1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、施工监测的意义及目的

为了更加安全可靠地建设每座桥，施工监控变得非常重要通过监测的手段测得施工阶段结构的实际值，将结构预测值与施工阶段实测实时值进行比较，依照监测参数数据允许范围及实际情况，确定是否调整原有结构模型，若需要则调整仿真结构模型的参数得到新模型，运用新的模型来分析和预测已有结构在下一个工况，实现桥梁施工监控对结构进行反馈控制，从而完全跟踪和掌握施工的发展情况，确保施工过程中其结构的安全，保证桥梁整个过程线形以及受力状态能够符合设计要求，达到指导桥梁施工的目的。而监测可以为其提供数据依靠。

建立四通八达的现代交通网，大力发展交通运输行业，对于发展国民经济，加强全国各族人民团结，促进文化交流和巩固国防等方面，都有着重要作用。随着施工技术的发展和新的施工方法的出现，在我国大力完善交通网的今天，预应力混凝土连续梁桥更加成为桥梁设计者的优选方案。预应力混凝土连续梁桥以其受力性能好、抗震能力强、造型多变等优点成为众多桥梁设计者的首选桥型。虽然预应力混凝土连续梁桥的悬臂浇筑施工方法在我国也已逐渐成熟，其造价低、施工速度快、设备少、工序简单、占用较小的桥位空间等诸多优点给预应力混凝土连续梁桥的建设带来不少便利，但是在梁桥建设任务重、工期紧和梁桥结构不断创新的背景下，混凝土连续梁桥的悬臂浇筑施工的弱势不得不引起施工控制者的关注。随着预应力混凝土连续梁桥的跨度增大、墩位增高、平顺性要求越发严格，亟需对梁桥施工中的受力状态、影响因素、施工误差、施工安全和施工质量加强控制。而施工监测是必不可少的部分。

二、国内外桥梁发展现状及国内桥梁发展前景

连续梁是一种古老的结构体系、它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简易、抗震能力强等优点。我国预应力混凝土连续梁桥在70年代首次应用于城市桥梁工程,几十年来,发展极为迅速,已成为我国预应力混凝土大跨径侨梁的主要桥型之一,并己掌握各种先进的施工方法,如采用悬臂浇筑的兰州黄河大桥,沙阳汉江桥等;采用顶推法施工的包头黄河大桥、柳州柳江大桥;采用大型块件浮吊拼装的容奇大桥、沙口大桥以及采用移动模架法,由我国有关单位承担施工任务的伊拉克摩萨尔四号桥、科威特巴比延河桥等。

我国公路和铁路建设取得了巨大成就，但按国土面积和人口平均的话，占有量仍处于较低水平，所以在世纪相当长的时期内，大力发展公路和铁路建设仍将是保证经济持续发展的重要环节。同时，我国城镇化进程加快，城镇道路建设正方兴未艾。因此进入新世纪后，我国桥梁建设任务十分繁重，并将面临许多严重的挑战。要能满足跨越大江、大河、海湾、海峡的需要；要能适应高速和重载的需要；要能适应特殊地区修建桥梁的需要；要能科学评估旧桥的损伤程度，研究有效的加固措施。面对这些挑战，有一系列的重大技术问题亟待解决，例如：

（1）探索大跨度以致超大跨度桥梁的合理结构形式，以适应跨越大江、大河、海湾、海峡的需要；

（2）探索深水基础的结构形式及其施工技术；

（3）研究轻质、高强、耐腐蚀、高性能材料（新钢种、高性能混凝土、铝合金、高分子复合材料、碳纤维等）的基本性质以及如何应用于桥梁实体中的具体方法；

（4）进一步深化设计基本原理，探究新方法，探寻怎样更好的提高设计桥梁的耐久性能，发挥并提高电脑辅助技术的优越性；

（5）研究在速度较高，荷载较重的条件下桥梁结构的抗疲劳能力、动力响应及车在行走时的安全性；

（6）研究桥梁突遇偶然荷载时的性能及采取切实可行的方法；

（7）研究桥梁常见的缺陷以及出现这些病害的原因，找到一套正确评估和预测的方法，并能通过后续的加固和保养来确保桥梁结构的安全；

（8）研究跨径较大的桥梁在施工过程中以及在以后的使用过程中的控制措施，保证安全施工和在使用过程中的可靠性和耐久性。

我国在这方面实践经验丰富，也研究出了很多使用的成果，这对我我国桥梁以后的发展极为有利，而我国快速发展的经济会对桥梁建设的要求越来越高，因此我们有理由相信，在世纪，我国的桥梁建设事业必将更加蓬勃发展，并以更大规模更高技术水平呈现更辉煌的业绩。我国桥梁工程建设虽已迅速起飞，但还要在与国外同行的竞争中寻找差距，继续努力奋斗。中国的桥梁工程师将以自己的智慧为世纪桥梁工程再创辉煌贡献自己的创造力。

三、监测内容

监测是桥梁施工控制的最基本手段之一。监测包括应力监测、变形监测等。因测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等存在误差,所以,结构监测总是存在误差的。该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象,也可能造成将本来可能较好的状态调整得更差的情况。所以,保证测量的可靠性对控制极为重要,在控制过程中,除要从测量设备、方法上尽量设法减小测量误差外,在进行控制分析时必须将其计入。

3.1挠度观测

根据已定的施工工序,将挠度观测分挂篮行走前后、块件浇筑前后、预应力张拉前后等个阶段进行。按照监控方案拟定的观测频率对箱梁顶预埋的监测点进行水准测量,通常选在太阳出来之前进行,因为此时温度恒定,对挠度观测有利。对大跨度连续梁桥体系温差伸缩主要表现为水平位移和桥墩墩顶的竖向位移,此类位移量有限,对挠度影响不大,可以忽略不计。日照温差会使箱梁上下缘与南北侧,还有桥墩的两侧均会产生温差,并在一定程度上引起主梁与墩身挠曲变形,使主梁产生竖向位移和侧向位移。因此,为减小日照温差的影响,挠度的观测应安排在太阳出来之前的早晨进行,而且此时环境温度的变化量也最小。因此,温度对结构挠度的影响会减到最小。在桥面设立观测点有着一定的优点,除了便于观测外,还免受结构的体系温差的不利影响,还可以提高观测精度,减少测量时带来的误差。但是测量的水准点必须安排在地面为基准,这样能够真实地反映箱梁的实际挠度变形。因此,定期对地面的水准点进行稳定性监测,同时在处理挠度观测数据过程中加以考虑稳定性可能出现的误差,应适当的考虑,并对理论值进行修正观测方法和观测精度根据以上分析,确定观测方法如下①通过观测主梁上的观测点的相对高程来获得主梁挠度值②将标高基准点设在墩顶。块上③在桥上进行标高观测④选在早晨太阳出来之前对悬臂端标高进行观测。箱梁的挠度变形较小,为了达到设计的观测精度,常给外业观测增加工作量。因此,采用国家二等水准测量或工程测量三等水准测量的精度等级要求和观测方法进行施测,能测量到变形大于士的挠度值。为保证观测精度,以块上的水准点为起终点,采用闭合水准路线进行水准测量。

3.2温度量测

在挠度和应力观测的同时还需对温度进行量测记录,以便分析温度对监测结果的影响,确定最合理的监测时间。此外,对于典型的气候条件,还需量测温度变化梯度及相应的挠度和应力变化。

3.3应力观测

应力观测在桥梁施工中,在箱梁的关键截面处预埋应力计。并对预埋在箱梁中的应力计进行读数,为参数调整提供参考,采集预埋在箱梁中的传感器数据,用于计算每一阶段梁体的合理状态及内力,作为对桥梁施工过程中每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据大跨度连续梁桥应力监测也是施工监控的一部分,在主桥箱梁的控制断面布置应力测点,对主要截面进行应力应变进行监测。通过对测点的实时跟踪分析,从而得出可调变量的最优调整方案。最后,为了有效地进行结构的可靠度的后评估,我们用变量调整分析系统得出各施工阶段及竣工之后结构的实际状态。另外,可根据当前阶段向前计算至工程结束,预告下一阶段可能出现的状态并预报下一阶段中己完成施工构件或即将施工的构件强度状态是否满足要求。若不满足要求,则对可调变量进行调整,以保证整个施工控制的顺利进行和主梁施工过程中的施工质量和施工安全。因此,应力监测是施工过程的安全预警系统的必不可少组成部分。材料检测对混凝土的弹性模量、容重、强度、徐变参数和钢筋的弹性极限强度以及钢绞线等相关力学指标进行监测钢绞线管道摩阻损失的测定预应力张拉时,管道摩阻对内力的影响也较大,所以应对管道摩阻进行测定。

3.4竖向位移和水平位移

桥梁变形监测的精度，应根据桥梁的类型、结构、用途等因素综合确定，特大型桥梁的监测精度，不宜低于二等，大型桥梁 不宜低于三等，中小型桥梁可采用四等。变形监测可采用GPS测量、极坐标法、精密测(量，)距、导线测量、前方交会法、正垂线法、电垂直梁法、水准测量等。大型桥梁的变形监测，必要时应同步观测梁体和桥墩的温度、水位和流速、风力和风向。桥梁变形观测点的布设，应满足下列要求：

（1）、桥墩的垂直位移变形观测点，宜沿桥墩的纵、横轴线布设在外边缘，也可布设在墩面上。每个桥墩的变形观测点数，视桥墩大小布设1～4点。

（2）、梁体和构件的变形观测点，宜布设在其顶板上。每块箱体或板块，宜按左、中、右分别布设三点；构件的点位宜布设在其、、处。悬臂法浇筑或安装梁体的变形观测点，宜沿梁体纵向轴线或两侧边缘分别布设在每段梁体的前端和后端。支架法浇筑梁体的变形观测点，可沿梁体纵向轴线或两侧边缘布设在每个桥墩和墩间梁体的、处。装配式拱架的变形观测点，可沿拱架纵向轴线布设在每段拱架的两端和拱架的处。

（3）、索塔垂直位移变形观测点，宜布设在索塔底部的四角；索塔倾斜变形观测点，宜在索塔的顶部、中部和下部并沿索塔横向轴线对称布设。

（4）、桥面变形观测点，应在桥墩(索塔)和墩间均匀布设，点位间距以10～50m为宜。大型桥梁，应沿桥面的两侧布点。

（5）、桥梁两岸边坡变形观测点，宜成排布设在边坡的顶部、中部和下部，点位间距10～20m为宜。

桥梁施工期的变形监测周期，应根据桥梁的类型、施工工序、设计要求等因素确定。 桥梁运营期的变形监测，每年应观测1次。也可在每年的夏季和冬季各观测1次。当洪水、地震、强台风等自然灾害发生时，应适当增加观测次数。

3.4.1高桥墩的形变监测

桥墩几何监测是桥墩施工监测过程中不可缺少的一环。从上面所述，已广泛应用的

测力计，应变计等传感器只能对桥墩的局部形变状态进行监测，属于局部监测，而对于

所需的桥墩整体形变状态则无能为力。实践研究表明，整体发生的较大形变是引起结构

物结构破坏的原因之一。因此，利用几何监测的数据来把握结构物整体的形变是十分必

要的。 高桥墩的几何监测采用高精度测量仪器（如测量机器人、GPS等），依据精密测量理论与方法，按一定的周期连续观测高桥墩结构上监测点的位移和高程，再根据相关的理论对观测数据进行分析，获取高桥墩几何形变的规律，为桥梁的施工和后面的桥梁运营管理提供第一手资料。几何变形监测可分为施工期变形监测和运营维护期的变形监测。由于两个阶段监测的目的不同，则两者的要求和项目也不一样。施工期变形监测项目有高桥墩轴线偏位的控制、高程监测、垂直度监控和动态特性及变形情况的监测等。高桥墩轴线偏位的控制是非常重要的，如果桥墩轴线偏移超过合理的范围就会导致高桥墩的扭转变形以及受力点发生改变，这对整座桥梁的安全使用有着很大的影响。标高监测主要是为了解决施工中混凝土的收缩与徐变的问题和为下一节段的混凝土浇筑提供数据依据。垂直度测量是反映施工质量和地基沉降的综合影响。高桥墩的倾斜度允许的偏差为墩高的1/3000。同时，在施工期间，为掌握高桥墩的运动规律以及对施工过程进行必要的指导，必须监测桥墩的动态特性即外界因素影响引起的振动与自振情况及变形情况。运营维护期的变形监测包括桥墩空间位移、基础沉降等。桥墩成形后的变形是很有规律性的，如果桥梁的变形出现了突变，则要及时采取措施以保证桥梁运营的安全。对于桥梁这些监测项目与要求，可选择以下的技术来进行观测。

TCA2003全站仪是徕卡生产的自动跟踪的高精度全站仪，又被称为测量机器人。由

于TCA2003测量时可由马达驱动，且能自动识别和锁定目标，它能代替用户轻松的完成监测点的三维坐标观测，大大提高了工作效率。测量机器人的优点很多，尤其是自动化程度很高，但它也有明显的缺点：测点之间必须通视；当桥墩面上分布的点较多时，测量机器人从测量第一点到最后一点的时间较长，不能保证各测点时间的同步性；与一般的全站仪观测遇到的问题一样，受大气折光和天气影响较大。

同时，当外界温度过高或过低时，仪器为还会出现机器停止工作的情况。测量机器人应用于桥梁的监测的实例有很多。如利用测量机器人对上海杨浦大桥整体的变形作全天候自动化的变形监测，取得了很好的效果；江阴长江大桥、上海的卢浦高桥墩的几何监测。桥墩几何监测是桥墩施工监测过程中不可缺少的一环。从上面所述，已广泛应用的测力计，应变计等传感器只能对桥墩的局部形变状态进行监测，属于局部监测，而对于所需的桥墩整体形变状态则无能为力。实践研究表明，整体发生的较大形变是引起结构物结构破坏的原因之一。因此，利用几何监测的数据来把握结构物整体的形变是十分必大桥都在桥梁几何监测中采用了测量机器人；在其它方面如地铁隧道方面的监测、大坝变形监测等都有着广泛的应用。在赫章特大桥超高桥墩的变形监测中应用测量机器人自动监测系统，可以在无人看守的情况下，实现测量机器人 24 小时自动观测和数据采集，不但节约了大量的人力同时还减少了测量过程中人为因素的影响，提高了测量数据的质量。通过对监测数据处理分析，可定期为管理人员提供桥墩施工偏移量和其所处的状态，为下一阶段的施工工作打下基础。如果高墩出现非正常结构状态，系统可对威胁到桥梁或桥墩安全的不正常状态作出反应，从而保证桥墩的安全。

常用的桥梁位移测量方法如水准仪直接测量法、水准仪逐点测量法及全站仪测量法

需要采取相关措施（如封闭桥梁等）来使测量工作顺利进行。而GPS技术不仅可以克服

上述传统测量方法的不足，更重要的是能以较高的频率、较高的精度同步测定多个监测

点的三维坐标。因此，GPS技术作为一种实时、高动态、高精度桥梁监测手段得到了越

来越多工程实践者的喜爱。目前GPS的采样频率高达20Hz，而桥梁的振动主频一般在0-2Hz，同时GPS数据的处理技术也有了很大的提高。因此，GPS技术完全可以满足桥梁状态监测的需要。鉴于GPS技术的优越性，GPS技术已在桥梁监测中得到广泛应用。如在香港青马大桥、日本名石海峡大桥、广东虎门大桥、舟山连岛桥等特大桥梁建设工程中都采用GPS技术进行实时形变监测。

建筑变形测量的级别、精度指标及其精度范围应符合表1。

表1 建筑变形测量主要技术要求

变形 测量 级别	沉降观测	位移观测	主要适用范围
观测点测站 高差中误差 (mm)	观测点 坐标中误差 (mm)
特级			特高精度要求的特种精密工程的变形测量
一级			地基基础设计为甲级的建筑的变形测量；重要的古建筑和特大型市政桥梁等变形测量等
二级			地基基础设计为甲、乙级的建筑变形测量；场地滑坡测量；重要管线的变形测量；地下工程施工及运营中变形测量；大型市政桥梁变形测量等
三级			地基基础设计为乙、丙级的建筑变形测量；地表、道路及一般管线的变形测量；中小型市政桥梁变形测量等

注：观测点测站高差中误差，系指水准测量的测站高差中误差或静力水准测量、电磁波测距三角高程测量中相邻观测点相应测段间等价的相对高差中误差；观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点的坐标中误差、坐标中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑或构件相对底部固定点的水平位移分量中误差；观测点点位中误差为观测点坐标中误差倍；本规范中以中误差作为衡量精度的标准，并以二倍中误差作为极限误差。

水准测量等级应符合下列要求：2000m以上的特大桥一般为三等；1000～2000m的特大桥为四等；1000m以下的桥梁为五等。等级划分以及技术要求见表2。

表2 水准测量主要技术要求

等级	每公里高差中数中误差(mm)	水准仪型号	水准尺	观测次数	往返较差、附和或环线闭合差(mm)
偶然中误差	全中误差	与已知点联测	附和或环线
二等	1	2		因瓦	往返各一次	往一次
三等	3	6		因瓦	往返各一次	往返各一次
	双面	往返各一次	往返各一次
四等	10	10		双面	往返各一次	往返各一次
五等	8	16		双面	往返各一次	往返各一次

3.5安全监测

安全监测工作是贯穿整个工程的设计、施工、运营等各个流程,并为各个流程提供行而有效地安全保障。一般来说现阶段安全监测的实施可以分为以下三个步骤,

（1）根据监测工程规模、特点、对象进行监测方案的设计,在满足工程精度指标、技术指标的基础上合理选择性价比高的监测仪器,以减少经费支出,并对仪器的布设提出合理的布置方案,并保证监测仪器设备布置的合理性。

（2）监测设备传感器的埋设安装,埋设时按照监测方案实施,并保证位置的准确和传感器成活率。

（3）监测阶段,通常按工程进展把此阶段分为施工期与运营期监测。本文中强调在桥梁施工期的观测过程,在监测过程中特别注意施工过程中桥梁不同构件的状态,并及时发现可能存在的不安全因素以及危险源以及其发展趋势,及时采取有效措施,避免发生人身和财产的损失。安全监测应用在桥梁施工期时,应具有如下两个方面的特征：桥梁施工过程中每时每刻都存在着安全隐患,因此施工期安全监测必须要实时掌握被监测桥体的工作状态,并评判安全性系数,并将监测信息直观的反馈给设计部门、现场施工部门以及监理方,在出现紧急情况时及时指导和调整施工；根据监测资料预测桥梁结构近期的工作状态,并给出安全评价,对可能的不安全因素和危险源给予相应的预警并制定应急预案,从而调整施工方法,并在灾祸发生之前提出预防和补救措施。

四、误差分析

梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。对于梁式桥中典型的连续刚构桥而言，与斜拉桥不同的就是，采用悬臂施工浇筑施工完一个节段后出现的误差除了张拉预备预应力索外，其结构状态几乎没有可以调整的余地，随着施工推移，如若存在误差累积，结构成桥的理想状态将无法实现，同时在中跨合龙前后结构存在着体系转换的问题，因此对每个施工节段的误差控制是尤为关键的。南京长江第二大桥北汊桥主桥运用随机最优控制理论对误差进行分析，并提出误差控制指标：主梁标高和中轴线的实测值与理论计算值之间误差应控制在范围内。南京二桥施工控制方法的实际应用，可进一步推广到其它连续梁桥、拱桥、斜拉桥、吊桥的施工中。苏通大桥辅桥连续刚构桥在施工过程中标高调整的基本原则若阶段挠度偏差超过或整体挠度偏差超过，则需进行参数识别修正。若阶段挠度偏差在内，则按以下原则调整，小于施工控制误差范围的误差不作调整；大于施工控制误差的误差，在后续节段调整一半。中跨张拉后主梁线形平顺，最大差值在限差内，各阶段截面实测应力与计算应力比较吻合，最大差值在限差以内。新疆伊犁特大桥施工监测监控为工程背景，综合施工水平、设备精度以及经验值提出其施工监控目标如下立模标高允许偏差；控制点标高误差；合龙端标高相对误差；控制断面砼应力≤10%。某预应力混凝土连续梁结构为工程实例，运用灰色系统控制理论以及卡尔曼滤波法修正的灰色系统理论分别对其进行挠度的预测，结果表明：经过卡尔曼滤波修正的灰色系统理论能够更有效地减小预测值与实测值的偏差，更好地对成桥线形进行控制。内蒙古黄河特大桥主梁节段混凝土悬臂施工过程中的控制原则立模标高允许误差#177;0.3mm,当应力水平达到材料允许强度或超过上述误差范围时应提供预警。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题主要研究的内容如下

（1）监测内容的确定。

（2）监测方法和仪器的确定，监测元件量程、监测精度的确定。