一种连续刚构桥悬浇施工过程中的测控方法与流程

本发明所涉及一种连续刚构桥悬浇施工过程中的测控方法，属公路工程的测控技术领域。

背景技术：
：

大跨度预应力连续刚构桥在施工过程中由于结构形状、混凝土材料的性质以及所承受的荷载等都随时间发生变化。因此结构参数识别难度高，导致施工期间的标高控制失效，大桥成桥线形和理论线形误差较大。目前采用的测量技术主要是利用水准仪、全站仪对标高、轴线进行测试，还用应变传感器对温度、应变进行测试，效果都不是十分理想，并且受温度影响较大，常常需要晚上进行测试，劳动强度大。

技术实现要素：
：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种连续刚构桥悬浇施工过程中的测控方法。

本发明是在现有试验模态测试技术的基础上的改进，改进点在于：将一般成桥阶段的动态测试技术前移到桥梁施工阶段加以改造应用，并增加参数识别步骤，即：利用结构的试验模态测试技术，测试悬臂状态下的频率与振型，得到试验模态采集结果，反算施工梁段的综合刚度和浇筑梁端的自重，为施工监控提供准确控制数据。

由于结构的实验模态(频率与振型)与待识别的参数(综合刚度与重量)之间具有本质联系，本发明推导出了这种联系，进而利用动力修改理论识别结构的刚度。

如图1所示，连续刚构桥悬浇施工过程中，需要识别主梁的综合抗弯刚度和梁段重量。实际结构的总长度L，每段施工长度L0，抗弯刚度EI，单位长度的质量变截面按等截面考虑，实际变截面按数值分析的方法进行计算，或按有限元方法计算。

简化后的结构力学如图2，该结构仅分析对称模态；忽略桥墩的影响；忽略梁端悬浇段质量的转动惯量。按照四阶微分方程，利用分离变量法建立方程，按边界条件得出特征值和特征向量，最后通过推导得出振型与频率表达式或方程如下:

振型函数：

$\mathrm{\φ}\left(x\right)=(\cos \mathrm{\α}x-ch\mathrm{\α}x)-\frac{cos\mathrm{\α}L+ch\mathrm{\α}L}{\sin \mathrm{\α}L+sh\mathrm{\α}L}(\sin \mathrm{\α}x-sh\mathrm{\α}x)$

频率方程：

αL₀(sinαLchαL-cosαLshαL)-cosαLchαL-1＝0

$\mathrm{\φ}\left(x\right)=(\cos \mathrm{\α}x-ch\mathrm{\α}x)-\frac{cos\mathrm{\α}L+ch\mathrm{\α}L}{\sin \mathrm{\α}L+sh\mathrm{\α}L}(\sin \mathrm{\α}x-sh\mathrm{\α}x)$

式中参数

本发明通过如下两个重要指标对综合抗弯刚度EI和质量进行识别。

1、振型指数

第i阶振型的振型指数定义为：采用插值函数拟合的方法获得。

2、振型特征点比值

第i阶振型的低阶归一化振型的特征点比值定义为：

${\mathrm{\η}}_i=\frac{\mathrm{\φ}\left(\frac{L}{2}\right)}{\mathrm{\φ}\left(L\right)}=\frac{\[(cos\mathrm{\α}\frac{L}{2}-ch\mathrm{\α}\frac{L}{2})-\frac{cos\mathrm{\α}L+ch\mathrm{\α}L}{sin\mathrm{\α}L+sh\mathrm{\α}L}\left(sin\right(\mathrm{\α}\frac{L}{2})-sh\mathrm{\α}\frac{L}{2})\]}{\[(\cos \mathrm{\α}L-ch\mathrm{\α}L)-\frac{\cos \mathrm{\α}L+ch\mathrm{\α}L}{\sin \mathrm{\α}L+sh\mathrm{\α}L}\left(sin\right(\mathrm{\α}L)-sh\mathrm{\α}L)\]}$

上述方程为超越方程，采用常规的数值解法进行求解。绘出上述函数图像，交点横坐标即为α的根，据此求出频率和振型。在具体连续刚构桥中，由于是变截面，因此按常规的数值有限元进行分析而具体实施。

本发明方法的步骤如下：

附图3中1、6为待识别重量梁段，2、3、4、5为四个测点，9为数据测试分析系统，7、8为待识别刚度梁段。

(Ⅰ)在待识别重量梁段1和6浇筑前测试2、3、4、5四个测点频谱数据，得到第一阶频率和振型特征值。通过这六个参数采用最小二乘方法获得待识别刚度梁段7和8的综合刚度EI₁和EI₂(注：单位长度的质量在以前的悬臂施工中已经进行准确识别)。

(Ⅱ)在待识别重量梁段1和6浇筑后测试2、3、4、5四个测点频谱数据，得到第一阶频率和振型特征值。通过这六个参数采用最小二乘方法获得梁段1和6的重量

(Ⅲ)前述识别效果受测试环境条件影响较大或其他影响因素干扰情况下，能够采用常规的高阶模态进行识别，但高阶模态的振型特征值λ、η要根据理论振型形状选择竖坐标大的位置进行计算。

(Ⅳ)识别完毕后，结合待识别重量梁段1和6浇筑过程的梁端标高变化值就能够确定浇筑过程由结构引起的下挠量，再采用有限元法对温度引起的下挠量进行差值计算，据此在现场进行挂篮前端标高的调整，以达到悬浇线形控制的目标。

本发明方法所用软、硬件均为公知。

本发明主要解决连续刚构桥施工监控实施过程中的测控问题，采用较为准确的且更加容易实现的测试方法，对已浇筑梁段的地综合刚度及质量进行识别，以对下一个待浇注的梁段产生的下挠量进行预测，从而提前预留施工预拱度，实现桥梁合理成桥线形，主要优点在于：

1、不受温度影响，不必在夜间进行测量，减小了作业的潜在安全风险。

2、软硬件成熟，数据处理简洁，传感器能够连接无线通讯，实现无人监控。

3、精度进一步提高，增加了被动控制的方法和手段。

附图说明：

图1为本发明的测控对象各构件名称示意。

图2为本发明例力学模型简化图。

图3为本发明具体实施时的示意图。

具体实施方式:

本发明方法的步骤如下：

附图3中1、6为待识别重量梁段，2、3、4、5为4个四个测点，9为数据测试分析系统，7、8为待识别刚度梁段。

(Ⅰ)在待识别重量梁段1和6浇筑前测试2、3、4、5四个测点频谱数据，得到第一阶频率和振型特征值。通过这六个参数采用最小二乘方法获得待识别刚度7和8的综合刚度EI₁和EI₂(注：单位长度的质量在以前的悬臂施工中已经进行准确识别)。

(Ⅱ)在待识别重量梁段1和6浇筑后测试2、3、4、5四个测点频谱数据，得到第一阶频率和振型特征值。通过这六个参数采用最小二乘方法获得1和6的重量

(Ⅲ)前述识别效果受测试环境条件影响较大或其他影响因素干扰情况下，能够采用常规的高阶模态进行识别，但高阶模态的振型特征值λ、η要根据理论振型形状选择竖坐标大的位置进行计算。

(Ⅳ)识别完毕后，结合梁端1和6浇筑过程的梁端标高变化值就能够确定浇筑过程由结构引起的下挠量，再采用有限元法对温度引起的下挠量进行差值计算，据此在现场进行挂篮前端标高的调整，以达到悬浇梁段线形控制的目标。

实际应用表明：本发明方法完全达到设计及施工规范的要求。