连续刚构桥施工线形控制分析
来源:用户上传
作者:
摘 要：文章首先运用Midas Civil软件对桥梁建立有限元模型，然后对桥梁在恒荷载和温度荷载施工工况下进行数值模拟分析，最后对桥梁施工预拱度进行计算分析。通过对桥梁施工监控计算来保障桥梁施工过程中结构安全、使桥梁成桥线形符合设计方案以及使桥梁成桥后结构内力达到最优状态。
关键词：连续刚构桥;悬臂浇筑法;数值模拟;施工工况;预拱度计算
中图分类号：U445.1 文献标志码：A 文章编号：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 桥梁结构概况
佛山市富湾大跨度连续刚构桥主桥上部结构采用（75+130+75）m PC连续刚构，主梁采用C55砼。半幅桥宽16.25m，采用单箱单室箱形断面，其中箱宽7.8m，两侧翼缘板悬臂长4.225m。
1.2 桥梁施工概况
主桥混凝土主体部分采用悬臂浇筑，边梁浇筑段所采用的满堂支架现浇施工，在进行边跨合拢，最后进行中跨合拢，先在支架或挂篮模板上浇筑混凝土，进行养护，当混凝土达到规定强度后张拉相应的预应力钢筋，最后进行桥面施工[1]。
2 桥梁施工数值模拟分析
2.1 确定计算参数
（1）定义材料参数。材料参数主要包括混凝土材料参数、预应力钢筋参数和普通钢筋参数。
（2）定义截面类型和单元类型。截面类型包括跨中截面、支座截面、跨中-支座截面、支座-跨中截面、桥墩截面。主梁和主墩单元类型均采用梁单元。
2.2 建立计算模型
（1）建立结构模型。主梁模型为单箱单室箱形模型，桥墩模型为空心双柱式模型。
（2）定义边界条件。主梁与桥墩间采用弹性连接中的刚性连接，桥墩与桩基间采用刚性连接，桩基底部设置为固定端。边跨现浇时，边跨满堂支架段设置临时约束以限制其纵向位移;成桥后撤掉临时约束，代之以端点弹性连接中的刚性连接来模拟[2]。
（3）施加荷载条件。荷载条件包括自重、预应力荷载、挂篮荷载、混凝土节段湿重荷载、移动荷载、温度荷载以及二期恒载。
（4）定义时间依存性材料特性值。定义时间依存性材料特性值包括定义混凝土抗压强度发展曲线、定义混凝土收缩徐变函数以及时间依存性材料连接。
（5）定义施工阶段。施工阶段包括桥墩施工、0-1#块施工、2-9#块施工、10-17#块施工、边梁现浇段施工、边跨合拢段施工、中跨合拢段施工及桥面施工。
2.3 输出计算结果
（1）恒荷载作用下主梁内
力计算。恒荷载作用分为一期恒荷载作用和二期恒荷载作用，一期恒荷载主要为预应力混凝土自重，二期恒荷载为桥面铺装、人行道、栏杆与防撞护栏的重度之和。恒荷载作用下主梁弯矩计算结果如表1所示。
由图2可知，恒荷载作用下当截面位置小于边跨跨中或大于中跨左支点处时主梁弯矩随截面位置的增大而增大，当截面位置大于边跨跨中且小于中跨左支点处时主梁弯矩随截面位置的增大而减小。一期恒载作用下主梁最大弯矩比二期恒载作用下主梁最大弯矩要大50671.37kN*m，一期恒载作用下主梁最小弯矩比二期恒载作用下主梁最小弯矩要小600370.55kN*m。
通过计算一期恒荷载及二期恒荷载的作用集度，然后用midas civil软件读入数据就能计算恒荷载作用下主梁剪力如表2所示。
由图3可知，恒荷载作用下当截面位置小于边跨跨中或大于中跨左支点处时主梁剪力随截面位置的增大而增大，当截面位置大于边跨跨中且小于中跨左支点处时主梁剪力随截面位置的增大而减小。一期恒载作用下主梁最大剪力比二期恒载作用下主梁最大剪力要大4555.89kN，一期恒载作用下主梁最小剪力比二期恒载作用下主梁最小剪力要小26826.92kN。
（2）温度荷载作用下主梁内力计算。温度荷载作用分为温度梯度荷载作用和系统温度荷载作用，温度梯度用板的上下面温度差和板厚度来表示，系统温度用桥梁最终温度减去初始温度来表示。温度荷载作用下主梁弯矩计算结果如表3所示。 由图4可知，当截面位置小于边跨跨中时温度梯度荷载作用下主梁弯矩随截面位置的增大而减小，然而系统温度荷载作用下主梁弯矩随截面位置增大而增大;当截面位置大于边跨跨中时温度梯度荷载作用下主梁弯矩随截面位置的增大而增大，然而系统温度荷载作用下主梁弯矩随截面位置增大而减小。系统温度荷载作用下主梁最大弯矩比温度梯度荷载作用下主梁最大弯矩要大16901.41kN*m，系统温度荷载作用下主梁最小弯矩比温度梯度荷载作用下主梁最小弯矩要大8255.03kN*m。
连续刚构桥结构属于超静定结构体系，温度梯度和系统温度的升温以及降温都会对结构产生次内力。温度荷载作用下主梁剪力计算结果如表4所示。
由图5可知，当截面位置小于边跨跨中时温度梯度荷载作用下主梁剪力随截面位置的增大而增大，然而系统温度荷载作用下主梁剪力随截面位置增大而减小;当截面位置大于边跨跨中时温度梯度荷载作用下主梁剪力隨截面位置的增大而减小，然而系统温度荷载作用下主梁剪力随截面位置增大而增大。系统温度荷载作用下主梁最大剪力比温度梯度荷载作用下主梁最大弯矩要小450.26kN，系统温度荷载作用下主梁最小剪力比温度梯度荷载作用下主梁最小剪力要小445.52kN。
3 桥梁施工预拱度计算分析
佛山市富湾大跨度连续刚构桥施工预拱度在本文中有两种含义。其一为理论预拱度，是指有限元软件计算预拱度。其二为实际预拱度，是指实际工程现场测量计算预拱度。
3.3 桥梁施工预拱度计算结果分析
根据公式（1）和公式（2）可得桥梁施工阶段预拱度计算结果如表5所示。
由图6可知，当截面位置小于边跨3/4时，理论预拱度和实际预拱度均随截面位置的增大而增大;当截面位置大于边跨3/4时，理论预拱度和实际预拱度均随节点与梁端距离的增大而减小。实际预拱度最大值比理论预拱度最大值要大14.17mm，实际预拱度最小值比理论预拱度最小值要小4.24mm。
4 结论及建议
（1）本文中佛山市富湾大桥属于大跨度连续刚构桥，所以佛山市富湾大桥施工监控计算适合用倒拆计算法。但是倒拆计算法无法解决桥梁结构的非线性问题和混凝土的收缩徐变问题，因此要结合使用正装计算法直到桥梁施工监控计算结果闭合为止。
（2）由于截面位置在中跨跨中时主梁弯矩最大，在边跨跨中时主梁剪力最大，为保证桥梁施工安全应严格控制施工质量同时增加边跨跨中及中跨跨中处的应力及位移监测频率。
（3）由于实际施工预拱度要大于理论预拱度且实际桥梁在施工阶段挠度变化较为复杂，为减小桥梁施工中预拱度误差可在理论预拱度基础上加大15%来设置实际施工预拱度。
参考文献：
[1]王海良.桥梁工程施工技术[M].北京：人民交通出版社，2013.
[2]葛俊颖.桥梁工程软件Midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.
[3]樊祥楼.悬臂浇筑连续钢构桥施工线形控制分析[J].西部交通科技，2018（05）：103-105.
[4]贺志军.大跨度连续刚构桥施工预拱度控制分析[J].建筑技术开发，2016，43（07）：6+11.
[5]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14871834.htm
