大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工仿真監(jiān)控分析

摘要：以一連續(xù)剛構(gòu)橋—惠民大道主橋懸臂施工過(guò)程為研究對(duì)象，對(duì)該橋施工過(guò)程進(jìn)行施工仿真監(jiān)控。采用Midas/Civil對(duì)施工過(guò)程做仿真分析，分析主梁在施工過(guò)程中線型和應(yīng)力變化，為相關(guān)橋梁施工提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋;施工監(jiān)控;有限元

1 工程概況

某新建快速路惠民大道特大橋DT2 標(biāo)段內(nèi)的一座大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋橋跨布置為（45+80+45）m 如圖1-1，施工段劃分如圖1-2。圖中80m 左側(cè)為8#墩，右側(cè)為9#墩。

大橋主梁為變截面箱梁，梁高、底板厚度均采用二次拋物線線型，混凝土標(biāo)號(hào)為C55，預(yù)應(yīng)力體系為三向預(yù)應(yīng)力，橋墩為圓端型變截面空心墩。

2 主橋有限元計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)模型采用MIDAS 中梁?jiǎn)卧M，由于施工過(guò)程中有混凝土收縮徐變的影響，故采用前進(jìn)分析法進(jìn)行模擬施工。橋梁主梁共有71 個(gè)節(jié)點(diǎn)，分為70 個(gè)單元，主橋有限元模型如圖2-1。施工荷載主要有自重、掛籃、預(yù)應(yīng)力以及二期鋪裝等。邊界條件采用彈性連接的剛性墩梁固結(jié)。

橋梁施工流程為：承臺(tái)施工→橋墩施工→0#塊施工→1#塊施工→1#塊張拉→2#塊掛籃→2#塊立模、鋼筋綁扎→2#塊澆筑、養(yǎng)護(hù)→2#塊張拉→掛籃移動(dòng)，以此類推。

3 計(jì)算模型可靠度分析

本文利用有限元自建模型和設(shè)計(jì)計(jì)算模型數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比兩模型在二期鋪裝完成和十年收縮徐變主梁撓度變化來(lái)檢驗(yàn)自建有限元模型的可靠度。二期鋪裝仿真撓度計(jì)算與理論設(shè)計(jì)值對(duì)比如圖3-1;十年收縮徐變仿真撓度計(jì)算與理論設(shè)計(jì)值對(duì)比如圖3-2。由下圖3-1、圖3-2 可以看出，兩種模型計(jì)算撓度變化曲線大體一致，二期鋪裝兩種模型主梁撓度最大差值為3.54mm，十年成橋兩種模型主梁撓度最大差值為2.32mm，這些數(shù)據(jù)表明：該橋梁自建模型可靠度良好，完全可以用于現(xiàn)場(chǎng)施工模擬。

4 橋梁結(jié)構(gòu)線型控制

在橋梁施工過(guò)程中對(duì)其施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，目的在于確保橋梁施工順利實(shí)施，保證最終成橋線型滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、線型平順、受力合理。在每一梁段施工中，對(duì)每一梁段的標(biāo)高做實(shí)時(shí)監(jiān)控，使得每一梁段高程誤差被控制在允許范圍之內(nèi)，當(dāng)誤差超限時(shí)，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行調(diào)整，避免隨著施工進(jìn)展誤差不斷積累，導(dǎo)致橋梁無(wú)法正常合攏。本連續(xù)梁橋根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，特制定了線型、應(yīng)力控制的具體實(shí)施方案。利用仿真計(jì)算各施工階段立模標(biāo)高，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)不斷修正參數(shù)，指導(dǎo)下一節(jié)段梁體立模標(biāo)高。橋梁的線型監(jiān)控主要是運(yùn)用水準(zhǔn)測(cè)量的方法對(duì)梁段混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前后、掛籃移動(dòng)前后的高程進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)懸澆梁段布置5 個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，頂板3 個(gè)，底板2 個(gè)，具體布置如圖4-1。

根據(jù)圖1-2 中各施工梁段模擬梁底立模標(biāo)高和實(shí)測(cè)梁底立模標(biāo)高數(shù)據(jù)的對(duì)比可知，惠民大道連續(xù)剛構(gòu)橋8#墩懸臂施工高程實(shí)測(cè)值與模擬高程值相差不大，最大差值發(fā)生在18#截面，高程最大差值為18.1mm<20mm，線型控制滿足設(shè)計(jì)要求，梁節(jié)段之間沒(méi)有出現(xiàn)較大的錯(cuò)臺(tái)折角，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期監(jiān)控目標(biāo)。梁段線型監(jiān)控如圖4-2、圖4-3。

5 橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

連續(xù)梁橋施工監(jiān)控最主要的項(xiàng)目是線型監(jiān)控和應(yīng)力監(jiān)控，兩者并駕齊驅(qū)。應(yīng)力監(jiān)控不像線型監(jiān)控那么體現(xiàn)的直觀明了，它需要通過(guò)一定的設(shè)備間接實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)測(cè)出研究對(duì)象的應(yīng)變，然后再換算成應(yīng)力。通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控，可真實(shí)有效地評(píng)價(jià)橋梁的實(shí)際受力，進(jìn)而確保施工過(guò)程和成橋結(jié)構(gòu)安全可靠。

應(yīng)力控制主要是對(duì)橋梁截面鋼筋混凝土在施工過(guò)程或成橋受力過(guò)程中發(fā)生的狀態(tài)變化進(jìn)行評(píng)估。在本次惠民大道連續(xù)梁橋的應(yīng)力監(jiān)控中，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，特制定了應(yīng)力監(jiān)控的具體方案。應(yīng)力監(jiān)控的傳感器選用JMZX-215HAT 埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)，如圖5-1、圖5-2。

應(yīng)力監(jiān)控主要是通過(guò)測(cè)定頻率得出應(yīng)變值，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)體的彈性模量計(jì)算出結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)體的應(yīng)變受溫度干擾時(shí)，需要在測(cè)試中消除其影響，從而獲得結(jié)構(gòu)體的真實(shí)應(yīng)變。計(jì)算公式如下：

5.1 應(yīng)力測(cè)定點(diǎn)布置

大橋主橋應(yīng)力測(cè)定控制截面如圖5-3，A 類截面為懸臂根部截面，B 類截面為1/4 跨截面，C 類截面為跨中截面。應(yīng)力監(jiān)測(cè)梁段剖面布置如圖5-4。

5.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果

大橋主梁底板、頂板應(yīng)力監(jiān)控分掛籃移動(dòng)就位、混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行;一方面利用有限元模擬計(jì)算結(jié)果得到應(yīng)力數(shù)據(jù)，另一方面從施工現(xiàn)場(chǎng)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變之間關(guān)系算出應(yīng)力值，然后對(duì)兩種成果進(jìn)行對(duì)比。各控制面應(yīng)力統(tǒng)計(jì)如圖5-5、圖5-6。

由上述結(jié)果得知，惠民大道連續(xù)梁橋懸臂施工中，箱梁的底板、頂板都是受壓狀態(tài)，模擬與實(shí)測(cè)的應(yīng)力變化趨勢(shì)基本一致;隨著掛籃移動(dòng)、混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉，箱梁應(yīng)力呈齒狀變化規(guī)律。截面最大壓應(yīng)力10.55Mpa，最大拉應(yīng)力0.31Mpa，但都小于C55 混凝土抗壓強(qiáng)度35.5Mpa，抗拉強(qiáng)度2.74Mpa。橋梁應(yīng)力實(shí)測(cè)值比模擬值偏大，究其原因是有限元建模簡(jiǎn)化與實(shí)際受力狀態(tài)有偏差，施工現(xiàn)場(chǎng)荷載臨時(shí)堆放難以掌握。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)一連續(xù)梁橋?qū)嵗龖冶凼┕けO(jiān)控的有限元仿真并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用本文的仿真模擬可以達(dá)到線型、應(yīng)力監(jiān)控的預(yù)期目標(biāo)，且均在容許誤差范圍之內(nèi)，能夠保證施工過(guò)程的安全和成橋線型流暢。有限元施工監(jiān)控模擬的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)施工前的預(yù)演，為施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本控制提供參考。下一步的工作將通過(guò)各參數(shù)的調(diào)整，找出主要敏感參數(shù)，繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整仿真模型使其更加符合實(shí)際情況。

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[5]張永永.連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制方法研究[J].中外公路，2006（12）.作者簡(jiǎn)介：

李智強(qiáng)，（1979-09—），男（漢族），山西人，碩士，講師;研究方向：橋梁健康監(jiān)測(cè)與防護(hù)研究。

基金項(xiàng)目：

吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020 年度基于MIDAS CIVIL 的橋梁施工監(jiān)控?cái)?shù)值模型的分析研究課題（2020SKD012）

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，吉林 132200）