Dr.BridgeV3.0仿真模拟斜拉桥构件探究

【摘 要】本文依托某市某平转施工斜拉桥的施工监控项目。通过埋设应力计，对本桥进行了长期持续的监控与测量，得出了本桥应力的实测值。使用专业桥梁有限元软件dr.bridgev3.0依据设计图纸对本桥进行仿真模拟，经过计算得到本桥的理论值。经对比发现本桥的应力实测值与理论值较为吻合，可以通过模型模拟来较为真实的反应平转施工斜拉桥在实际施工中的受力状态。由于本桥是满堂支架施工，实测下缘应力在某一施工阶段出现了拉应力，表明实际施工主梁底缘与支架间出现了局部受力，而这点很难再仿真分析中表现出来，所以需要加强实际施工中的应力监控。

【关键词】斜拉桥；应力；理论值；实测值；平转施工

0.引言

目前对斜拉桥进行结构分析采用最多的是有限单元法，利用有限元中各单元的特性模拟斜拉桥的不同部位。在对斜拉桥支架施工过程模拟分析和转体前后分析时，要尽可能真实的模拟：主梁、拉索、索塔、混凝土的收缩以及徐变、预应力筋的张拉、施工荷载形式、边界条件等。[1]

本文以迁西转体斜拉桥为背景，以桥梁工程专用的结构分析与优化设计软件桥Dr.Bridge.V3.0建立施工控制仿真分析模型。模型的主要部分斜拉索采用索单元，塔、墩、梁采用梁单元。全桥离散为107个节点，126个单元。其中主梁共88个单元，塔18个单元，斜拉索共20个单元。

1.工程概况

本工程线路基本为南北走向，在里程K4+405处上跨京哈、津山铁路。立交桥起点里程为K4+027.96（桥台前墙处），终点里程为K4+610.040（桥台前墙处），全长582.08米，共跨越京哈线、津山线及东联线，与京哈铁路上行线以71°、津山铁路上行线以72°角度斜交、与津山铁路下行线及京哈铁路下行线以69°角度斜交。和营业线分别相交于铁路里程K168+115.2（京哈线）、K293+441.6（津山线）、K0+541.2（东联线）。

立交桥主桥为2×96m转体斜拉桥构造，采用支架现浇，平面转体施工；引桥为2×30m、3×30m、3×30m、2×30m先简支后连续装配式预应力混凝土箱梁，预制架设施工。

桥梁转体施工，是利用两岸地形采用简单支架顺着岸边预制拼装庞大的桥梁结构，然后采用摩擦系数很小的转铰和滑道组成的转盘结构，以简单的设备，将桥梁整体旋转安装到位的施工方法。[2]

在跨度200m以内的斜拉桥，常采用独塔斜拉桥。[3]

2.全桥结构的构件模拟

本文依托某市某平转施工斜拉桥的施工监控项目。作者通过埋设应力计，对本桥进行了长期持续的监控与测量，得出了本桥应力的实测值。作者使用专业桥梁有限元软件Dr.BridgeV3.0依据设计图纸对本桥进行仿真模拟，经过计算得到本桥的理论值。通过得出实际通过对某市平转施工斜拉桥的应力监控与建模分析，分别得出斜拉桥的实测应力值和理论应力值。[4]

2.1 主梁的模拟

梁单元截面依据设计图纸在CAD中画出，然后导入Dr.Bridge.V3.0。梁单元采用全预应力混凝土构件，截面材料采用中交新混凝土：C50混凝土。先把梁单元安成桥后状态建成模型，然后依据施工顺序划分施工阶段。

2.2 斜拉索的模拟

斜拉索直接采用Dr.Bridge.V3.0有的索单元进行模拟。本桥把拉索转化成中交新预应力筋：270K级钢绞线（15.2）来进行模拟，截面面积为：18549 。因为本桥斜拉索钢丝采用塑包平行钢束，钢丝采用163φ7高强钢丝与270K级钢绞线（15.2）弹性模量较为接近。此桥为独塔双索面，所以把实际中同一边并排的两根索转化成一根索进行模拟。[5-8]

2.3 索塔的模拟

本文索塔采用梁单元来进行模拟。

2.4 主梁预应力的模拟

作者根据不同的施工工况和施工阶段，对主梁应力进行了相应的监控和数据测量。

2.5 实测数据与理论数据对比

作者通过埋设应力计，对本桥进行了长期持续的监控与测量，得出了本桥应力的实测值。作者使用专业桥梁有限元软件Dr.BridgeV3.0依据设计图纸对本桥进行仿真模拟，经过计算得到本桥的理论值。

通过实测数据与理论数据应力图表对比分析，可以看出有较好的规律性，从中可以得出以下结论和规律：

（1）实测数据与理论数据是有误差的，从第3施工阶段（A0段张拉预应力筋前）以后， 主梁上缘应力实测值的均大于理论值.从第5施工阶段（A2段张拉预应力筋后）以后， 主梁下缘应力实测值的均大于理论值.

（2）从第7施工阶段（A3段张拉预应力筋前）以后，主梁上缘应力和下缘应力理论值走势较为吻合.

（3）从第7施工阶段（A3段张拉预应力筋前）以后，主梁上缘应力实测值与理论值的最大差值为1.22MPa；主梁下缘应力实测值与理论值得最大差值为0.3MPa。

（4）第1-4施工阶段主梁下缘出现了拉应力。由于本桥采用满堂支架施工，这表明斜拉桥在实际施工中支架与主梁底缘发生了局部受力。实际施工中的局部受力状态，在有限元仿真模拟中很难体现出来。

（5）主梁上下缘压应力呈现出此消比长得状态，当某个主梁截面下缘压应力减小时，主梁上缘会增加。当某个主梁截面下缘拉应力增加时，主梁上缘的压应力也会增加。

（6）在第4施工阶段（A1张拉后），主梁下缘出现了最大拉应力，实测数据最大拉应力为-1.01MPa，理论数据最大拉应力为-0.08MPa。

3.结束语

通过以上计算分析，可以得出如下结论：

（1）本文采用专业桥梁有限元软件Dr.BridgeV3.0依据设计图纸对本桥进行仿真模拟，经过计算得到本桥的理论值。经对比分析理论值和实测发现较为吻合，可以通过模型模拟来较为真实的反应平转施工斜拉桥在实际施工中的受力状态。

（2）由于本桥是满堂支架施工，实测下缘应力在某一施工阶段出现了拉应力，表明实际施工主梁底缘与支架间出现了局部受力，而这点很难再仿真分析中表现出来，所以要加强主梁底缘的应力监控和测量。

（3）实测值与理论值是存在误差的，这与测量误差和有限元软件模拟误差是有关的。误差在允许范围内。

（4）实际测量的应力和理论计算的应力均是满足设计要求的。

（5）本桥为矮塔斜拉桥，采用平面转体和满堂支架施工法。其中支架与主梁底部之间的摩阻力对主梁有怎么样的影响，以及平面转体施工过程中主梁的受力状态还有待进一步探究。

【参考文献】

[1]桥梁施工控制技术北京：人民交通出版社，2001.

[2]林元培.斜拉桥.北京：人民交通出版社，1997.

[3]范立础.桥梁工程（上）.北京：人民交通出版社，1983.

[4]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）.北京：人民交通出版社.1989.

[5]中华人民共和国行业标准.公路斜拉桥设计规范（试行）.北京：人民交通出版社，1992.

[6]陈宝春，彭桂瀚.部分斜拉桥发展综述华东公路，2004（3）：89-96.

[7]周孟波主编.斜拉桥手册.北京：人民交通出版社，2004.

[8]吴鸿庆，任侠.结构有限元分析.北京：中国铁道部出版社，2000.