天津市市政工程设计研究院 天津市 300051
摘要：本文基于某连续梁特大桥工程实例，运用Midas/civil大型有限元分析软件对该桥进行施工过程仿真分析，建立三维有限元实体模型，以得出每个施工过程中的主梁应力及挠度，并将其与实际施工过程中监控所得的数据进行对比分析，必要时可进行调整，从而指导施工。
关键词：连续梁桥 仿真分析 施工监控
1.引言
随着连续梁桥的广泛应用，越来越多影响桥梁成桥线型和内力状态的因素逐渐显现出来。现在大部分桥梁主梁施工均采用节段悬臂浇筑施工方法，随着各个节段逐渐浇筑完成，主梁所受的荷载、约束条件都是动态的，每个节段的变形与应力都是由在其之前的节段变形与应力逐渐累计而达到的。同时，由于在施工过程中是在零号块设立临时支架以维持主梁稳定，因此其稳定性不是很好，需要对主梁进行监控方能避免事故的发生。因此，有必要通过在施工过程中对桥梁结构进行施工控制，对关键部位进行监测，根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应的调整，从而确保桥梁结构的内力与线型均满足设计要求。
2.工程概况
某大跨径连续梁桥设计为变截面预应力混凝土箱梁结构型式，跨径布置109+168+109 m，采用悬臂施工方法建造。全桥分为27个混凝土梁段，其中0#和1#梁段都是采用支架现浇施工，而2~25#梁段采用挂篮悬臂现浇施工，26#梁段采用合拢段进行施工，27#梁段为边跨现浇混凝土梁段采用支架施工。主梁采用预应力混凝土单箱单室截面进行设计，箱梁的顶板宽度设计达19.3 m底板宽度为9.7 m，两侧翼缘板悬臂长度总和4.8 m。箱梁结构采用变高度设计为二次抛物线变化，从悬臂浇筑的末端到箱梁的根部，梁高的变化采用二次抛物线进行设计，为H=0.001003048x²+4.0（m），因此根部梁高10.5 m而跨中梁高4.0 m。根部腹板宽度1.2 m而跨中腹板宽度为0.5 m，由跨中向箱梁根部分别通过0.85 m和1.0 m渐变。根部顶板厚度为0.5 m而跨中顶板厚度为0.32 m。根部底板厚度为1.2 m而跨中设计为0.35 m，采用二次抛物线渐变，抛物线线形为H=0.000138113x²+ 0.35（m）。箱梁设计横向坡度以利于排水，底板保持水平，横坡通过腹板的高度进行调整。
本预应力混凝土箱梁桥采用三向预应力设计体系，纵向预应力采用22Фs15.2和25Фs15.2两种规格的高强度低松弛钢绞线，钢绞线的抗拉强度设计标准值为1860MPa，张拉控制为1395 MPa。腹板采用19Фs15.2钢绞线，边跨底板采用19Фs15.2和22Фs15.2两种规格的钢绞线，中跨底板采用22Фs15.2钢绞线，这些钢绞线都采用双端张拉施工工艺而边跨顶板接长束采用单端张拉工艺。横向预应力布控在顶板，采用3Фs15.2规格的高强低松弛钢绞线，采用单端交错张拉施工工艺。竖向预应力采用3Фs15.2钢绞线，布置在腹板区域内，采用二次张拉工艺以削减锚固回缩等引起的预应力损失。所有的钢绞线标准强度都为1860Mpa。
3.施工监控内容
依据某连续梁桥的工程概况、设计图纸以及详细的施工过程，再加上我们之前有做过许多连续梁桥的施工监控，因此在这方面很有经验，由此确定该连续梁桥施工监控的主要内容有：
（1）对该连续梁桥进行施工过程仿真分析，得出其在各个施工阶段结构的变形与应力状态，并用设计结果来校核其正确性。
（2）在主梁每个施工阶段，需在现场对其进行主梁变形和应力的量测。
（3）对现场测得的主梁相关数据进行分析，必要时需对节段立模标高进行调整以及选择合适的时机和方式进行合拢等。
4.施工过程仿真分析
4.1施工阶段划分
某连续梁桥采用Midas/civil大型通用有限元分析软件建立三维有限元实体模型，并并按实际施工过程划分施工过程，从而进行施工过程仿真分析。具体施工过程如下：
1）完成承台和墩身等下部结构的施工；
2）在临时支架上浇筑零号块和1号块，张拉零号块和1号块预应力，并在1号块前端安装挂篮和模板；
3）在已安装的挂篮和模板上绑扎钢筋，浇筑2号块，达到要求强度后张拉2号块预应力，随后挂篮前移至3号块，安装3号块模板，如此循环施工；
4）循环施工直至张拉25号块预应力，同时在满堂支架上浇筑边跨现浇段，之后进行边中跨压重，安装好吊架，选择合适时机进行边跨合拢，张拉完边跨合拢束之后随即进行体系转换，卸除零号块临时支架和边跨现浇段满堂支架；
5）选择合适时机进行中跨合拢，达到要求强度后张拉边跨合拢束。
6）将所有挂篮和吊架进行拆除，所有拆除完成后上二期横载；
7）十年收缩徐变。
4.2建立有限元模型
采用采用Midas/civil大型通用有限元分析软件建立三维有限元实体模型进行施工过程仿真分析，模型如图1所示：
图1 桥梁三维模型
5.监控结果
5.1应力分析
仿真分析所得主梁应力变化结果如图2—图4。
由上图可得，主梁在最大双悬臂时最大压应力为13.2MPa，在二期铺装后最大压应力为12.3MPa，在十年收缩徐变后最大压应力为13.1MPa，成桥后未出现拉应力。
在阶段施工过程中，我们将主梁应力的量测设置在如下地方，如图5所示：
（1）各跨箱梁根部附近断面；
（2）各跨箱梁约L/2处；
（3）主跨箱梁腹板变截面处断面（约L/4处）。
图5 主梁应力测试断面位置布置示意图
桥梁的测点在断面内的布置如图6所示，每个测试断面都相同。
下面我们将浇筑13号块之后左幅2~5号和7~10号断面下翼缘的理论值与实测值进行比较分析，结果如图7和图8所示。
由图7可得，各个断面下翼缘的实测值与理论值较为接近，应力差距最大的地方是在3号断面的上翼缘，有1.27MPa。
上述测点中出现的最大压应力为9.38MPa，小于规范中的压应力限值。因此，在主梁节段施工过程中，结构的应力处于可控状态，结构安全。
5.2标高控制
在主梁悬臂浇筑施工过程中，主梁所产生的挠度直接影响着连续梁桥的中边跨合拢精度和竣工时主梁的梁底线型是否平顺。悬浇梁段最前端的变形主要反映在最前端节段梁底立模标高上，该立模标高需要在考虑环境温度、混凝土收缩徐变、节段的重量、预应力张拉值以及在施工过程中所产生的各种荷载等多种因素的影响后经过计算得出，这样才能对控制好主梁变形起到指导作用。
主梁各个节段最前端的梁底立模标高可以通过下式确定：
式中：Hi为在已浇筑节段张拉后即将浇筑节段最前端底模的标高；H0为该处成桥时的梁底设计高程；fi为即将浇筑节段与其后各个节段影响此处所产生的位移值；ft为浇筑本节段混凝土后该处挂篮所产生的弹性变形值（此值需根据施工单位进行挂篮预压试验后挂篮的变形数据得出）；fx为考虑环境温度、混凝土收缩徐变以及在施工过程中所产生的各种荷载等多种因素的影响后此处的变形值。
在监控过程中，我们在该连续梁桥每个节段前端顶板处布置两个标高测点（如图8所示），测得其标高后推算出实测梁底标高，再将其与该阶段的理论梁底标高进行对比。下面对左幅13号墩中跨主梁在浇筑13号块后实测的各节段梁底标高与理论梁底标高进行对比，对比结果如图9。
由图9可得，浇筑13号块后各节段的梁底实测标高与理论梁底标高的最大偏差为8mm，均保持在15mm以内，说明结构的位移也处于可控状态。若其最大偏差超过15mm，则需对下一节段的梁底立模标高进行调整，以保证梁底线型的平顺。
6.结语
本文运用Midas/civil大型有限元分析软件对某连续梁桥进行施工过程仿真分析，计算出结构在每个施工阶段中产生的应力和位移，并与实测的结构应力与位移值进行对比，必要时进行调整，直至该连续梁桥在施工过程中结构的应力与位移均处于受控状态，结构安全为止。并且，通过上述分析可知，这种方法能通过建立一个与实桥状态大致相同的桥梁模型，模拟实际施工过程中实桥的挠度与应力情况，从而可以保证实桥施工的顺利进行以及监控工作的及时开展。
参考文献：
[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2]胡娟. Midas/Civil软件在大跨径桥梁悬臂施工中的应用[J]. 西部交通科技，2011，10：61-64.
[3]陈淮，李杰，宋洪喜，李谊修. 郑州黄河公铁两用桥主桥第2联悬拼施工分析[J]. 桥梁建设，2011，06：12 -15.
[4]郭景琢. 哈大铁路专线大跨度连续梁施工仿真分析方法与实例[J]. 铁道标准设计，2012，05：96-99.
[5]高庆. 预应力刚构桥悬臂浇筑施工仿真分析[J]. 中国科技信息，2013，01：53.
[6]陈林海，杜磊，颜全胜. 预应力刚构桥悬臂浇筑施工监控[J]. 山西建筑，2013，06：151-153.
论文作者:冯雷,孙勋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：标高论文; 应力论文; 预应力论文; 挂篮论文; 悬臂论文; 过程中论文; 腹板论文; 《基层建设》2018年第13期论文;