基于递推回归方法的混凝土桥梁施工挠度监测方法

李 振 袁传鹏

（济南城建集团有限公司，山东 济南 250031）

0 引言

随着交通事业的不断发展，桥梁工程也不断发展。为了满足人们对桥梁施工安全的需求，桥梁普遍使用自架设体系施工，也就是将桥梁的上部与下部进行施工。上部需要采用用混凝土现浇筑的形式，下部需要用混凝土已浇层来支撑。由此完成的桥梁施工方式更加稳定。混凝土的材料是非均质材料，施工较为便捷，浇筑时间较短，在建筑领域广泛使用。但是，混凝土材料特性较为不稳定，会受到温度条件、湿度条件等因素的影响，对桥梁施工产生挠度差异。

各个阶段的混凝土浇筑过程还会存在内力与位移情况，桥梁施工结束后，经过长时间的使用，就会出现不同程度的形变情况，影响桥梁的使用寿命。在桥梁施工过程中挠度变形情况较为复杂，影响其变形的因素有很多，无法准确地得出挠度形变情况，使桥梁施工更加困难，还会出现桥梁施工期坍塌的情况，不仅危害施工人员的安全，还会给施工团队造成较大的财产损失。

1 基于递推回归方法设计混凝土桥梁施工挠度监测方法

1.1 采集桥梁施工挠度数据

在桥梁挠度监测过程中，挠度数据采集至关重要。该文考虑到桥梁施工挠度数据监测的局限性，将挠度数据采集过程以多次采集数据为主，并将最终采集到的数据进行平均值处理，保证采集到的数据更加精准。数据采集过程中可能会存在环境因素的影响，该文采用抗干扰传感装置对数据进行采集，该采集方式可以有力地对抗环境等因素的干扰，挠度数据采集精准度更高。桥梁挠度数据采集过程中，挠度变化曲线的采集有利于分析出当前施工质量，施工全过程的挠度变化曲线如图1所示。

如图1所示，、为桥梁的横纵截面；为挠度变化曲线；、分别为不同区域的监测点；为不同时期桥梁挠度形变情况。将采集到的数据应用到后续监测过程中，可以精准地把控施工外业数据，提高监测精准度。

图1 施工过程中挠度曲线变化示意图

1.2 进行挠度施工数据处理

不同桥梁具有不同的结构形式、地理环境，挠度监测也会有所不同，使桥梁施工挠度监测工作较为困难。但是，桥梁挠度监测又具有一个相同点，那就是监测过程均为全周期监测，短期监测数据误差极大，不能进行后续使用。根据力学理论，与存在反比关系，挠度形变处理方程如公式（1）所示。

式中：（）为挠度形变处理方程表达式；为挠度变化近似值；d为挠度变化函数值。此时，施工数据的误差如公式（2）所示。

式中：为施工数据的误差；、为函数近似值；为常数。为了提高挠度数据监测的精准度，该文在计算出施工数据误差的基础上，对采集的无量数据进行序列化处理，如公式（3）和公式（4）所示。

式中：（）为初值化处理的无量数据；W（）为关联数据；W（）为初值处理序列；（）为均值化处理的无量数据；为基础数据；（）为逆化处理的数据。通过以上数据处理方式，可以消除部分数据误差，还存在施工因变量产生的监测误差需要进一步修正。

1.3 基于递推回归方法修正混凝土桥梁施工因变量

该文利用递推回归方法对混凝土桥梁施工因变量修正的基本思想是利用拟合曲线，提高挠度监测质量。该方式具有较强的拟合强度，与实际结果更加接近。也就是说，修正后的施工因变量更加符合实际施工条件，不仅可以减少一定的修正计算量，还可以提高挠度监测精度。该文假设挠度形变数据为，为初始监测数据，-为挠度监测的整体数据。因此，、、-为此次施工的因变量，修正公式如下。

在该基础上，应明确混凝土桥梁的施工过程与挠度两者之间是存在某种统计规律的，而处理此种统计关系与规律较为直接的方法是递推回归分析法。因此，可在完成上述研究后，结合施工中的观测数据，建立混凝土桥梁施工因变量与自变量之间的近似关系表达式，采用递推拟合模型，进行应变量的进一步修正。在施工中，使用计量装置获取现场挠度实测值、残差值等相关数据，建立针对工程的四维结构分析模型，将观测的挠度值作为模型的横向坐标系，绘制在不同施工行为下的测点挠度曲线。根据混凝土桥梁施工下的不同作业工况，进行连续测点工程数据的拟合，完成对数据的拟合后，识别并判断模型的类型，设定一个同期施工变量，将此变量代入模型，对连续测点的数据进行二次拟合，如果拟合后连续数据发生偏移或出现变化，代表此时模型存在回归粗差，如果拟合后连续数据未发生明显变化，可以认为此时模型不存在粗差。通过上述方式进行模型的校正，完成校正后，将混凝土桥梁施工因变量导入模型，将2个邻近因变量作为一个回归单元，按照“建模、预报、实时监测、反馈、诊断、修正、输出”的方式，不断校正混凝土桥梁施工因变量，通过逐层递推的方式，完成基于递推回归方法的混凝土桥梁施工因变量修正。

1.4 实现混凝土桥梁施工挠度的动态监测

为了实现混凝土桥梁施工挠度的动态监测，按照采集数据——处理数据——修正因变量的流程进行检测。而动态监测就是将所有的监测数据一一记录，使施工人员更加了解桥梁施工情况。对桥梁挠度监测可以分为3个阶段，施工完成后，需要根据各个监测点、监测块的挠度情况，制定出相关的反馈表，便于验收人员可以进行实时动态挠度监测。递推回归数据处理因变量的方式局限性不大，可以适用于大部分监测场景。在实际监测过程中，会存在负数的情况，此时对挠度数据进行逆化处理即可。但是在该过程中，考虑到混凝土桥梁施工挠度监测过程会受到桥梁悬臂施工几何形变等因素的影响，从而出现偶然数据或随机数据对动态监测结果造成影响的情况。因此，还需要在监测数据反馈过程中控制几何形位。对中小型跨度的混凝土桥梁工程来说，应在监测中统计其轴线动态偏移量，在统计时，可采用复核测量数据、预设监测工程偏转量以及预应力集中调整的方式实现。对大跨度的桥梁工程来说，需要在监测过程中，在施工现场布置完整的控制网，标注每个阶段或每个施工段的终点与起始点坐标，在浇筑前进行模板断面中心点的定位。同时，在保证桥梁结构监测过程排除外界相关因素的干扰后，可以参照张拉应力原则，明确施工不同作用力的顺序。按照该方式，进行混凝土桥梁施工挠度的动态监测，保证监测结果与实测结果具有较高的适配性。按照大跨度混凝土桥梁监测方式进行其挠度的动态监测，会产生大量的离散数据，针对离散数据来说，可以在满足施工平滑性的基础上，对数据进行简单判断，包括对离散数据的聚类处理等，在处理中，可以将实际应力监测值作为参照，将数据按照操作规范，导入ANSYS模型中，施工建模工具对数据进行集中校正、冗余去除与分析计算，提取集合中与测点匹配的数据，将其作为监测动态反馈数据。通过对监测数据的规范化处理，综合提升混凝土挠度监测效果。

2 试验

为了验证该文设计的监测方法实用效果，对上述方法进行对比试验验证。在其他条件均一致的情况下，试验结果以传统混凝土桥梁施工挠度监测方法，与该文设计的混凝土桥梁施工挠度监测方法对比的形式呈现，具体试验过程与试验结果如下所述。

2.1 试验过程

桥梁施工挠度监测会受到环境等因素的影响，想要获得长期有效的挠度监测结果，需要对桥梁施工情况进行深入分析，提高挠度监测的精准度。该试验根据力学原理，推断出桥梁施工过程中存在的摩擦力、压力、重力等势能之和为一常量。不同区域的桥梁施工，等高挠度越大，压力越小；等高挠度越小，压力越大。为了更加便于桥梁挠度的监测，该试验在桥梁上布设了多个监测点，第一个监测点布置在一个块顶面上，将其编号成MPMMA_10。在MPMMA_10监测块上使用精密仪器进行测量，并在施工全周期进行实时动态监测。在不同工况下，MPMMA_10监测块上的标高差值就是桥梁挠度变化值。在实际监测过程中，对每个监测块的基准数进行观测与读取，确保挠度值正确。

使用人工监测桥梁挠度较为复杂，也会存在一定的误差。因此，该文将采集过程编成程序，按照相同的方式进行监测数据采集。采集到的数据存储在相连计算机中，并对挠度数据进行处理，将多次采集到数据进行平均值处理，找出最佳的挠度监测值，作为试验的基本参数。使用程序采集的挠度监测数据，虽然在一定程度上可以缩短数据采集时间，提高采集精度，但是仍会存在较多的因变量，使数据出现误差。因此，该试验利用递推回归方法消除监测因变量，进一步提高挠度监测精准度。监测精准度计算公式如下。

式中：K为桥梁施工挠度监测精准度指标；C为数据采集出现的误差；Y为监测因变量；J为精准度系数。通过该公式，带入桥梁施工监测数据，得出监测精准度指标可以达到0.995以上，无限趋近于“1”。由此证明，挠度监测方法效果较佳。

2.2 试验结果

在上述试验条件下，该文随机选取出10个监测施工块，监测施工块挠度之间遵循着从低到高的原则。为了更加明显地区分监测施工块，该试验将其进行编号，分别为 MPMMA_10、MPMMA_20、MPMMA_30、MPMMA_40、MPMMA_50、MPMMA_60、MPMMA_70、MPMMA_80、MPMMA_90、MPMMA_100等。并同时使用传统混凝土桥梁施工挠度监测方法与该文设计的混凝土桥梁施工挠度监测方法，对桥梁挠度进行监测，并将两者的挠度监测值进行对比，具体试验结果见表1。

如表1所示，该文选取MPMMA_10~100的桥梁施工监测块号处于不同的桥梁挠度监测区域，实际挠度值从低到高排列，共同组成稳定的桥梁施工环境。在相同条件下，传统混凝土桥梁施工挠度监测方法的挠度监测值较低，与实际挠度值相差±0.050 mm左右。其中，MPMMA_40的桥梁施工监测块挠度监测值为1.982，与实际1.932的挠度值相差0.050mm；MPMMA_80的桥梁施工监测块挠度监测值为2.847，与实际2.897的挠度值相差0.050mm。其余检测块号与实际挠度值相差0.010mm~0.040mm。因此，使用传统混凝土桥梁施工挠度监测方法监测到的桥梁施工挠度值误差较大，需要进一步改善。而该文设计的混凝土桥梁施工挠度监测方法的挠度监测值，与实际挠度值误差较小，两者之间误差约±0.001mm。其中，MPMMA_30、MPMMA_50、MPMMA_90的桥梁施工监测块，挠度监测值与实际挠度值相一致，桥梁挠度动态监测效果较佳，监测精准度随之增加，符合该文研究目的。

表1 试验结果

3 结语

桥梁建设成为交通发展的重要载体，对各个城市之间运输业的发展来说，起到至关重要的作用。但是，随着桥梁通行车辆的增加，桥梁长期受到负荷、温度、地质等因素的影响，出现形变损伤，严重时甚至会出现坍塌情况。因此，需要对桥梁进行有效监测。桥梁施工挠度作为监测的重要指标，实时动态监测有利于了解桥梁的施工情况与使用情况。基于此，该文利用递推回归方法设计桥梁施工挠度监测方法。通过采集施工数据、处理采集数据、修正因变量等方法，实现桥梁施工挠度的动态监测。该文设计的方法综合考虑了多项影响因素，在施工阶段严格把控，对提高桥梁施工质量具有重要意义。