大跨径连续刚构桥梁施工控制与仿真分析

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1、大跨径连续刚构桥梁施工控制与仿真分析大跨径连续刚构桥梁施工控制与仿真分析叶华强,李凡(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009)摘要:预应力连续刚构桥结构受力和变形情况十分复杂.以某桥梁工程为例,采用Midas/Civil软件建立有限元仿真分析模型,计算桥梁各施工阶段的应力和变形情况.将施工过程中线形控制与应力控制的实测数据与理论数据进行对比分析,探讨桥梁关键部位在施工过程中的应力变化规律,以及有限元分析软件在工程建没中的应用价值.关键词:连续刚构桥;施工控制;仿真分析;悬臂施工中图分类号:U4

2、48.215;U448.23;U445.4文献标识码:A文章编号:1673—5781(2010)06082903近年来,随着我国基础设施的建设,带动了我国桥梁行业的快速发展.连续刚构桥梁的结构特点是梁体连续,墩梁固结,并利用高墩的柔度来适应结构预应力,混凝土收缩,徐变和温度变化所产生的位移l1].由于桥梁设计软件的不断升级完善及设计与施工经验和能力的提高,预应力连续刚构桥的跨径将越来越大,而这种桥型的使用也将越来越广泛Ⅲ2].本文利用某桥梁工程实际数据为例,通过使用Midas/civil有限元软件对桥梁悬臂

3、施工阶段的应力进行分析,研究桥梁在施工中的关键截面的变形和受力情况.并与现场实测数据进行对比分析,探讨有限元分析软件在工程建设中的应用和价值.1工程概况某桥梁为5跨预应力混凝土变截面连续刚构桥,由左右两幅两座分离式桥梁组成,桥梁全长4741Tl,跨径组合为50m+l14m-t-140m+114In+56In.桥梁上部结构采用单箱单室预应力混凝土变截面连续刚构箱梁,箱梁根部梁高主墩为8In,次主墩为6m,跨中及端部梁高均为3m,梁高以1.8次抛物线变化,顶板宽11.8m,底板宽6.51TI.桥梁下部主墩采用双

4、薄壁空心墩,墩顶与梁体固结,最高墩7811"1.期.在主桥桥面上每隔5m设一个高程监测点,施工过程中,对每一梁段的立模,混凝土浇筑前,混凝土浇筑后,张拉预应力钢束和挂篮移动的标高进行监测,从而观察各点的挠度及箱梁曲线的变化,以保证主桥合龙时的精度和桥面线形l3].并根据大跨径连续刚构桥梁在悬臂浇注过程中的受力情况,在主桥每跨1/2,1/4处和主墩两侧等关键控制截面布置应力监测点,以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况.共布置12个截面,8O个应力测量点(图1,图2).图1桥梁应力测点布置示意图_

5、',口:图2截面应力计布置图2施工控制方法及措施3有限元仿真及计算为了保证桥梁建成时尽可能地接近理想设计状态,同时也确保施工过程安全并保证施工质量和工收稿日期:2010—03—12;收稿日期:20100412作者简介:叶华强(1985一),男,安徽肥东人,合肥工业大学硕士生;李凡(1967一),男,安徽明光人,博士,合肥工业大学副教授本文采用Midas/Civil有限元软件建立主桥三维仿真模型,计算桥梁整体受力及关键截面的应力情《工程与建设》2010年第24卷第6期829况.由于高墩大跨径桥梁的空间结构十分

6、复杂,所以在有限元建模过程中,在不影响结构受力的情况下,需对结构进行必要的简化,如忽略箱梁中的齿板,人洞和横隔板等结构的影响.但为了使结构计算更接近实际,仿真模型的结构尺寸和受力特点应尽可能的与实际相符;应尽量按照实际材料参数来取模型单元材料的参数;并且在划分施[阶段时,也应尽可能与实际施工阶段相一致[.3.1结构材料参数主梁材料为C50混凝土,容重2.5×10N/m.,弹性模量34.5GPa,泊松比0.2;墩身材料为C40混凝土,容重2.5×10N/m.,弹性模量32.5GPa,泊松比0.2;预应力钢绞线

7、为ASTM416—92低松弛270级钢绞线,标准强度l860MPa,弹性模量I.95×10jMPa.混凝土徐变系数2.0,收缩应变1.5×10～,钢束松弛率3.5%.3.2结构模型的建立桥梁仿真模型以顺桥向为轴,横桥向为Y轴,竖向为z轴建立,共230个节点;210个单元;其中主梁共140个单元,单元尺寸以实际施工块段尺寸取值(图3).主桥按先次中跨合龙,然后解除1,4主墩图3全桥仿真模型墩顶临时锚固,再进行边跨合龙,最后中跨合龙的顺序施工.在4个主墩处采用刚性连接与主梁0块连接,以模拟实际施_[中墩粱固结;

8、主墩与承台连接模拟为固定支座,并在边跨端侧设置活动铰支座.主桥计算模型共分为56个施工工况,每号块梁段施工分为3个工况(浇注混凝土,张拉预应力,挂篮移动).4施工监控数据对比分析4.1线形控制在桥梁悬臂施工过程中,线形控制十分重要,需对各个施工阶段进行高程监测,为尽量减小温度的影响,挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行.在整个施工过程中,主要观测内容包括:挂篮移动前后,混凝土浇筑前后,预加力张拉前后,边(中)跨合