大跨度連續剛構橋施工仿真監控分析

摘要：以一連續剛構橋—惠民大道主橋懸臂施工過程為研究對象，對該橋施工過程進行施工仿真監控。采用Midas/Civil對施工過程做仿真分析，分析主梁在施工過程中線型和應力變化，為相關橋梁施工提供參考。

關鍵詞：連續梁橋;施工監控;有限元

1 工程概況

某新建快速路惠民大道特大橋DT2 標段內的一座大跨度連續剛構橋，主橋橋跨布置為（45+80+45）m 如圖1-1，施工段劃分如圖1-2。圖中80m 左側為8#墩，右側為9#墩。

大橋主梁為變截面箱梁，梁高、底板厚度均采用二次拋物線線型，混凝土標號為C55，預應力體系為三向預應力，橋墩為圓端型變截面空心墩。

2 主橋有限元計算模型

結構模型采用MIDAS 中梁單元模擬，由于施工過程中有混凝土收縮徐變的影響，故采用前進分析法進行模擬施工。橋梁主梁共有71 個節點，分為70 個單元，主橋有限元模型如圖2-1。施工荷載主要有自重、掛籃、預應力以及二期鋪裝等。邊界條件采用彈性連接的剛性墩梁固結。

橋梁施工流程為：承臺施工→橋墩施工→0#塊施工→1#塊施工→1#塊張拉→2#塊掛籃→2#塊立模、鋼筋綁扎→2#塊澆筑、養護→2#塊張拉→掛籃移動，以此類推。

3 計算模型可靠度分析

本文利用有限元自建模型和設計計算模型數據，通過對比兩模型在二期鋪裝完成和十年收縮徐變主梁撓度變化來檢驗自建有限元模型的可靠度。二期鋪裝仿真撓度計算與理論設計值對比如圖3-1;十年收縮徐變仿真撓度計算與理論設計值對比如圖3-2。由下圖3-1、圖3-2 可以看出，兩種模型計算撓度變化曲線大體一致，二期鋪裝兩種模型主梁撓度最大差值為3.54mm，十年成橋兩種模型主梁撓度最大差值為2.32mm，這些數據表明：該橋梁自建模型可靠度良好，完全可以用于現場施工模擬。

4 橋梁結構線型控制

在橋梁施工過程中對其施工過程進行監控，目的在于確保橋梁施工順利實施，保證最終成橋線型滿足設計要求，達到結構穩定、線型平順、受力合理。在每一梁段施工中，對每一梁段的標高做實時監控，使得每一梁段高程誤差被控制在允許范圍之內，當誤差超限時，應立即采取措施進行調整，避免隨著施工進展誤差不斷積累，導致橋梁無法正常合攏。本連續梁橋根據施工現場實際，特制定了線型、應力控制的具體實施方案。利用仿真計算各施工階段立模標高，結合施工現場不斷修正參數，指導下一節段梁體立模標高。橋梁的線型監控主要是運用水準測量的方法對梁段混凝土澆筑前后、預應力鋼束張拉前后、掛籃移動前后的高程進行監控，每個懸澆梁段布置5 個標高觀測點，頂板3 個，底板2 個，具體布置如圖4-1。

根據圖1-2 中各施工梁段模擬梁底立模標高和實測梁底立模標高數據的對比可知，惠民大道連續剛構橋8#墩懸臂施工高程實測值與模擬高程值相差不大，最大差值發生在18#截面，高程最大差值為18.1mm<20mm，線型控制滿足設計要求，梁節段之間沒有出現較大的錯臺折角，能夠實現預期監控目標。梁段線型監控如圖4-2、圖4-3。

5 橋梁結構應力控制

連續梁橋施工監控最主要的項目是線型監控和應力監控，兩者并駕齊驅。應力監控不像線型監控那么體現的直觀明了，它需要通過一定的設備間接實現，即通過測出研究對象的應變，然后再換算成應力。通過對橋梁結構應力進行監控，可真實有效地評價橋梁的實際受力，進而確保施工過程和成橋結構安全可靠。

應力控制主要是對橋梁截面鋼筋混凝土在施工過程或成橋受力過程中發生的狀態變化進行評估。在本次惠民大道連續梁橋的應力監控中，依據施工現場實際，特制定了應力監控的具體方案。應力監控的傳感器選用JMZX-215HAT 埋入式混凝土應變計，如圖5-1、圖5-2。

應力監控主要是通過測定頻率得出應變值，然后通過結構體的彈性模量計算出結構體的應力。當結構體的應變受溫度干擾時，需要在測試中消除其影響，從而獲得結構體的真實應變。計算公式如下：

5.1 應力測定點布置

大橋主橋應力測定控制截面如圖5-3，A 類截面為懸臂根部截面，B 類截面為1/4 跨截面，C 類截面為跨中截面。應力監測梁段剖面布置如圖5-4。

5.2 應力監測成果

大橋主梁底板、頂板應力監控分掛籃移動就位、混凝土澆筑和預應力張拉三個環節進行;一方面利用有限元模擬計算結果得到應力數據，另一方面從施工現場采集應變數據，根據應力應變之間關系算出應力值，然后對兩種成果進行對比。各控制面應力統計如圖5-5、圖5-6。

由上述結果得知，惠民大道連續梁橋懸臂施工中，箱梁的底板、頂板都是受壓狀態，模擬與實測的應力變化趨勢基本一致;隨著掛籃移動、混凝土澆筑和預應力張拉，箱梁應力呈齒狀變化規律。截面最大壓應力10.55Mpa，最大拉應力0.31Mpa，但都小于C55 混凝土抗壓強度35.5Mpa，抗拉強度2.74Mpa。橋梁應力實測值比模擬值偏大，究其原因是有限元建模簡化與實際受力狀態有偏差，施工現場荷載臨時堆放難以掌握。

6 結語

通過一連續梁橋實例懸臂施工監控的有限元仿真并結合施工現場的監測數據，采用本文的仿真模擬可以達到線型、應力監控的預期目標，且均在容許誤差范圍之內，能夠保證施工過程的安全和成橋線型流暢。有限元施工監控模擬的優勢是可以實現施工前的預演，為施工質量、進度和成本控制提供參考。下一步的工作將通過各參數的調整，找出主要敏感參數，繼續優化調整仿真模型使其更加符合實際情況。

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[5]張永永.連續剛構橋線形控制方法研究[J].中外公路，2006（12）.作者簡介：

李智強，（1979-09—），男（漢族），山西人，碩士，講師;研究方向：橋梁健康監測與防護研究。

基金項目：

吉林鐵道職業技術學院2020 年度基于MIDAS CIVIL 的橋梁施工監控數值模型的分析研究課題（2020SKD012）

（吉林鐵道職業技術學院鐵道工程學院，吉林 132200）