預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析探討

1、    預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析探討    俞艷濱摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟的進步，我國交通事業(yè)迅速發(fā)展。其中，預應力混凝土連續(xù)橋梁的建設規(guī)模與數(shù)量也因此增加。預應力混凝土連續(xù)橋梁不僅具有行車平穩(wěn)的優(yōu)勢，同時因其較強的跨越能力成為了我國主要的建設橋型之一。鑒于此，對預應力混凝土連續(xù)橋梁的施工提出了更高的標準與要求。關鍵詞：預應力混凝土；連續(xù)橋梁施工；控制；仿真分析在橋梁施工中，混凝土是應用最為廣泛的材料?；炷敛牧咸匦圆环€(wěn)定，容易受到季節(jié)氣候、溫度以及濕度等因素的影響。通常，在混凝土自重、橋面荷載等影響下，橋梁線性得不到很好的控制。而要使施工過

2、程中的應力以及撓度變形得到控制，就需要計算出不同施工段橋梁的受力以及變形的理想值。為了實現(xiàn)橋梁工程質(zhì)量的控制，對橋梁施工過程進行仿真實驗有非常積極的意義。所以文章結(jié)合midas/civil、ansys等軟件對浙江寧波地區(qū)的一座橋梁的施工全過程進行仿真分析。文章在仿真過程中涉及的方法較多，對全橋結(jié)構(gòu)仿真主要通過構(gòu)件分析建立詳細的模型，然后運用數(shù)值分析方法獲取分析結(jié)果，最后通過圖形軟件來獲得相關定論。1 工程概況a橋位于浙江寧波，全長1578m，主橋為五跨（55m+3x100m+ 55m）預應力混凝土變截面斜腹板連續(xù)箱梁，長410m，引橋左側(cè)為4跨35m預應力混凝土簡裝連續(xù)箱梁，右側(cè)為5×

3、;50m預應力混凝土等截面連續(xù)箱梁十2×（7×35m）+8×35m預應力混凝土簡裝連續(xù)箱梁組成。設計車速100km/h，荷載汽車-超20級，掛車-120級，抗震等級為8級。該橋采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法進行分段對稱施工。其中，主橋混凝土箱梁采用三向預應力，張拉順序為先縱向后橫向，并按對稱、均勻的原則實施。2 預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真軟件應用2.1 ansys該軟件具有豐富的材料庫以及單元庫，能夠?qū)θ魏谓Y(jié)構(gòu)形式的橋梁進行全橋仿真分析。該軟件應用可以使全橋仿真通過對各種載荷工況的組合，反映出橋梁的綜合特征，如應力分布、自振頻率、變形情況、地震響應、振形、失穩(wěn)特征等。2

4、.2 gqsj本系統(tǒng)為橋梁結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)，可以對不同施工段的荷載進行計算。2.3 dr.br1dge應用本系統(tǒng)對模擬施工中的臨時支架以及掛籃設備，對橋梁結(jié)構(gòu)上下部的共同作用進行分析。包括對拉索面積、施工張拉力的計算以及抗裂性、強度等計算。2.4 mdias/civil應用本軟件進行水化熱分析、非線性邊界分析、材料非線性分析、動力以及靜力彈塑性分析。3 預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析3.1 參數(shù)取值3.1.1 混凝土質(zhì)量密度。a橋仿真測試采用的混凝土質(zhì)量密度取值2630kg/m3，采用mdias/civil軟件進行計算后得到各個階段砼質(zhì)量以及設計值。通過軟件計算，只有當混凝土質(zhì)量密度取值26

5、30kg/m3時，各個階段砼質(zhì)量與設計值相近。3.1.2 孔道偏差系數(shù)與摩阻系數(shù)。根據(jù)國內(nèi)外預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真研究中對孔道偏差系數(shù)與摩阻系數(shù)的分析以及測試結(jié)果的分析，確定本仿真分析中a橋的孔道摩擦系數(shù)為0.2，摩阻系數(shù)k=0.001。結(jié)合上述參數(shù)，確定有限元結(jié)構(gòu)分析參數(shù)，如上表所示。3.2 仿真分析結(jié)果本仿真中用mdias/civil軟件對主橋結(jié)構(gòu)體系以及合攏順序進行了模擬，將全過程施工階段分成19個階段。本仿真中采用前進分析方法對整個橋梁施工過程進行模擬，全橋總共建立119個梁單元，并輸入預應力鋼筋數(shù)為210（含底板、頂板、腹板、合攏段預應力鋼筋），掛籃重量為63t，二期恒載為

6、4.25t/m，車道荷載為10.5kn/m，集中荷載為360kn/m。但由于該橋為3車道，所以實際集中荷載為：36×0.5×3×0.78=42.12t/m，均布荷載為1.05×0.5×3×0.78=l.2285t/m。因此，其仿真結(jié)果如下：預應力鋼筋對橋梁受力的影響較大，因此在仿真中，要考慮預應力鋼筋損失；在仿真中不能忽略收縮徐變給橋梁撓度造成的影響。本仿真結(jié)果顯示，某些梁段的預拱度有一定的變化，由此表明徐變對橋梁有重要影響。綜上，通過不同施工段標高、應力值、gqjs計算值以及實測值對比分析表明，采用midas/civil進行模型仿真

7、切合實際。因參數(shù)選擇合理，所以仿真結(jié)果可靠。4 預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制仿真分析4.1 a大橋溫度場仿真分析根據(jù)研究資料表明，溫度場對橋梁的影響是比較嚴重的，不僅容易改變橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，也容易造成橋梁疲勞損傷，降低使用壽命。因此本部分通過midas/civil軟件對橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應力以及撓度等進行仿真測試。為了有效地減少溫度對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，本仿真選擇溫度場較穩(wěn)定的時間段對懸臂箱梁的應力以及撓度變化進行仿真分析，混凝土溫度測試選擇直徑d=4mm的溫度傳感器，設定不同天氣變化對橋梁施工全過進行仿真分析。4.2 溫度場仿真結(jié)果箱梁應力隨著溫度場的變化而產(chǎn)生明顯變動。通過實測數(shù)據(jù)可以觀察到當溫度

8、上升時，箱梁懸臂上緣應力迅速變大，而下緣應力變化相對較慢。通過midas/civil軟件得出的計算值可以看出緣應力隨溫度梯度增大而增大。而其中最大壓應力和最大拉應力產(chǎn)生在頂板和腹板的中心位置。在溫度場下，橋梁的方位、朝向等都會對混凝土結(jié)構(gòu)溫度造成不同的影響，而箱梁結(jié)構(gòu)的底板和頂板之間溫差比較明顯。通過分析可以知道，梁橋易受外界溫度變化的影響。通過對實測值與miads/civil軟件計算值進行對比分析后，可以知道箱梁撓度隨溫度梯度上升而上升，隨下降而下降。5 結(jié)語文章以a橋梁為研究對象，對預應力混凝土連續(xù)橋梁施工控制進行了仿真分析，在本仿真中，筆者還應用灰色系統(tǒng)理論對箱梁撓度和應力進行了擬合以及預測，由于篇幅問題，未予列出。仿真表明，在實際的施工控制中，應該注重從鋼筋預應力、混凝土收縮徐變、溫度應力等方面的因素開展橋梁施工。因此，文章的仿真分析對于實際的橋梁施工控制有非?，F(xiàn)實的意義。參考文獻