利用MIDAS對省道101線石門水電站庫區(qū)大橋進(jìn)行施工監(jiān)控的分析研究

張 毅，郭 強(qiáng)

(新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局，新疆 維吾爾自治區(qū) 830049)

1 工程概況

1.1 項目位置

石門子水電站庫區(qū)大橋項目為省道101線烏魯木齊～巴音溝公路中的一段，工程地點位于呼圖壁縣雀爾溝境內(nèi)，對應(yīng)擬建省道101線里程樁號為K79+600～K83+060。起點為K79+600，對應(yīng)老路里程 K84+600，終點K83+100，對應(yīng)省道101線老路里程 K91+100，起終點設(shè)計高均與老路順街。路線于K80+400～K80+550跨越呼圖壁河，路線全長3.5 km。全線主要控制點：路線起點、石門水庫淹沒區(qū)、橋位選址和路線終點。工程建設(shè)對改善呼圖壁縣交通出行條件，推進(jìn)沿線煤炭、旅游資源開發(fā)，促進(jìn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。

1.2 橋梁概況

(1)上部結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用90 m+150 m+90 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，箱梁采用C55混凝土。標(biāo)準(zhǔn)段橋?qū)?0.0 m，邊跨部分進(jìn)入緩和曲線段，橋面逐步加寬，最寬處為10.464 m，箱梁采用單箱單室直腹板斷面，其中箱寬5.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段翼緣板懸臂寬2.3 m。箱梁根部梁高H根=8.5 m，跨中及邊跨端部梁高H中=3.5 m，箱梁梁高變化采用1.8次拋物線，H根/L=1/17.7，H中/L=1/42.9。箱梁0#塊～7#梁段腹板厚度采用70 cm；8#、9#梁段為過渡段；10#～16#梁段腹板厚度采用50 cm，梁端現(xiàn)澆段采用70 cm。箱梁底板厚度變化采用1.8次拋物線，由箱梁根部90 cm漸變到跨中30 cm；箱梁頂板厚0#塊采用45 cm，其余均采用28 cm。箱梁橫坡由腹板高度調(diào)整，底板保持水平。

(2)下部結(jié)構(gòu)

主墩(1#、2#墩)采用實心雙薄壁墩，雙肢墩中心距為6 m，順橋向尺寸1.5 m，在墩底5 m范圍內(nèi)逐步加厚到2.2 m，橫橋向尺寸5.4-9.0 m，從墩頂?shù)蕉盏拙€性變寬。墩柱采用C50混凝土。

主墩承臺采用整體性承臺，順橋向尺寸9.6 m，橫橋向尺寸14.6 m，厚度4.5 m，承臺采用C30混凝土。基礎(chǔ)采用6根直徑2.2 m的嵌巖樁。

主橋下部采用矩形空心墩，截面尺寸為7.5 m(橫向)×6.5 m(縱向)，基礎(chǔ)采用350 cm的承臺，每墩6Φ2.2 m的鉆孔灌注樁。橋臺為柱式臺，采用2Φ1.5 m的鉆孔灌注樁。

2 結(jié)構(gòu)分析模型建立

2.1 計算模型

計算軟件采用MMIDAS/Civil 2012，建立平面桿系模型進(jìn)行計算。把整個主橋結(jié)構(gòu)離散為126個單元共有131個節(jié)點，根據(jù)施工程序分為60個施工階段對施工過程進(jìn)行模擬計算；把引橋結(jié)構(gòu)離散為76個單元共有77個節(jié)點，根據(jù)施工程序分為6個施工階段對施工過程進(jìn)行模擬計算。摩擦系數(shù)μ=0.15，偏差系數(shù)k=0.0015(1/m)，錨具一端回縮Δ=6 mm。

2.2 材料特性

在進(jìn)行分析時，采用了以下幾種材料，材料情況見表1。

表1 材料特性表

2.3 施工階段劃分

施工監(jiān)控計算將主橋結(jié)構(gòu)施工過程劃分為60工階段，引橋結(jié)構(gòu)施工過程劃分為6工階段。

2.4 計算荷載選取與計算假定

主梁懸臂澆筑時掛籃前后支點力按集中荷載輸入，橋面鋪裝及防撞欄桿等重按47.5 kN/m均布荷載輸入，其余構(gòu)件自重由程序自行計算。

對于掛籃的模擬采用集中力+彎矩進(jìn)行模擬，對于空掛籃+模板重量取值為80 t。

收縮徐變系數(shù)根據(jù)橋規(guī)(JTG D62—2004)計算，分析中考慮不同階段的不同應(yīng)力水平和加載齡期的變化。

3 計算結(jié)果列表

3.1 符號規(guī)定

應(yīng)力符號規(guī)定：壓應(yīng)力為-；拉應(yīng)力為+。

位移符號規(guī)定：下?lián)蠟?；上翹為+;水平方向往中跨方向為+；水平方向往邊跨方向為-。

C55按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)。

(1)施工階段

(2)使用階段

容許壓應(yīng)力：σcc≤0.50fck=17.75 MPa；容許拉應(yīng)力 ：小于0；容許主壓應(yīng)力：σcp≤0.60fck=21.30 MPa；容許主拉應(yīng)力：σtp≤0.40ftk=1.10 MPa。

C50按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)。

(1)施工階段

(2)使用階段

容許壓應(yīng)力：σcc≤0.50fck=16.20 MPa；容許拉應(yīng)力 ：小于0；容許主壓應(yīng)力：σcp≤0.60fck=19.44 MPa；容許主拉應(yīng)力：σtp≤0.60ftk=1.06 MPa。

3.2 主橋計算結(jié)果

下面選取了部分主要工況的計算結(jié)果以表格的形式給出，由于在合攏之前，兩個懸臂澆筑結(jié)構(gòu)是相似的，所以下面僅給出一個T構(gòu)一側(cè)懸臂澆筑過程的計算結(jié)果。

(1)主墩及0#塊梁段施工完位移與應(yīng)力結(jié)果

表2 主梁、主墩上下緣應(yīng)力表

表3 主梁豎向位移表

表4 主墩水平方向位移表

3.3 中跨合攏施工完成

表5 主梁、主墩上下緣應(yīng)力表

表6 主梁豎向位移表

表7 主墩水平方向位移表

4 結(jié) 論

(1)從計算的結(jié)果來看，在主橋及引橋施工過程中，部分梁段截面下緣產(chǎn)生了較小的拉應(yīng)力，但其拉應(yīng)力值遠(yuǎn)小于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)規(guī)定計算值，且隨著懸臂施工的推進(jìn)，最后成橋時，均轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力；同時在整個施工階段過程中，沒有過大的壓應(yīng)力產(chǎn)生，其壓應(yīng)力值均小于規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)7.2.8條壓應(yīng)力的規(guī)定計算值。此外，各節(jié)點位移變化較小，說明梁段剛度較大，相對可以較為容易的控制各梁段的標(biāo)高。

(2)本次復(fù)核計算中，監(jiān)控單位所有的計算假定和相應(yīng)參數(shù)均只是監(jiān)控計算的初始假定，在今后的工作中，將通過大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)和施工單位提供參數(shù)獲取信息，采用自適應(yīng)控制原理，以最小二乘法進(jìn)行參數(shù)識別和誤差估計，從而對初始模型進(jìn)行調(diào)整，力求準(zhǔn)確反映和指導(dǎo)工作。

(3)為后續(xù)橋梁評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。