利用MIDAS對省道101線石門水電站庫區大橋進行施工監控的分析研究

張 毅，郭 強

(新疆維吾爾自治區交通建設管理局，新疆 維吾爾自治區 830049)

1 工程概況

1.1 項目位置

石門子水電站庫區大橋項目為省道101線烏魯木齊～巴音溝公路中的一段，工程地點位于呼圖壁縣雀爾溝境內，對應擬建省道101線里程樁號為K79+600～K83+060。起點為K79+600，對應老路里程 K84+600，終點K83+100，對應省道101線老路里程 K91+100，起終點設計高均與老路順街。路線于K80+400～K80+550跨越呼圖壁河，路線全長3.5 km。全線主要控制點：路線起點、石門水庫淹沒區、橋位選址和路線終點。工程建設對改善呼圖壁縣交通出行條件，推進沿線煤炭、旅游資源開發，促進區域社會經濟協調發展具有十分重要的意義。

1.2 橋梁概況

(1)上部結構

主橋上部結構采用90 m+150 m+90 m預應力混凝土連續剛構，箱梁采用C55混凝土。標準段橋寬10.0 m，邊跨部分進入緩和曲線段，橋面逐步加寬，最寬處為10.464 m，箱梁采用單箱單室直腹板斷面，其中箱寬5.4 m，標準段翼緣板懸臂寬2.3 m。箱梁根部梁高H根=8.5 m，跨中及邊跨端部梁高H中=3.5 m，箱梁梁高變化采用1.8次拋物線，H根/L=1/17.7，H中/L=1/42.9。箱梁0#塊～7#梁段腹板厚度采用70 cm；8#、9#梁段為過渡段；10#～16#梁段腹板厚度采用50 cm，梁端現澆段采用70 cm。箱梁底板厚度變化采用1.8次拋物線，由箱梁根部90 cm漸變到跨中30 cm；箱梁頂板厚0#塊采用45 cm，其余均采用28 cm。箱梁橫坡由腹板高度調整，底板保持水平。

(2)下部結構

主墩(1#、2#墩)采用實心雙薄壁墩，雙肢墩中心距為6 m，順橋向尺寸1.5 m，在墩底5 m范圍內逐步加厚到2.2 m，橫橋向尺寸5.4-9.0 m，從墩頂到墩底線性變寬。墩柱采用C50混凝土。

主墩承臺采用整體性承臺，順橋向尺寸9.6 m，橫橋向尺寸14.6 m，厚度4.5 m，承臺采用C30混凝土。基礎采用6根直徑2.2 m的嵌巖樁。

主橋下部采用矩形空心墩，截面尺寸為7.5 m(橫向)×6.5 m(縱向)，基礎采用350 cm的承臺，每墩6Φ2.2 m的鉆孔灌注樁。橋臺為柱式臺，采用2Φ1.5 m的鉆孔灌注樁。

2 結構分析模型建立

2.1 計算模型

計算軟件采用MMIDAS/Civil 2012，建立平面桿系模型進行計算。把整個主橋結構離散為126個單元共有131個節點，根據施工程序分為60個施工階段對施工過程進行模擬計算；把引橋結構離散為76個單元共有77個節點，根據施工程序分為6個施工階段對施工過程進行模擬計算。摩擦系數μ=0.15，偏差系數k=0.0015(1/m)，錨具一端回縮Δ=6 mm。

2.2 材料特性

在進行分析時，采用了以下幾種材料，材料情況見表1。

2.3 施工階段劃分

施工監控計算將主橋結構施工過程劃分為60工階段，引橋結構施工過程劃分為6工階段。

2.4 計算荷載選取與計算假定

主梁懸臂澆筑時掛籃前后支點力按集中荷載輸入，橋面鋪裝及防撞欄桿等重按47.5 kN/m均布荷載輸入，其余構件自重由程序自行計算。

對于掛籃的模擬采用集中力+彎矩進行模擬，對于空掛籃+模板重量取值為80 t。

收縮徐變系數根據橋規(JTG D62—2004)計算，分析中考慮不同階段的不同應力水平和加載齡期的變化。

3 計算結果列表

3.1 符號規定

應力符號規定：壓應力為-；拉應力為+。

位移符號規定：下撓為-；上翹為+;水平方向往中跨方向為+；水平方向往邊跨方向為-。

C55按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)。

(1)施工階段

(2)使用階段

容許壓應力：σcc≤0.50fck=17.75 MPa；容許拉應力 ：小于0；容許主壓應力：σcp≤0.60fck=21.30 MPa；容許主拉應力：σtp≤0.40ftk=1.10 MPa。

C50按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)。

(1)施工階段

(2)使用階段

容許壓應力：σcc≤0.50fck=16.20 MPa；容許拉應力 ：小于0；容許主壓應力：σcp≤0.60fck=19.44 MPa；容許主拉應力：σtp≤0.60ftk=1.06 MPa。

3.2 主橋計算結果

下面選取了部分主要工況的計算結果以表格的形式給出，由于在合攏之前，兩個懸臂澆筑結構是相似的，所以下面僅給出一個T構一側懸臂澆筑過程的計算結果。

(1)主墩及0#塊梁段施工完位移與應力結果

表2 主梁、主墩上下緣應力表

表3 主梁豎向位移表

表4 主墩水平方向位移表

3.3 中跨合攏施工完成

表5 主梁、主墩上下緣應力表

表6 主梁豎向位移表

表7 主墩水平方向位移表

4 結 論

(1)從計算的結果來看，在主橋及引橋施工過程中，部分梁段截面下緣產生了較小的拉應力，但其拉應力值遠小于《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)規定計算值，且隨著懸臂施工的推進，最后成橋時，均轉化為壓應力；同時在整個施工階段過程中，沒有過大的壓應力產生，其壓應力值均小于規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)7.2.8條壓應力的規定計算值。此外，各節點位移變化較小，說明梁段剛度較大，相對可以較為容易的控制各梁段的標高。

(2)本次復核計算中，監控單位所有的計算假定和相應參數均只是監控計算的初始假定，在今后的工作中，將通過大量的監測數據和施工單位提供參數獲取信息，采用自適應控制原理，以最小二乘法進行參數識別和誤差估計，從而對初始模型進行調整，力求準確反映和指導工作。

(3)為后續橋梁評估提供了基礎數據。