计算模型参数估计算法
待估计参数——构件重量、刚度、徐变 系数、预应力损失 计算思路——优化方法 测量变量——索力、标高、应力 优化目标——误差最小 约束条件——参数在物理常识范围内
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参数估计计算原理
影响方程
可测量变量 待估计参数
Z A (S)
调整影响函数
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自动测量系统
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自 适 应 施 工 控 制 系 统 流 程
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四.不同类型桥梁控制特点
自适应控制方法、反馈控制方法只适用 于有循环的节段施工方法 即使采用节段施工，不同桥型也有不同 特点，必须采用不同的对策
一.施工监控的内容
理论计算确定控制目标
• 成桥时的理想控制目标值 • 每个施工步骤中的分步控制目标值 • 成桥及施工过程中各目标值的精度标准
施工现场跟踪实际操作保证目标的实现
• 获得结构行为的实测值 • 对实际结构进行调整 • 调整施工阶段控制目标值
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4.最优控制调整量计算
参数估计算法 修改理想状态 有限元计算模型 施工理 想状态 + 参数调节 实测结果 实际结构 控制调整量 e 施工 结果 输出
计算结果
控制量输入
控制量反馈计算
自适应施工控制基本原理
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最优控制调整量计算
控制目标——应力、标高 调整手段——索力、预应力、标高 计算思路——优化方法 优化目标——残余误差最小、能量最小、 调整的功最小 约束条件——调整必须在材料强度允许 范围内、残余误差在允许范围内
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2. 确定理想状态计算方法
参数估计算法 修改理想状态 有限元计算模型 施工理 想状态 + 参数调节 实测结果 实际结构 控制调整量 e 施工 结果 输出
计算结果
控制量输入
控制量反馈计算
自适应施工控制基本原理
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确定理想状态的计算方法
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设计与制造过程
结构架设分析
调查在设计，制造，架设过程中的随机误差因素 误差因素对结果误差的影响 选择测量项目
Sakai 提 出 的 斜 拉 桥 施 工 控 制 系 统 流 程
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计算每个工况的设计线型和应力值Yd
确定精度允许值rd
第K架设工况 测量值Ym
计算结果误差rk
确定成桥理想状态
确定施工步骤的控制目标
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确定成桥理想状态
内部静定结构——连续梁、拱、吊桥
• 结构尺寸、施工方法确定后内力状态随之唯 一确定
内部超静定结构——斜拉桥、组合拱
• 同样的结构、同样的施工方法，不同索力 （吊杆力）可以获得不同内力状态 • 最优问题——内力最小、应力最小、弯曲能 量最小、材料最省、造价最省 • 确定性问题——刚性支承连续梁
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二.施工控制的思路
开环施工控制
反馈施工控制
自适应施工控制
最优控制
结论： 自适应控制是目前适用于循环施工 桥梁最理想的方法，最优控制不适用于桥梁
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三.自适应施工控制系统要素
参数估计算法 修改理想状态 有限元计算模型 施工理 想状态 + 参数调节 实测结果 实际结构 控制调整量 e 施工 结果 输出
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优化计算原理
影响方程
受控变量 调整措施
Z A (S)
调整影响函数
优化目标方程
受控变量
J min f (Z) min f [A(S)]
优化目标 优化目标函数
约束条件
s i s i max (i 1， 2， ， r ) z i z i max (i 1， 2， ， r )
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悬索桥的特殊问题
成桥线形 空缆线形 计算起始线形 由于大变形几何非线性，只能正装叠代
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3.允许误差确定方法
随机误差传递法 可靠度反问题方法 目前状态：经验法
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自适应控制思路在瓯江二桥 施工控制中的应用
工程概况
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43Biblioteka 制目标控制的最终目标是：使成桥后的线形与设计线形所有 各点的误差均控制在4厘米范围之内， 且斜拉索索力与 设计值的误差控制在5%范围之内。 每一施工步骤中的误差控制水平：
计算结果
控制量输入
控制量反馈计算
自适应施工控制基本原理
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1.施工过程模拟计算
参数估计算法 修改理想状态 有限元计算模型 施工理 想状态 + 参数调节 实测结果 实际结构 控制调整量 e 施工 结果 输出
计算结果
控制量输入
控制量反馈计算
自适应施工控制基本原理
一.施工监控的内容
成桥
理
想状
态
误
施工控
施工和结构
差标 准
制目标 值
状态监测
调整施工
控制目标
是
否误差 误差标
后续施工
满
足
步骤
准
误差原因 调整结构
辨识
状态
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二.施工监控的思路
开环施工控制——适用于简单桥梁或非 循环式施工桥梁 反馈施工控制——适用于结构参数比较 稳定的桥梁 自适应施工控制——适用于循环式施工 桥梁 目前尚没有一种算法可直接用于施工控 制，控制方法只是一种思路的应用
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悬臂浇筑混凝土斜拉桥控制对策
立模标高＝设计成桥位置＋施工中的位移累计值（反向）
1 ．对于已建成梁段的线形误差在一定程度上可以 通过斜拉索索力的调整来纠正，但是，由于主梁刚 度较大，不可能通过索力调整纠正所有误差。残余 的误差可以通过下一节段的立模标高来调整。 2 ．及时识别误差产生的原因，估计计算程序参数 的实际值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、 徐变系数等，重新计算未浇筑梁段的预拱度，修改 施工阶段索力及相应的标高目标值，避免出现新的 误差。
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1.悬臂浇筑混凝土斜拉桥
施工特点：
结构参数的准确性较差，而且要等到节段施工完成后 才能确定 主梁的刚度较大，节段的局部变形很小，索力调整对 局部线形的调整作用很小 调整范围受到混凝土应力的限制 挂篮刚度对局部变形有较大影响，长挂篮在混凝土浇 筑节段参与结构受力 未施工节段的立模标高可以任意确定，与已浇筑梁段 无关
优化目标方程
实际测量值
预计测量值
J min f ( Z - Z) min f [ Z - A(S)]
优化目标 优化目标函数
约束条件
s i s i max (i 1， 2， ， r )
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参数估计方法分类
一类是基于误差最小化的算法，如 最小二乘法 一类是基于状态估计理论的算法， 如扩展卡尔曼滤波法 存在的问题：
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最优成桥状态确定算法
影响方程
索力向量
Z A (S)
待优化变量 影响函数
待优化变量
优化目标方程
J min f (Z) min f [A(S)]
优化目标 优化目标函数
约束条件
s i s i max (i 1， 2， ， r ) z i z i max (i 1， 2， ， r )
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悬臂浇筑混凝土斜拉桥控制对策
3．由于立模标高可以随时调整，索力值应该作为控制 的依据，某节段标高只要控制在允许范围之内即可认 为满足要求。如果索力到达设计值时标高同时达到预 计值，说明计算模型与实际结构是吻合的，否则，说 明两者之间存在差异，必须对参数进行重新估计。 4．挂篮刚度只影响正在浇筑的梁段标高，但由此引起 的误差将永远存在于主梁线形中，必须考虑钢筋骨架 对挂篮刚度的影响。
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1.开环施工控制基本原理
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2.反馈施工控制基本原理
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日本横滨海湾桥控制流程图
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3.自适应施工控制基本原理
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一.施工监控的目的和内容
施工控制的必要性
• 大跨度桥梁线刚度较低，相对变形较大 • 大跨度桥梁施工过程复杂，较多体系转换 • 大跨度桥梁施工步骤较多，材料、结构尺寸、 施工操作误差的累计误差较大 • 斜拉桥设计规范中把施工控制作为实现设计 目标的必要措施
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