斜拉桥施工过程模拟计算

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1、斜拉桥施工过程模拟计算　　摘要结合范和港大桥主桥斜拉桥的施工监控过程，对斜拉桥施工监控中模拟计算要点进行阐述。施工过程中的仿真计算不仅能对整个施工过程进行描述，反映施工过程中各个阶段的结构行为(状态)，而且还能确定结构各个阶段的理想状态，为施工提供中间目标状态。关键词斜拉桥施工监控模拟计算中图分类号：TU7文献标识码：A范和港大桥主桥的总体布置为（52.5+99.5+300+99.5+52.5）m，桥梁总长604m。半幅桥横断面布置采用0.5m（防撞栏）+2.5m（硬路肩）+2x3.75m（行车道）+0.5m（左侧路缘带）+0.25m（C值）+0.5m（防撞栏）+3.4/2m（塔柱宽

2、）＝26.9/2m。主桥采用预应力混凝土双塔单索面斜拉桥，采用塔墩梁固结体系,边跨各设一个辅助墩，引桥采用40m和50m预应力混凝土连续梁。其主桥斜拉桥桥型布置见图1-1。图1-1主桥立面图7索塔采用独柱型塔，桥面以上高度为78m，塔柱为中空圆端形截面，顺桥宽6.9m，横桥向宽3.4m，壁厚横桥向0.8～1.1m，顺桥向1.5m。主墩采用圆端型截面，横桥向从13.8m变化到15m，纵桥向宽从7m变化到5.8m再变化到7m。壁厚采用1m～2m，在墩底，根据防撞专题研究结果，在船舶可能撞击点以下采用实心断面。基础采用16根直径2.8m的钻孔灌注桩，采用整体式钢筋混凝土承台，承台高度6m。

3、斜拉索为密索体系，扇形空间布置，全桥设23对索共184根。考虑主梁设计基准风速达61.3m/s，为减少静阵风荷载，采用镀锌高强钢丝制成平行钢丝索，热挤压索套防护；主梁索间距为6m，塔上索间距为1.6m。主梁采用单箱双室三角箱形主梁截面。本桥箱梁全宽26.9m，横梁间距6m，主梁高度为3.2m，箱梁顶板厚度为27cm，底板厚度为25cm。主梁截面如图1-2所示。图1-2主梁截面斜拉桥的施工通常采用分阶段逐步完成的悬臂法施工，结构的最终形成，必须经历一个漫长而复杂的施工过程以及结构体系转化过程，对施工过程中各个阶段的变形计算和受力分析，是斜拉桥结构施工控制中最基本的内容，是施工监控的核心

4、和前提。施工过程中的仿真计算不仅能对整个施工过程进行描述，反映施工过程中各个阶段的结构行为(状态)，而且还能确定结构各个阶段的理想状态，为施工提供中间目标状态。7目前斜拉桥施工控制中结构的计算方法主要包括：正装法、倒拆法和无应力状态控制法三种方法。范和港大桥主桥工程施工过程模拟计算拟采用正装法，按照斜拉桥结构实际加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好地模拟斜拉桥的实际施工历程，能得到斜拉桥在各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可以用来指导斜拉桥设计和施工，而且为斜拉桥施工控制提供了理论依据。基于以上考虑，施工单位对范和港大桥主桥斜拉桥采用正装分析方法编制了相应的可用于平面和空间施

5、工过程非线性仿真分析的两套程序，在多座大跨度斜拉桥中得到应用。程序分析流程如图6-1。图6-1斜拉桥施工过程仿真分析系统在对斜拉桥悬臂施工过程模拟计算中，主要对结构构件的模拟分析的内容包括:主梁的模拟、拉索的模拟、预应.力筋的模拟、索塔的模拟、施工荷载形式模拟、结构体系转换模拟、边界条件的模拟以及混凝土收缩、徐变的影响等。○1主梁的模拟7梁单元的形成经历了新单元从无强度和刚度到有强度和刚度的转化过程。在斜拉桥正装法分析中，新单元由挂篮承受全部重量时无强度和刚度，当新单元达到一定的强度和刚度之后，张拉预应力筋，解除挂篮对梁段的支承，新单元与挂篮之间的作用力一次消除，并参与已建结构的受力

6、。范和港大桥主桥主梁拟采用单根主梁带刚性短刚臂鱼骨式模型。○2拉索的模拟斜拉桥中的拉索单元，一般用平面杆单元(每个节点两个自由度)来模拟。张拉设备将张拉力赋予拉索时，拉索本身的弹性伸长不影响索力大小，拉索的弹性作用并不存在，可用沿拉索方向的一对张拉力代替拉索的作用；当拉索锚固后，拉索的弹性变形将直接影响索力的大小，此时结构分析必须计入拉索的单元弹性作用。范和港大桥主桥拉索拟采用等效弹性模量直杆法，用考虑垂度变化影响的有效弹性模量的直杆代替实际的拉索，可采用Ernst公式计算有效弹性模量式中为考虑垂度影响的拉索换算弹性模量；为拉索弹性模量；为拉索换算容重；为拉索长度；为拉索与水平线的夹

7、角；；为拉索应力。○3索塔的模拟一般用梁单元来模拟，精确计算模型可采用实体单元、板壳单元等。○4施工荷载形式的模拟斜拉桥分段悬臂施工过程中，施工荷载主要包括已建结构上的临时堆放荷载和挂篮自重。临时堆放荷载可根据其作用大小和位置，采用集中力或均布力来模拟。前支点挂篮需模拟施工中斜拉索张拉和放张过程。7○5边界条件模拟正确描述结构系统的边界条件是结构分析的关键问题，边界条件可分为位移边界条件和力边界条件。位移边界条件可根据力学模型的边界条件来确定，在边界条件模