桥梁工程中高墩柱滑模的施工技术

彭 娟 娟

(山西路桥第一工程有限责任公司,山西 太原 030006)

在桥梁工程中，高墩柱滑模或SMC是一种非线性控制方法，它通过施加不连续的控制信号(或更严格地说是一组值控制信号)来改变非线性系统的动态特性，该控制信号迫使系统沿着系统的一个横截面滑动。状态反馈控制律不是时间的连续函数。相反，它可以根据状态空间中的当前位置从一个连续结构切换到另一个连续结构。因此，高墩柱滑模是一种变结构控制方法。多重控制结构的设计使得轨迹总是朝着具有不同控制结构的相邻区域移动，因此最终轨迹不会完全存在于一个控制结构内。相反，它会沿着控制结构的边界滑动。系统沿着这些边界滑动时的运动称为滑动模式，由边界组成的几何轨迹称为滑动(超)表面。在现代控制理论的背景下，任何可变结构系统，如SMC下的系统，都可以看作是混合动力系统的一个特例，因为系统既流过连续状态空间，也流过不同的离散控制模式。

1 滑模控制

当系统轨迹到达地表时，沿着地表的滑动模式在有限时间内开始。在滑动模式的理论描述中，系统保持限制在滑动表面上，并且只需要被视为沿着表面滑动。然而，滑动模式控制的实际实现是将这种理论行为与高频并且通常非确定性的开关控制信号近似地导致系统在滑动表面的紧密区域中“颤振”。

直观上，滑模控制使用无限增益来迫使动态系统的轨迹沿着受限滑动模式子空间滑动。来自这种降阶滑动模式的轨迹具有期望的性质(例如，系统自然地沿着它滑动，直到它达到期望的平衡)。滑模控制的主要优点是鲁棒性。因为控制可以像在两个状态之间切换一样简单(例如，“开”/“关”或“前进”/“反向”)，所以它不需要精确的、对参数变化敏感控制通道。此外，因为控制律不是连续函数，所以可以在有限时间内达到滑动模式(即，比渐近行为更好)。在某些常见条件下，最优性要求使用爆炸控制；因此，滑模控制为广泛的动态系统描述了最优控制器。

滑模控制器的一个应用是对由开关功率变换器操作的电驱动器的控制。由于这些变换器的不连续操作模式，不连续滑动模式控制器是连续控制器的自然实现选择，需要通过脉冲宽度调制或类似的技术将连续信号施加到只能采取离散状态的输出来应用。滑动模式控制在机器人技术中有许多应用。这种控制算法已经被用于模拟海域无人水面船舶的跟踪控制，取得了很好的成果。

滑动模式控制必须比其他形式的非线性控制更加谨慎，这些非线性控制具有更温和的控制作用。由于执行器有延迟和其他缺陷，硬滑模控制动作会导致颤振、能量损失、设备损坏和未建模动态激。连续控制设计方法不仅易受这些问题的影响，并且可以模仿滑动模式控制器。

2 高墩滑模施工工艺

2.1 钢筋加工及安装

钢筋笼通常在液压折弯机和剪切机的帮助下在项目现场制造。但是，对于小型或定制工作而言，手动钢筋弯曲机的工具就足够了。钢筋由钢筋固定器或钢筋混凝土工作人员配置，钢筋支撑和混凝土或塑料钢筋间隔器将钢筋与混凝土模板分开，以建立混凝土保护层并确保实现合适的嵌入。网箱中的钢筋通过点焊连接，捆扎钢丝，有时使用电子钢筋层或机械连接。对于环氧涂层或镀锌钢筋的绑扎，通常分别使用环氧涂层或镀锌钢丝。

箍筋形成钢筋笼的外部。箍筋通常是矩形的，并沿柱子或横梁每隔一定的间隔放置，以防止剪切破坏。

机械连接也称为“机械联轴器”或“机械接头”，使用机械连接将钢筋连接在一起。机械耦合器是降低现浇混凝土施工中高度加固区域螺纹钢塞的有效手段。这些耦合器也用于预制混凝土构件之间的连接处。

机械连接的结构性能标准因国家、代码和行业而异。作为最低要求，规范通常规定钢筋与拼接连接达到或超过钢筋规定屈服强度的125%。更严格的标准还要求开发钢筋的指定极限强度。例如，ACI 318规定了类型1(125%Fy)或类型2(125%Fy和100%Fu)性能标准。

2.2 混凝土施工

混凝土施工过程中最重要的一步就是确定组成混凝土及其比例的成分。需要考虑很多变量，包括水泥类型、骨料粒度和类型、水量以及矿物和化学外加剂。如果混合料设计不正确，会导致混凝土质量问题，给施工结果带来不良影响。

混凝土可以制造形成多种强度，但由于混凝土的成本与其强度密切相关，因此需要合理控制混凝土的强度。对于低载荷应用，混凝土的质量由其他因素决定，如抗冻性或耐磨性。混凝土施工的可操作性主要取决于混凝土的设置方式。混凝土可以倾倒、泵送、甚至喷射到位，这会影响所需的可施工性。还必须考虑其他因素，例如模具形状、钢筋间距以及现场可用于将新鲜混凝土放置后的固结设备。可加工性通常由坍落度来定义，这是当放置到平坦表面时混凝土在其自身重量下趋于分散的倾向。

如果混凝土将暴露在恶劣条件下，则必须确保混凝土具有较好的质量。在寒冷天气下，混凝土必须能够抵抗冻结。道路必须能够承受盐的腐蚀作用。应用于地下的混凝土必须能够抵御水分和侵蚀性物质从土壤中进入。

大多数混凝土在称为预拌混凝土厂的中心位置进行配料和混合，然后运输到所需位置。预拌混凝土搅拌机有各种骨料和水泥，在控制条件下储存，以及称量和混合的良好设备。因此，混凝土的质量应该保持一致。混凝土搅拌车可以用来运输已经混合的混凝土，或者可以在卡车运行到现场时进行混合。预拌混凝土的一个潜在缺点是，将混凝土输送到现场所需的时间可能会耗尽早期的良好施工性能。这通常可以通过使用缓凝剂来处理。

2.3 固化

如果混凝土搅拌车可以靠近现场，那么混凝土可以直接倒入模板中。在搅拌车无法靠近的情况下，混凝土可以使用起重机或手推车转运到水桶中。混凝土也可以使用专用混凝土泵通过管道或软管系统泵送到现场。要泵送的混凝土对可加工性有更严格的要求。如果混凝土太干燥，则不能很好地泵送；而如果太湿，则会趋于分离。如果混凝土过快落入模板，也会发生偏析，因为较大的聚集颗粒往往会向下驱动。

一旦混凝土就位后，应将其固定以消除放置过程中产生的大空隙，并确保混凝土已充分流入模板中。这个过程也被称为压缩。过度固结可导致混凝土与模板分离，但欠固结更为常见，导致性能低于最佳值。两种最常见的固结方法是振动和碾压。振动是一种机械过程，通常通过插入混凝土的探针将剪切能量的脉冲传递给模板。每一次剪切能量脉冲都会瞬间液化混凝土，使其能够非常自由地流动。剪切能量只能通过有限厚度的混凝土，因此，当放置厚的混凝土结构时，混凝土会分层浇筑，每层在下一层浇筑到混凝土结构上之前固化。

2.4 精加工

对于桥梁工程，表面的外观、光滑度和耐久性尤为重要。精加工是指对墩柱表面进行固结处理以达到所需性能的最终处理。浮动和抹平是在混凝土开始硬化时进行的表面压实和光滑处理过程。这将是车道和人行道的标准程序。在混凝土硬化后，可以使用机械抛光来使表面变粗糙，使其不易滑动或抛光表面，作为装饰性步骤，以突出特殊骨料如大理石碎片的美感。最近桥梁工程精加工过程涉及使用混凝土染料和表面模具来模拟砖，装饰铺路石，甚至瓷砖的外观。

3 结语

本文对桥梁工程中高墩柱滑模的施工要求、施工特点和施工工艺进行了总结和分析。有效应用和完善这些施工技术，将为桥梁工程提供更好的质量保障，延长桥梁的使用寿命，为社会创造更好的经济效益。