梁建设工程中不可或缺的重要组成部分。连续刚构桥梁墩梁固结双薄壁桥墩，顺桥向和横桥向抗弯、抗扭刚度大且主梁部分不需要设置伸缩缝，显著的提高了行车的舒适性；柔性墩水平位移可消除桥墩柔性、主梁连续部分收缩徐变以及温度的影响力；主梁上支点处负弯矩能减少跨中正弯矩且顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，从而减小跨中梁高尺寸，增强桥梁美观性。

在桥梁的施工过程中，桥梁的线形受众多内、外因素的影响，材料的特性、环境的温度、施工方法的选择等众多的因素均会对成桥的线形和桥梁的预期质量造成巨大的影响。而施工中进行线形控制目的就是为了使桥梁的成桥线形按照预期形成，保证桥梁的安全施工，保证桥梁的质量。

1.2 施工线形监控技术国内外研究情况

桥梁施工监控是桥梁产业蓬勃发展的产物，上世纪五十年代，在调整斜拉桥索力与标高的问题上首次将施工监控应用在桥梁的建设当中，并且取得了一定的效果。在桥梁工程史上，系统的进行桥梁施工监控的时间并不长，最早的在施工中应用桥梁监控技术的是日本。20世纪80年代初，日本修建日野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了施工控制所需要的应力、挠度等参数的观测系统，并对监控所得的数据进行分析，最后将结果反馈到施工现场。

我国虽然在20世纪50年代就已经注意到施工中结构内力和变形的控制，但在现代桥梁施工技术控制方面的研究较晚，但是随着国际化的大潮流，进步较快，发展迅速。80年代之后，随着计算机的普及应用，在桥梁工程中引入了计算机辅助施工，1980年建成的重庆长江大桥首次根据现代工程控制的基本思想,有效地完成大桥悬臂施工的预拱控制问题。80年代后期，对斜拉桥施工监控技术进行了全面的研究，并且初步的系统化与程序化。