預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析探討

俞艷濱

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國(guó)交通事業(yè)迅速發(fā)展。其中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁的建設(shè)規(guī)模與數(shù)量也因此增加。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁不僅具有行車(chē)平穩(wěn)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)因其較強(qiáng)的跨越能力成為了我國(guó)主要的建設(shè)橋型之一。鑒于此，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁的施工提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；連續(xù)橋梁施工；控制；仿真分析

在橋梁施工中，混凝土是應(yīng)用最為廣泛的材料。混凝土材料特性不穩(wěn)定，容易受到季節(jié)氣候、溫度以及濕度等因素的影響。通常，在混凝土自重、橋面荷載等影響下，橋梁線(xiàn)性得不到很好的控制。而要使施工過(guò)程中的應(yīng)力以及撓度變形得到控制，就需要計(jì)算出不同施工段橋梁的受力以及變形的理想值。為了實(shí)現(xiàn)橋梁工程質(zhì)量的控制，對(duì)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)有非常積極的意義。所以文章結(jié)合MIDAS/Civil、ANSYS等軟件對(duì)浙江寧波地區(qū)的一座橋梁的施工全過(guò)程進(jìn)行仿真分析。文章在仿真過(guò)程中涉及的方法較多，對(duì)全橋結(jié)構(gòu)仿真主要通過(guò)構(gòu)件分析建立詳細(xì)的模型，然后運(yùn)用數(shù)值分析方法獲取分析結(jié)果，最后通過(guò)圖形軟件來(lái)獲得相關(guān)定論。

1 工程概況

A橋位于浙江寧波，全長(zhǎng)1578m，主橋?yàn)槲蹇纾?5m+3X100m+ 55m）預(yù)應(yīng)力混凝土變截面斜腹板連續(xù)箱梁，長(zhǎng)410m，引橋左側(cè)為4跨35m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)裝連續(xù)箱梁，右側(cè)為5×50m預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁十2×（7×35m）+8×35m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)裝連續(xù)箱梁組成。設(shè)計(jì)車(chē)速100km/h，荷載汽車(chē)-超20級(jí)，掛車(chē)-120級(jí)，抗震等級(jí)為8級(jí)。該橋采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法進(jìn)行分段對(duì)稱(chēng)施工。其中，主橋混凝土箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力，張拉順序?yàn)橄瓤v向后橫向，并按對(duì)稱(chēng)、均勻的原則實(shí)施。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真軟件應(yīng)用

2.1 ANSYS

該軟件具有豐富的材料庫(kù)以及單元庫(kù)，能夠?qū)θ魏谓Y(jié)構(gòu)形式的橋梁進(jìn)行全橋仿真分析。該軟件應(yīng)用可以使全橋仿真通過(guò)對(duì)各種載荷工況的組合，反映出橋梁的綜合特征，如應(yīng)力分布、自振頻率、變形情況、地震響應(yīng)、振形、失穩(wěn)特征等。

2.2 GQSJ

本系統(tǒng)為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以對(duì)不同施工段的荷載進(jìn)行計(jì)算。

2.3 Dr.Br1dge

應(yīng)用本系統(tǒng)對(duì)模擬施工中的臨時(shí)支架以及掛籃設(shè)備，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)上下部的共同作用進(jìn)行分析。包括對(duì)拉索面積、施工張拉力的計(jì)算以及抗裂性、強(qiáng)度等計(jì)算。

2.4 MDIAS/Civil

應(yīng)用本軟件進(jìn)行水化熱分析、非線(xiàn)性邊界分析、材料非線(xiàn)性分析、動(dòng)力以及靜力彈塑性分析。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析

3.1 參數(shù)取值

3.1.1 混凝土質(zhì)量密度。A橋仿真測(cè)試采用的混凝土質(zhì)量密度取值2630kg/m3，采用MDIAS/Civil軟件進(jìn)行計(jì)算后得到各個(gè)階段砼質(zhì)量以及設(shè)計(jì)值。通過(guò)軟件計(jì)算，只有當(dāng)混凝土質(zhì)量密度取值2630kg/m3時(shí)，各個(gè)階段砼質(zhì)量與設(shè)計(jì)值相近。

3.1.2 孔道偏差系數(shù)與摩阻系數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真研究中對(duì)孔道偏差系數(shù)與摩阻系數(shù)的分析以及測(cè)試結(jié)果的分析，確定本仿真分析中A橋的孔道摩擦系數(shù)為0.2，摩阻系數(shù)k=0.001。

結(jié)合上述參數(shù)，確定有限元結(jié)構(gòu)分析參數(shù)，如上表所示。

3.2 仿真分析結(jié)果

本仿真中用MDIAS/Civil軟件對(duì)主橋結(jié)構(gòu)體系以及合攏順序進(jìn)行了模擬，將全過(guò)程施工階段分成19個(gè)階段。本仿真中采用前進(jìn)分析方法對(duì)整個(gè)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行模擬，全橋總共建立119個(gè)梁?jiǎn)卧⑤斎腩A(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)為210（含底板、頂板、腹板、合攏段預(yù)應(yīng)力鋼筋），掛籃重量為63t，二期恒載為4.25t/m，車(chē)道荷載為10.5KN/m，集中荷載為360KN/m。但由于該橋?yàn)?車(chē)道，所以實(shí)際集中荷載為：36×0.5×3×0.78=42.12t/m，均布荷載為1.05×0.5×3×0.78=l.2285t/m。因此，其仿真結(jié)果如下：

預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)橋梁受力的影響較大，因此在仿真中，要考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋損失；

在仿真中不能忽略收縮徐變給橋梁撓度造成的影響。本仿真結(jié)果顯示，某些梁段的預(yù)拱度有一定的變化，由此表明徐變對(duì)橋梁有重要影響。

綜上，通過(guò)不同施工段標(biāo)高、應(yīng)力值、GQJS計(jì)算值以及實(shí)測(cè)值對(duì)比分析表明，采用MIDAS/Civil進(jìn)行模型仿真切合實(shí)際。因參數(shù)選擇合理，所以仿真結(jié)果可靠。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析

4.1 A大橋溫度場(chǎng)仿真分析

根據(jù)研究資料表明，溫度場(chǎng)對(duì)橋梁的影響是比較嚴(yán)重的，不僅容易改變橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，也容易造成橋梁疲勞損傷，降低使用壽命。因此本部分通過(guò)MIDAS/Civil軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及撓度等進(jìn)行仿真測(cè)試。為了有效地減少溫度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，本仿真選擇溫度場(chǎng)較穩(wěn)定的時(shí)間段對(duì)懸臂箱梁的應(yīng)力以及撓度變化進(jìn)行仿真分析，混凝土溫度測(cè)試選擇直徑d=4mm的溫度傳感器，設(shè)定不同天氣變化對(duì)橋梁施工全過(guò)進(jìn)行仿真分析。

4.2 溫度場(chǎng)仿真結(jié)果

箱梁應(yīng)力隨著溫度場(chǎng)的變化而產(chǎn)生明顯變動(dòng)。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以觀察到當(dāng)溫度上升時(shí)，箱梁懸臂上緣應(yīng)力迅速變大，而下緣應(yīng)力變化相對(duì)較慢。通過(guò)MIDAS/Civil軟件得出的計(jì)算值可以看出緣應(yīng)力隨溫度梯度增大而增大。而其中最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力產(chǎn)生在頂板和腹板的中心位置。

在溫度場(chǎng)下，橋梁的方位、朝向等都會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)溫度造成不同的影響，而箱梁結(jié)構(gòu)的底板和頂板之間溫差比較明顯。通過(guò)分析可以知道，梁橋易受外界溫度變化的影響。

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)值與MIADS/Civil軟件計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析后，可以知道箱梁撓度隨溫度梯度上升而上升，隨下降而下降。

5 結(jié)語(yǔ)

文章以A橋梁為研究對(duì)象，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁施工控制進(jìn)行了仿真分析，在本仿真中，筆者還應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論對(duì)箱梁撓度和應(yīng)力進(jìn)行了擬合以及預(yù)測(cè)，由于篇幅問(wèn)題，未予列出。仿真表明，在實(shí)際的施工控制中，應(yīng)該注重從鋼筋預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、溫度應(yīng)力等方面的因素開(kāi)展橋梁施工。因此，文章的仿真分析對(duì)于實(shí)際的橋梁施工控制有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷俊卿，王楠.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)測(cè)與仿真分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2009，28（02）：74-78.

[2] 成崗.典型先簡(jiǎn)支后連續(xù)分布式箱梁橋施工過(guò)程仿真分析[J].黑龍江交通科技，2010，33（07）：148-149.endprint