60 m+100 m+60 m 連續梁結構仿真計算

常　亮

(中鐵十局集團有限公司, 山東濟南 250101)

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60 m+100 m+60 m 連續梁結構仿真計算

常亮

(中鐵十局集團有限公司, 山東濟南 250101)

文章采用橋梁有限元軟件MIDAS/CIVIL對60 m+100 m+60 m三跨連續梁進行建模，對結構整體進行力學行為分析，并用橋梁博士再次建模驗算，將橋梁博士和MIDAS/CIVIL的部分計算結果列出，進行對比和簡要分析。

有限元；結構仿真；應力；撓度

有限元分析主要是對各節段的應力、位移進行分析，分析結果作為監控的依據。應力控制是整個橋梁的安全保障，撓度值是施工控制的重要參數，根據有限元計算的撓度值，就可以確定各個節段的預拋高值，通過掛籃預壓試驗得到掛籃變形曲線，就可以初步確定各施工階段的立模標高。

1　工程概況

連續梁全長221.5 m，結構形式為3跨預應力混凝土連續箱梁，計算跨徑布置為60 m+100 m+60 m，端支座處及邊跨直線段和跨中截面中心處梁高為4.53 m，中支點截面處梁高6.83 m，梁高按圓曲線變化全橋箱梁頂寬12.2 m，箱梁底寬6 m，箱梁橫截面為單箱單室直腹板，全橋共設5道橫隔梁，隔板設有孔洞，供檢查人員通過。全橋總體布置如圖1所示。

圖1　全橋總體布置(單位:m)

(1)混凝土：箱梁采用C55高性能混凝土，fc=37.0 MPa，fct=3.3 MPa，Ec=3.60×104MPa，密度取26.5 kN/m3。

(2)預應力體系：縱向預應力筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003低松弛高強度鋼絞線，彈性模量Ey=195 GPa。

(3)預應力損失計算參數：孔道摩阻系數μ=0.23，孔道偏差系數k=0.002 5，錨口及喇叭口損失按錨外控制應力的6 %計算。

(4) 二期恒載(橋面系)：二期恒載重量包括鋼軌、扣件、軌道板、混凝土基座以及防水層、人行道欄桿或聲屏障、防護墻、電纜槽蓋板及豎向等附屬設施重量，橋面系荷載取135 kN/m。

(5) 其他事項：設計計算中，掛籃及模板重力按1 000 kN考慮；合龍吊架、模板重量及懸臂端壓力按2×500 kN(每懸臂端各500 kN)考慮；在澆筑時T構兩側的不平衡力不超過80 kN。

2　有限元模型的建立

采用橋梁有限元軟件MIDAS/CIVIL進行建模，對結構整體進行力學行為分析，并用橋梁博士再次建模驗算。模型的建立應最大限度的接近實際工程，將橋梁博士和MIDAS/CIVIL的計算結果進行分析比較，以保證仿真模擬的合理性及正確性。全橋共劃分成79個節點，78個單元，合龍段有橫隔梁劃分成4個節點，3個單元。全橋模型如圖2、圖3所示。

圖2　MIDAS/CIVIL

圖3橋梁博士計算模型

大力發展預制裝配式建筑，可以從粗放型向集約型轉變，生產方式進一步現代化。它可以促進一些新興產業和行業的發展，為經濟發展提供新的動力，培育新的經濟增長點，解決一些產能過剩的產業，為我國的經濟發展提供新的動力。但也存在一些不足的地方：裝配式結構的整體性要比現澆混凝土結構差、整體性差、剛度差及抗震能力弱。而且構件有可能是非對稱、尺寸大、形狀不規則，會導致運輸難度大，運輸費用相對比較高。在施工現場構件一般通過鋼筋套筒灌漿連接、漿錨搭接等連接方式，該連接方式對工人的技術水平要求高，而且節點構造一般較為復雜，施工技術復雜。

施工過程的模擬：根據施工方案，將整個施工過程劃分為51個施工階段，如表1所示。模型在模擬施工階段時，通過直接激活和鈍化結構組、荷載組和邊界組來模擬實際施工過程。

3　有限元分析結果

由于施工階段和截面較多，所以只給出了中跨根部截面、最大懸臂狀態結構變形圖、二期恒載及三年收縮徐變作用下結構關鍵截面的應力和撓度以及收縮徐變對撓度的影響。

3.1懸臂階段截面應力及撓度

圖4～圖6分別為中跨根部截面頂板、腹板、底板的對比圖。

在懸臂施工過程中，結構在移掛籃完畢、澆筑混凝土后有向下的撓度，在張拉后都呈現上撓的趨勢，此處以施工12#塊為例，給出在移掛籃后、澆筑混凝土后、張拉后三個階段的撓度變形圖。在11#張拉壓漿后，把掛籃移至12#段，此時懸臂下撓，端頭最大下撓為0.348 cm(圖7)；12#段混凝土澆筑后下撓最大為1.606 cm(圖8)；張拉后12#段端頭下撓最大為1.293 cm(圖9)。

表1　施工階段劃分

圖4　根部截面頂板在懸臂施工階段的應力

圖5　根部截面腹板在懸臂施工階段的應力

圖6　根部截面底板在懸臂施工階段的應力

圖7　12#節段移掛籃后撓度

圖8　12#節段澆筑后撓度

圖9　12#節段張拉完成后撓度

3.2邊、中跨合龍段張拉后截面應力及撓度

表2列出了邊跨合龍段張拉后各關鍵截面應力，圖10為邊跨合龍段張拉后結構的撓度。

表2　邊跨合龍段張拉后各關鍵截面應力　MPa

圖10　邊跨合龍段張拉后撓度

表3列出了中跨合龍段張拉后各關鍵截面應力，圖11為中跨合龍段張拉后結構的撓度。

表3　中跨合龍段張拉后各關鍵截面應力　MPa

圖11　中跨合龍段張拉后撓度

3.3施加二期恒載后、三年收縮徐變后截面應力及撓度

表4列出了二期恒載后各關鍵截面應力，圖12為二期恒載后結構的撓度。

表4　施加二期恒載后各關鍵截面應力　MPa

圖12　二期恒載后撓度

表5列出了三年收縮徐變后各關鍵截面應力，圖13為三年收縮徐變后結構的撓度。

表5　三年收縮徐變后各關鍵截面應力　MPa

圖13　三年收縮徐變后撓度

通過全橋在二期恒載和三年徐變工況下各個階段的撓度值，進行對比分析得到橋梁的預拋高值：中跨跨中取6 mm，其它各點按二次拋物線設置；邊跨在懸臂部分12#塊取7 mm，其它各點按二次拋物線設置。全橋拋高示意見圖14。

圖14　全橋預拋高示意

3.4收縮徐變對撓度的影響

表6列出了混凝土收縮徐變對結構撓度的影響。

表6　混凝土收縮徐變對結構撓度的影響

從表6可以看出，混凝土收縮徐變對線形影響較大，占總撓度的1/10左右。因此，在施工監控中應考慮收縮徐變的影響，以防實測值和理論值偏差過大，不能順利合龍。

4　結論

論文采用MIDAS與橋梁博士軟件分別對嚴家湖大橋進行了計算分析，得出了橋梁施工過程中以及成橋狀態后的撓度和應力值。由分析結果可以得到兩種軟件的應力值相差在3 %以內，這就保證了結構仿真計算結果的可靠性；將橋梁二期恒載和三年收縮徐變下的撓度數據進行對比，通過對數據的篩選優化確定橋梁的預拱度；建立模型分析混凝土收縮徐變對結構撓度的影響，混凝土收縮徐變對線形影響較大，占總撓度的1/10左右，在施工中應考慮收縮徐變的影響。

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常亮(1986～)，男，本科，工程師，從事鐵路橋梁工程技術工作。

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[定稿日期]2016-03-21