第一章 桥梁施工监控
第一节 桥梁施工监控的意义
桥梁监控是新桥施工过程中，按照实际施工工况，对桥梁结构的内力和线型进行量测，经过误差分析，继而修正调整以尽可能达到设计目标。桥梁监控，也称桥梁施工监控或桥梁施工控制。在大跨径悬索桥、斜拉桥、拱桥和连续刚构桥、连续梁桥的平衡悬臂浇筑施工中，其后一块件是通过预应力筋及砼与前一块件相接而成，因此，每一施工阶段都是密切相关的。为使结构达到或接近设计的几何线形和受力状态，施工各阶段需对结构的几何位置和受力状态进行监测，根据测试值对下一阶段控制变量进行预测和制定调整方案，实现对结构施工控制。由于建桥材料的特性、施工误差等是随机变化的，因而施工条件不可能是理想状态。 因此，决定上部结构每一待浇块件的预拱度具有头等的重要性。
虽然可采用各种施工计算方法算出各施工阶段的预抛高值、位移值、挠度，但当按这些理论值进行施工时，结构的实际变形却未必能达到预期的结果。
这主要是由于设计时所采用的诸如材料的弹性模量、构件自重、砼的收缩徐变系数、施工临时荷载等设计参数，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的；或者是由于施工中的立模误差、测量误差、观测误差、悬拼梁段的预制误差等；或者两者兼而有之。
这种偏差随着悬臂的不断加伸，逐渐累积，如不加以有效的控制和调整，主梁标高最终将显著地偏离设计目标，造成合龙困难，并影响成桥后的内力和线形。 所以，桥梁施工监控就是一个施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。其最基本的目的是确保施工中结构的安全，保证结构的外形和内力在规定的误差范围之内符合设计要求。
由于桥梁施工过程的复杂性及施工监控对桥梁工程质量的决定性作用，施工监控工作越来越受到重视。中华人民共和国《工程建设标准强制性条文》15.1.6条规定：大桥、特大桥或重要结构在施工阶段，对结构物的应力、变形值应有针对性的施工监测控制，以保证结构物的强度和稳定。同时《工程建设标准强制性条文》18.1.3条也规定：施工过程中，必须进行施工监控，确保施工质量。
第二节 桥梁施工监控的主要内容
桥梁施工监控的内容主要包括桥梁施工仿真分析及理论控制数据计算、施工监测、控制分析与调整。
施工的最终及理想目标是按照设计预定的施工方法、施工顺序及设计图纸进行施工，达到设计预定的成桥理想状态。成桥理想状态是指在恒载作用下，结构达到设计预定的线形和受力状态； 由于在实际施工中存在许多不确定因素，要想完全达到理想成桥状态存在许多困难。施工监控是最大限度实现这一理想目标的重要手段。准施工理想状态以成桥理想状态为初始条件，按实际施工相逆的步骤，逐步拆去每一个施工项对结构的影响，从而确定结构在施工各阶段的状态参数（轴线高程和应力），一般由倒退分析法确定；施工适时控制是在施工时，根据施工理想状态，按一定的规则调整，通过对影响结构变形和内力主要设计参数的识别进行修正，使结构性能、内力达到目标状态。 2.1 施工仿真分析及理论控制数据计算
施工仿真分析及理论控制数据计算是按照设计预定的施工方法及施工顺序，根据设计参数，建立正确的力学模型进行仿真计算。具体来讲，就是依据设计参数和控制参数，结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等，输入有限元力学分析系统中，从分析系统中可获得结构按施工阶段进行的每阶段的内力和挠度及最终成桥状态的内力和挠度。复核设计提供的成桥恒载状态和各施工状态的变形和内力以及应力计算结果，以确定各施工状态的控制数据，如主梁立模标高；并且得到施工过程相应的状态变量，如主梁标高、控制截面应力。
桥梁监控中理论控制数据计算主要有前进分析、倒退分析两种分析方法，具体如下： ⑴ 前进分析
前进分析的目的在于确定成桥结构及各施工阶段的受力状态。这种计算的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变，因而，前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。前进分析的计算可按有限元方法进行，是目前主要采用的方法。
⑵ 倒退分析
前进分析系统可以严格按照设计好的施工步骤进行各阶段内力分析，但由于分析中荷载的不断变化以及结构节点的相互影响，使最终结构轴线不可能达到设计轴线。因此，采用倒退分析在施工过程中设置预拱度，使在成桥状态时，结构线形满足设计要求。
倒退分析的基本思想是，假定成桥时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，线形满足设计轴线。在此初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每次卸除一个施工段对剩余结构的影响。在一个阶段内分析得到的结构位移、内力便是理想施工状态。 2.2 施工监测
施工监测是施工监控中非常重要的一个环节，施工监测是为施工监控服务的，所进行测试内容也是围绕施工监控进行的。施工监测的主要内容有主梁标高、主梁及桥墩控制截面的应力应变、墩台沉降。对于斜拉桥还有斜拉索的张力、对于悬索桥还有主缆的张力及垂度等。 2.3 控制分析与调整
施工仿真分析及理论控制数据计算得到的理想状态是我们期望在施工中实现的目标，而实际施工中结构状态总是由于设计参数、施工误差、测量误差、结构分析模型误差等因素偏离目标。为了能及时有效地将实测数据（体系本身的变化、挠度、应力、现场气温等）、调整参数信息、误差信息反馈到实际施工控制中，指导现场施工作业，可编制基于现代控制论中的随机最优控制理论和有限元法的的计算程序，将实测结构控制参数输入，得出有效调整量，获得最优调整方案，同时预告下阶段结构状态。桥梁施工中比较典型的误差、误差的严重程度以及解决方法分析如下： 1、结构刚度误差
引起结构刚度误差的因素，一方面是混凝土弹性模量的改变，另一方面截面尺寸的变化，都对刚度有所影响。对于对称悬臂施工的连续梁桥来说，如果整体刚度提高，虽然浇筑混凝土过程中主梁变形量会减少，但是张拉预应力束过程中变形量也会减少。所以，结构刚度误差对施工控制质量的危害不大。 2、浇筑混凝土误差
浇筑混凝土误差，即超方现象是浇筑混凝土过程中难以克服的误差，产生的原因有两方面。一方面是浇筑混凝土时，由现场施工负责人估计顶、底板混凝土厚度而产生的误差，另一方面是由模板变形和混凝土容重变化而产生的误差。混凝土超方对连续梁桥施工阶段的内力和线型影响较大，特别是两侧出现不平衡超方时，影响就更大。当结构悬臂伸长时，危害急剧增加。在施工过程中，通过改进施工方法减少误差的产生是很有必要的，也是可行的。对悬臂施工的连续梁桥来说，由于两悬臂端对称荷载对结构的影响比单侧荷载要小的多，所以，施工中出现两侧不平衡荷载时，可以考虑在轻的一侧增加重量，只要保持平衡，影响不会太大。