大跨度连续箱梁桥施工控制仿真与线形控制研究

摘要：结合工程概况，采用MIDAS/Civli和Dr.BridgeV3.0两种有限元软件对X大桥建立全桥上部结构模型和对施工过程仿真进行了分析，并对大跨度连续箱梁桥支架现浇方案进行比选，最后对大跨度连续箱梁桥线形控制的结果进行了分析。

关键词：施工控制；连续箱梁桥；仿真；线形控制

Abstract: combining the engineering survey, the MIDAS/Civli and Dr. BridgeV3.0 two kind of finite element software to establish the whole bridge X bridge upper structure model and construction process of the simulation was analyzed, and the long span continuous box girder bridge bracket cast-in-situ plan than the election, finally to long span continuous box girder bridge of the linear control results are analyzed.

Keywords: construction control; Continuous box girder bridge; The simulation; Linear control

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

施工控制仿真分析，就是通过合理的有限元仿真模型，采取有效的结构分析方法，对桥梁的成桥后线形、受力状态和施工过程中各施工工况下的的线形、受力状态进行一定精确度的模拟分析计算的过程。施工控制仿真分析的目的就是通过有效地仿真分析为施工提供现实有效的控制数据，为下一步的施工提供正确的指导。

1工程概况

X大桥设计标准为:

公路等级:一级公路;设计行车速度:80km/h;桥面宽度:行车道:2 净—12.5m，非机动车道:2 净—5m，左右幅桥梁间距4m；设计荷载:公路工级;地震动峰值加速度:本工程所处地区的地震加速度峰值为0.19，桥梁抗震设防类别为B类，抗震设防烈度为7度，抗震设防措施等级为8级;设计洪水频率:1/100;桥下通航净空:主跨跨越周山河为v级航道，净空为53.6 5m;高程系:1985国家高程基准。

2大跨度连续箱梁桥施工过程仿真分析

2.1 X大桥施工过程仿真分析

为了检验X大桥仿真模型建立的正确，本桥采用MIDAS/Civli和Dr.BridgeV3.0两种有限元软件对X大桥建立全桥上部结构模型。同时发挥MIDASICivli查看应力方便以及Dr.BridgeV3.0查看位移变形方便的突出作用。

为了两软件方便比较，X大桥施工仿真模型采用了相同的节点和单元以及相同的施工阶段。全桥共用主梁节点105个，主梁单元104个，划分为六个施工阶段为:

I.搭设支架，浇筑箱梁混凝土

II．张拉腹板预应力钢束

III.张拉顶板预应力钢束

IV.张拉底板预应力钢束

V.二期铺装荷载的施加

VI.十年混凝土的收缩徐变

为了模拟支架的和桥墩支座的约束，在MIDAS/Civli中支架采用一般支撑，主梁和支架、支座连接采用弹性连接中的刚性连接，形成刚臂。各施工阶段的边界约束条件如图1所示。

(a)1）-4）施工阶段边界约束 (b) 5)、6)施工阶段边界约束

图1 各施工阶段的边界约束

1.2 X大桥施工仿真分析结果

运用正装分析法，逐步计算累加各个施工阶段结构的位移变形值，并考虑混凝土收缩徐变、二期恒载、1/2活载等因素，分别采用两种有限元软件对X大桥进行了施工仿真计算。

鉴于两软件在计算结果上显示的差异，MIDAS/Civii中当前一施工阶段结果包含了上一施工阶段结果，而Dr.BridgeV3.0当前施工阶段只包含本阶段的结果，因此最终确定比较最后施工阶段也即成桥时内力和位移的结果，以便确定施工仿真模型建立的正确与否。通过与Dr.BridgeV3.0结构重力(最后一个施工阶段的结构累计内力，即成桥内力，包括施工阶段中的结构自重、永久荷载、收缩、徐变和预应力效应等)的内力比较如图2所示。

图2预拱度值对比图

可以看出两软件分析结果中位移变化趋势相同，通过比较在关键部位的位移值，如表1所示可知两软件在关键部位的变形值相近，最大相差值为0.14cm，所以位移计算值正确。

表1支撑反力值

节点号 最大值 位置 备注

MIDAS/Civil Dr.BridgeV3.0

12 6271 6080 2#墩 最后一施工阶段

53 37705 36900 3#墩

由表1可见，两软件计算的成桥阶段的支撑反力值相差在5%以内，满足要求，所以施工仿真模型建立的反力计算正确。

3 大跨度连续箱梁桥支架现浇方案的比选

常见的连续梁支架现浇有两种施工方法:一是整联一次立架现浇、整体张拉;二是分节段立架现浇、分次张拉。针对X大桥的特点，在统一搭设完整体支架后，推荐三种支架现浇比选施工方案，即两种分节段现浇施工法(留2m的合拢段)和一种一次性整体浇筑施工法，各种施工方案是按照预应力钢索的布置形式进行划分，各种施工工序如下:

方案一:在支架上对称浇筑A0梁段混凝土，待混凝土强度达到设计强度后，张拉部分纵向、横向和竖向预应力索;支架上对称浇注Al、Bl梁段混凝土，待混凝土强度达到设计强度后，张拉本阶段相对应的预应力索;全桥合拢后，铺设桥梁二期恒载，运营。

该施工方案的优点是:施工节段长度短，重量轻，分阶段张拉部分预应力，有助于减轻支架负担；浇筑混凝土时间短，混凝土层间结合较好。缺点是施工工期较长，需要在合拢段制作劲性骨架同时还要进行膨胀混凝土试验费用大济效益不好。

方案二:同时浇注A0、Al、Bl梁段混凝土，张拉本阶段纵向预应力索及本节段的横向、竖向预应力钢筋，合龙B2梁段，张拉剩余纵向预应力索，对称拆除支架。优点是能有效防止因温度变化、混凝土收缩引起梁体纵向变形产生较大的次内力，导致梁体开裂;施工工期相对方案一较短。其缺点是浇筑混凝土时间长，混凝土层间结合不够良好;施工节段长度长，重量大。

方案三:一次性浇注A0、Al、Bl、B2梁段混凝土，待混凝土强度达到设计强度后，拉所有预应力索，对称拆除支架后铺设桥梁二期恒载。该施工方法的优点是在三种方案中施工工期最短，经济性最好。其缺点是施工节段长度大，重量大，也未张拉预应力索，梁体的负担大。

通过比较两者的不同工况下的应力和位移值可以看出两种施工方法在施工中是都可行的，但是对于有合拢段施工不仅要制作劲性骨架同时还要进行膨胀混凝土试验费用大，因此综合考虑施工方便和经济的前提下优先选用无合拢段施工方法(方案三)，也就是箱梁混凝土采用两次浇筑，第一次浇筑底板、腹板至顶板棱角处，第二次浇筑顶板翼缘处，两次均为纵向一联一次浇筑成型。

4大跨度连续箱梁桥线形控制

通过有限元计算可以看到桥梁在建设过程中会受到像桥梁自重荷载、预应力荷载、施工荷载、支架(挂蓝)变形等因素的影响，以及桥梁建成后混凝土收缩徐变恒载、汽车荷载等可变作用的影响，这些都会造成桥梁在建成后不久的年限里和设计线形不符。为使成桥后桥梁的线形与设计线形相吻合，在施工过程中主要采取对模板施加预拱度这一有效措施，预拱度主要包含施工预拱度和成桥预拱度。

为了预防成桥运营期间主梁下挠太大，预先在预拱值中考虑一个附加值，在中跨跨中设置5cm，边跨跨中设置1cm。

以X大桥右幅为例成桥后没加铺装前实测箱梁中线高程、设计高程和监控高程值线形比较如图3所示。

图3箱梁裸梁中心线线形图

从图3可以看出实测箱梁整体线形平顺，大桥的中跨实测高程高于监控高程和设计高程，最大处高于监控高程值为2.scm，高于设计高程值为6.3cm。边跨有部分低于设计高程值，最大为1.2cm，由于连续箱梁桥成桥后中跨为下挠，边跨为有上挠趋势，所以线形监控效果良好。

参考文献

[1]张继尧，王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社，2004:20-30

[4]强，邵嘉波，刘海峰等.预应力混凝土梁桥的发展[A].黑龙江:黑龙江交通科技，2001，(5):44-45

[3]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京:机械工业出版社，2005:40-45

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。