連續(xù)剛構(gòu)橋施工線形控制分析

胡家亮 戶振法

摘 ?要：文章首先運(yùn)用Midas Civil軟件對橋梁建立有限元模型，然后對橋梁在恒荷載和溫度荷載施工工況下進(jìn)行數(shù)值模擬分析，最后對橋梁施工預(yù)拱度進(jìn)行計(jì)算分析。通過對橋梁施工監(jiān)控計(jì)算來保障橋梁施工過程中結(jié)構(gòu)安全、使橋梁成橋線形符合設(shè)計(jì)方案以及使橋梁成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;懸臂澆筑法;數(shù)值模擬;施工工況;預(yù)拱度計(jì)算

中圖分類號(hào)：U445.1 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0041-03

Abstract： In this paper， the finite element model of the bridge is established by using Midas Civil software， and then the numerical simulation and analysis of the bridge under constant load and temperature load construction conditions are carried out. Finally， the pre-camber of the bridge construction is calculated and analyzed. Through the bridge construction monitoring and calculation the structural safety in the process of bridge construction is ensured， so that the bridge is built into a linear shape in line with the design scheme， and the internal force of the structure after the completion of the bridge can reach the optimal state.

Keywords： continuous rigid frame bridge; cantilever pouring method; numerical simulation; construction condition; pre-camber calculation

1 工程概況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)概況

佛山市富灣大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用（75+130+75）m PC連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用C55砼。半幅橋?qū)?6.25m，采用單箱單室箱形斷面，其中箱寬7.8m，兩側(cè)翼緣板懸臂長4.225m。

1.2 橋梁施工概況

主橋混凝土主體部分采用懸臂澆筑，邊梁澆筑段所采用的滿堂支架現(xiàn)澆施工，在進(jìn)行邊跨合攏，最后進(jìn)行中跨合攏，先在支架或掛籃模板上澆筑混凝土，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后張拉相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋，最后進(jìn)行橋面施工[1]。

2 橋梁施工數(shù)值模擬分析

2.1 確定計(jì)算參數(shù)

（1）定義材料參數(shù)。材料參數(shù)主要包括混凝土材料參數(shù)、預(yù)應(yīng)力鋼筋參數(shù)和普通鋼筋參數(shù)。

（2）定義截面類型和單元類型。截面類型包括跨中截面、支座截面、跨中-支座截面、支座-跨中截面、橋墩截面。主梁和主墩單元類型均采用梁單元。

2.2 建立計(jì)算模型

（1）建立結(jié)構(gòu)模型。主梁模型為單箱單室箱形模型，橋墩模型為空心雙柱式模型。

（2）定義邊界條件。主梁與橋墩間采用彈性連接中的剛性連接，橋墩與樁基間采用剛性連接，樁基底部設(shè)置為固定端。邊跨現(xiàn)澆時(shí)，邊跨滿堂支架段設(shè)置臨時(shí)約束以限制其縱向位移;成橋后撤掉臨時(shí)約束，代之以端點(diǎn)彈性連接中的剛性連接來模擬[2]。

（3）施加荷載條件。荷載條件包括自重、預(yù)應(yīng)力荷載、掛籃荷載、混凝土節(jié)段濕重荷載、移動(dòng)荷載、溫度荷載以及二期恒載。

（4）定義時(shí)間依存性材料特性值。定義時(shí)間依存性材料特性值包括定義混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線、定義混凝土收縮徐變函數(shù)以及時(shí)間依存性材料連接。

（5）定義施工階段。施工階段包括橋墩施工、0-1#塊施工、2-9#塊施工、10-17#塊施工、邊梁現(xiàn)澆段施工、邊跨合攏段施工、中跨合攏段施工及橋面施工。

2.3 輸出計(jì)算結(jié)果

（1）恒荷載作用下主梁內(nèi)

力計(jì)算。恒荷載作用分為一期恒荷載作用和二期恒荷載作用，一期恒荷載主要為預(yù)應(yīng)力混凝土自重，二期恒荷載為橋面鋪裝、人行道、欄桿與防撞護(hù)欄的重度之和。恒荷載作用下主梁彎矩計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由圖2可知，恒荷載作用下當(dāng)截面位置小于邊跨跨中或大于中跨左支點(diǎn)處時(shí)主梁彎矩隨截面位置的增大而增大，當(dāng)截面位置大于邊跨跨中且小于中跨左支點(diǎn)處時(shí)主梁彎矩隨截面位置的增大而減小。一期恒載作用下主梁最大彎矩比二期恒載作用下主梁最大彎矩要大50671.37kN*m，一期恒載作用下主梁最小彎矩比二期恒載作用下主梁最小彎矩要小600370.55kN*m。

通過計(jì)算一期恒荷載及二期恒荷載的作用集度，然后用midas civil軟件讀入數(shù)據(jù)就能計(jì)算恒荷載作用下主梁剪力如表2所示。

由圖3可知，恒荷載作用下當(dāng)截面位置小于邊跨跨中或大于中跨左支點(diǎn)處時(shí)主梁剪力隨截面位置的增大而增大，當(dāng)截面位置大于邊跨跨中且小于中跨左支點(diǎn)處時(shí)主梁剪力隨截面位置的增大而減小。一期恒載作用下主梁最大剪力比二期恒載作用下主梁最大剪力要大4555.89kN，一期恒載作用下主梁最小剪力比二期恒載作用下主梁最小剪力要小26826.92kN。

（2）溫度荷載作用下主梁內(nèi)力計(jì)算。溫度荷載作用分為溫度梯度荷載作用和系統(tǒng)溫度荷載作用，溫度梯度用板的上下面溫度差和板厚度來表示，系統(tǒng)溫度用橋梁最終溫度減去初始溫度來表示。溫度荷載作用下主梁彎矩計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由圖4可知，當(dāng)截面位置小于邊跨跨中時(shí)溫度梯度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置的增大而減小，然而系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置增大而增大;當(dāng)截面位置大于邊跨跨中時(shí)溫度梯度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置的增大而增大，然而系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置增大而減小。系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁最大彎矩比溫度梯度荷載作用下主梁最大彎矩要大16901.41kN*m，系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁最小彎矩比溫度梯度荷載作用下主梁最小彎矩要大8255.03kN*m。

連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)體系，溫度梯度和系統(tǒng)溫度的升溫以及降溫都會(huì)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力。溫度荷載作用下主梁剪力計(jì)算結(jié)果如表4所示。

由圖5可知，當(dāng)截面位置小于邊跨跨中時(shí)溫度梯度荷載作用下主梁剪力隨截面位置的增大而增大，然而系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁剪力隨截面位置增大而減小;當(dāng)截面位置大于邊跨跨中時(shí)溫度梯度荷載作用下主梁剪力隨截面位置的增大而減小，然而系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁剪力隨截面位置增大而增大。系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁最大剪力比溫度梯度荷載作用下主梁最大彎矩要小450.26kN，系統(tǒng)溫度荷載作用下主梁最小剪力比溫度梯度荷載作用下主梁最小剪力要小445.52kN。

3 橋梁施工預(yù)拱度計(jì)算分析

佛山市富灣大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度在本文中有兩種含義。其一為理論預(yù)拱度，是指有限元軟件計(jì)算預(yù)拱度。其二為實(shí)際預(yù)拱度，是指實(shí)際工程現(xiàn)場測量計(jì)算預(yù)拱度。

3.3 橋梁施工預(yù)拱度計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)公式（1）和公式（2）可得橋梁施工階段預(yù)拱度計(jì)算結(jié)果如表5所示。

由圖6可知，當(dāng)截面位置小于邊跨3/4時(shí)，理論預(yù)拱度和實(shí)際預(yù)拱度均隨截面位置的增大而增大;當(dāng)截面位置大于邊跨3/4時(shí)，理論預(yù)拱度和實(shí)際預(yù)拱度均隨節(jié)點(diǎn)與梁端距離的增大而減小。實(shí)際預(yù)拱度最大值比理論預(yù)拱度最大值要大14.17mm，實(shí)際預(yù)拱度最小值比理論預(yù)拱度最小值要小4.24mm。

4 結(jié)論及建議

（1）本文中佛山市富灣大橋?qū)儆诖罂缍冗B續(xù)剛構(gòu)橋，所以佛山市富灣大橋施工監(jiān)控計(jì)算適合用倒拆計(jì)算法。但是倒拆計(jì)算法無法解決橋梁結(jié)構(gòu)的非線性問題和混凝土的收縮徐變問題，因此要結(jié)合使用正裝計(jì)算法直到橋梁施工監(jiān)控計(jì)算結(jié)果閉合為止。

（2）由于截面位置在中跨跨中時(shí)主梁彎矩最大，在邊跨跨中時(shí)主梁剪力最大，為保證橋梁施工安全應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量同時(shí)增加邊跨跨中及中跨跨中處的應(yīng)力及位移監(jiān)測頻率。

（3）由于實(shí)際施工預(yù)拱度要大于理論預(yù)拱度且實(shí)際橋梁在施工階段撓度變化較為復(fù)雜，為減小橋梁施工中預(yù)拱度誤差可在理論預(yù)拱度基礎(chǔ)上加大15%來設(shè)置實(shí)際施工預(yù)拱度。

參考文獻(xiàn)：

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