連續剛構橋施工線形控制分析

胡家亮 戶振法

摘 ?要：文章首先運用Midas Civil軟件對橋梁建立有限元模型，然后對橋梁在恒荷載和溫度荷載施工工況下進行數值模擬分析，最后對橋梁施工預拱度進行計算分析。通過對橋梁施工監控計算來保障橋梁施工過程中結構安全、使橋梁成橋線形符合設計方案以及使橋梁成橋后結構內力達到最優狀態。

關鍵詞：連續剛構橋;懸臂澆筑法;數值模擬;施工工況;預拱度計算

中圖分類號：U445.1 ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：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 橋梁結構概況

佛山市富灣大跨度連續剛構橋主橋上部結構采用（75+130+75）m PC連續剛構，主梁采用C55砼。半幅橋寬16.25m，采用單箱單室箱形斷面，其中箱寬7.8m，兩側翼緣板懸臂長4.225m。

1.2 橋梁施工概況

主橋混凝土主體部分采用懸臂澆筑，邊梁澆筑段所采用的滿堂支架現澆施工，在進行邊跨合攏，最后進行中跨合攏，先在支架或掛籃模板上澆筑混凝土，進行養護，當混凝土達到規定強度后張拉相應的預應力鋼筋，最后進行橋面施工[1]。

2 橋梁施工數值模擬分析

2.1 確定計算參數

（1）定義材料參數。材料參數主要包括混凝土材料參數、預應力鋼筋參數和普通鋼筋參數。

（2）定義截面類型和單元類型。截面類型包括跨中截面、支座截面、跨中-支座截面、支座-跨中截面、橋墩截面。主梁和主墩單元類型均采用梁單元。

2.2 建立計算模型

（1）建立結構模型。主梁模型為單箱單室箱形模型，橋墩模型為空心雙柱式模型。

（2）定義邊界條件。主梁與橋墩間采用彈性連接中的剛性連接，橋墩與樁基間采用剛性連接，樁基底部設置為固定端。邊跨現澆時，邊跨滿堂支架段設置臨時約束以限制其縱向位移;成橋后撤掉臨時約束，代之以端點彈性連接中的剛性連接來模擬[2]。

（3）施加荷載條件。荷載條件包括自重、預應力荷載、掛籃荷載、混凝土節段濕重荷載、移動荷載、溫度荷載以及二期恒載。

（4）定義時間依存性材料特性值。定義時間依存性材料特性值包括定義混凝土抗壓強度發展曲線、定義混凝土收縮徐變函數以及時間依存性材料連接。

（5）定義施工階段。施工階段包括橋墩施工、0-1#塊施工、2-9#塊施工、10-17#塊施工、邊梁現澆段施工、邊跨合攏段施工、中跨合攏段施工及橋面施工。

2.3 輸出計算結果

（1）恒荷載作用下主梁內

力計算。恒荷載作用分為一期恒荷載作用和二期恒荷載作用，一期恒荷載主要為預應力混凝土自重，二期恒荷載為橋面鋪裝、人行道、欄桿與防撞護欄的重度之和。恒荷載作用下主梁彎矩計算結果如表1所示。

由圖2可知，恒荷載作用下當截面位置小于邊跨跨中或大于中跨左支點處時主梁彎矩隨截面位置的增大而增大，當截面位置大于邊跨跨中且小于中跨左支點處時主梁彎矩隨截面位置的增大而減小。一期恒載作用下主梁最大彎矩比二期恒載作用下主梁最大彎矩要大50671.37kN*m，一期恒載作用下主梁最小彎矩比二期恒載作用下主梁最小彎矩要小600370.55kN*m。

通過計算一期恒荷載及二期恒荷載的作用集度，然后用midas civil軟件讀入數據就能計算恒荷載作用下主梁剪力如表2所示。

由圖3可知，恒荷載作用下當截面位置小于邊跨跨中或大于中跨左支點處時主梁剪力隨截面位置的增大而增大，當截面位置大于邊跨跨中且小于中跨左支點處時主梁剪力隨截面位置的增大而減小。一期恒載作用下主梁最大剪力比二期恒載作用下主梁最大剪力要大4555.89kN，一期恒載作用下主梁最小剪力比二期恒載作用下主梁最小剪力要小26826.92kN。

（2）溫度荷載作用下主梁內力計算。溫度荷載作用分為溫度梯度荷載作用和系統溫度荷載作用，溫度梯度用板的上下面溫度差和板厚度來表示，系統溫度用橋梁最終溫度減去初始溫度來表示。溫度荷載作用下主梁彎矩計算結果如表3所示。

由圖4可知，當截面位置小于邊跨跨中時溫度梯度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置的增大而減小，然而系統溫度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置增大而增大;當截面位置大于邊跨跨中時溫度梯度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置的增大而增大，然而系統溫度荷載作用下主梁彎矩隨截面位置增大而減小。系統溫度荷載作用下主梁最大彎矩比溫度梯度荷載作用下主梁最大彎矩要大16901.41kN*m，系統溫度荷載作用下主梁最小彎矩比溫度梯度荷載作用下主梁最小彎矩要大8255.03kN*m。

連續剛構橋結構屬于超靜定結構體系，溫度梯度和系統溫度的升溫以及降溫都會對結構產生次內力。溫度荷載作用下主梁剪力計算結果如表4所示。

由圖5可知，當截面位置小于邊跨跨中時溫度梯度荷載作用下主梁剪力隨截面位置的增大而增大，然而系統溫度荷載作用下主梁剪力隨截面位置增大而減小;當截面位置大于邊跨跨中時溫度梯度荷載作用下主梁剪力隨截面位置的增大而減小，然而系統溫度荷載作用下主梁剪力隨截面位置增大而增大。系統溫度荷載作用下主梁最大剪力比溫度梯度荷載作用下主梁最大彎矩要小450.26kN，系統溫度荷載作用下主梁最小剪力比溫度梯度荷載作用下主梁最小剪力要小445.52kN。

3 橋梁施工預拱度計算分析

佛山市富灣大跨度連續剛構橋施工預拱度在本文中有兩種含義。其一為理論預拱度，是指有限元軟件計算預拱度。其二為實際預拱度，是指實際工程現場測量計算預拱度。

3.3 橋梁施工預拱度計算結果分析

根據公式（1）和公式（2）可得橋梁施工階段預拱度計算結果如表5所示。

由圖6可知，當截面位置小于邊跨3/4時，理論預拱度和實際預拱度均隨截面位置的增大而增大;當截面位置大于邊跨3/4時，理論預拱度和實際預拱度均隨節點與梁端距離的增大而減小。實際預拱度最大值比理論預拱度最大值要大14.17mm，實際預拱度最小值比理論預拱度最小值要小4.24mm。

4 結論及建議

（1）本文中佛山市富灣大橋屬于大跨度連續剛構橋，所以佛山市富灣大橋施工監控計算適合用倒拆計算法。但是倒拆計算法無法解決橋梁結構的非線性問題和混凝土的收縮徐變問題，因此要結合使用正裝計算法直到橋梁施工監控計算結果閉合為止。

（2）由于截面位置在中跨跨中時主梁彎矩最大，在邊跨跨中時主梁剪力最大，為保證橋梁施工安全應嚴格控制施工質量同時增加邊跨跨中及中跨跨中處的應力及位移監測頻率。

（3）由于實際施工預拱度要大于理論預拱度且實際橋梁在施工階段撓度變化較為復雜，為減小橋梁施工中預拱度誤差可在理論預拱度基礎上加大15%來設置實際施工預拱度。

參考文獻：

[1]王海良.橋梁工程施工技術[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]葛俊穎.橋梁工程軟件Midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3]樊祥樓.懸臂澆筑連續鋼構橋施工線形控制分析[J].西部交通科技，2018（05）：103-105.

[4]賀志軍.大跨度連續剛構橋施工預拱度控制分析[J].建筑技術開發，2016，43（07）：6+11.

[5]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.