剛構(gòu)連續(xù)組合橋施工過程

剛構(gòu)-連續(xù)組合橋施工過程的仿真分析研究陳海波李正凱薛杰（華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院橋梁與隧道工程）一、大跨度橋梁施工過程模擬分析方法

橋梁結(jié)構(gòu)施工控制的目的是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，確保橋梁成橋線形及受力狀態(tài)基本符合設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到施工控制的目的必須對(duì)橋梁施工過程中每個(gè)階段的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)控。因此，必須通過合理的計(jì)算方法和理論分析來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個(gè)階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)，以便控制施工過程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為，使其最終的成橋線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)階段大跨度橋梁施工控制中橋梁結(jié)構(gòu)的模擬分析方法主要包括:正裝分析法、倒裝分析法和無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法。由于不同型式的橋梁結(jié)構(gòu)所采用的施工方法不同，因而這三種計(jì)算方法對(duì)于不同型式的橋梁結(jié)構(gòu)分析是有所側(cè)重的。

正裝分析法：也稱前進(jìn)分析法。將這種按施工階段前后次序進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析方法稱為正裝計(jì)算法。這不僅可以用來指導(dǎo)橋梁設(shè)計(jì)和施工，而且對(duì)橋梁施工控制提供了依據(jù)。為了計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)成橋后的受力狀態(tài)，只有根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)配筋情況和施工方案設(shè)計(jì)逐步逐階段地進(jìn)行計(jì)算，最終才能得到成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。正裝分析法的特點(diǎn)是:隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束荷載形式在不斷地改變。前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在改變，因而，前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

倒裝分析法：指按照橋梁實(shí)際施工的加載的逆過程順序的逆過程來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法。倒裝計(jì)算的目的就是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各施工理想的安裝位置(主要指標(biāo)高)和理想的受力狀態(tài)。要想得到橋梁施工初始狀態(tài)和施工中間各階段的理想狀態(tài)，就要從設(shè)計(jì)的最終成橋狀態(tài)開始，逐步的倒拆計(jì)算來得到施工中間的理想狀態(tài)和初始狀態(tài)。只有按照倒裝計(jì)算出的橋梁結(jié)構(gòu)各階段中間狀態(tài)(只要指標(biāo)高)去知道施工，才能使橋梁的成橋狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。就是因?yàn)榈寡b法有這些特點(diǎn)，所以它能適用于各種橋型結(jié)構(gòu)的安裝計(jì)算，尤其適用于以懸臂施工為主的大跨度連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋和斜拉橋。

無應(yīng)力狀態(tài)法：用構(gòu)件或單元的無應(yīng)力長度和曲率保持不變的原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析的方法叫做無應(yīng)力狀態(tài)法。無應(yīng)力狀態(tài)法以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長度和曲率保持不變?yōu)榛A(chǔ)，將橋梁的成橋狀態(tài)和施工各階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來，這種方法特別適用于大跨度拱橋和懸索橋的施工控制。倒裝計(jì)算法是通過分析橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力來建立起各施工階段中間狀態(tài)與橋梁結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)之間的聯(lián)系，由于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與結(jié)構(gòu)的形成歷程密切相關(guān)，是一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定、不獨(dú)立的量，因而用倒裝計(jì)算法確定結(jié)構(gòu)的中間理想狀態(tài)是比較困難的。無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法則可以確定橋梁結(jié)構(gòu)施工各階段中間理想狀態(tài)。

二、工程實(shí)例（用正裝分析法對(duì)贛江大橋進(jìn)行模擬分析）1、工程概況

贛江大橋位于贛州市章貢區(qū)水東鎮(zhèn)老三村附近，是主線跨贛江而擬建的大型橋梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)-連續(xù)組合體系，箱梁采用C50混凝土，橋面寬度組成：0.25m（人行道欄桿）+1.5m（人行道）+0.5m(外側(cè)防撞欄)+11.4m（行車道）+0.5m(內(nèi)側(cè)防欄)+0.7m（中央分隔帶）+0.5m(內(nèi)側(cè)防撞欄)+11.4m(行車道)+0.5m(外側(cè)防撞欄)+1.5m（人行道）+0.25m（人行道欄桿）。橋梁全寬29m。主梁為變截面單箱單室截面形式，構(gòu)造特征見表1

名稱梁高（m）頂板厚（m）底板厚（m）腹板厚（m）

梁根部4.30.281.000.90兩跨中

2.00.280.250.50

主梁變高度段底板上、下緣按二次拋物線變化，腹板厚度成線性變化。梁頂寬14.15m，其中兩側(cè)懸臂長度3.5m，梁底寬7.15m；頂板于腹板之間梗腋尺寸為1.5m/0.4m,底板與腹板之間梗腋尺寸為0.5m/0.2m。下部結(jié)構(gòu)特征及主要尺寸：橋墩為實(shí)體墩，墩高20.3m，墩寬2.2m;承臺(tái)的橫向尺寸為9.15m，厚度3.5m。設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)汽車荷載；設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。全橋總體布置見下圖：圖1贛江大橋主橋總體布置圖（布置圖說明：主墩采用單薄臂實(shí)體墩，另外4個(gè)墩未給出）

2、施工控制的目的

在剛構(gòu)-連續(xù)組合體系的懸澆施工過程中，隨著懸澆梁段的增加，結(jié)構(gòu)體系不斷變化。每一梁段的增加都對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線型產(chǎn)生一定的影響，并最終影響成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線型。因此，剛構(gòu)-連續(xù)組合體系懸澆施工過程進(jìn)行施工控制的目的是：通過對(duì)關(guān)鍵部位和重要工序的嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制，準(zhǔn)確給定和及時(shí)調(diào)整梁端立模標(biāo)高和中線位置，優(yōu)化施工方案和施工工藝，簡化施工流程，確保合攏精度，消除可能對(duì)結(jié)構(gòu)安全和施工安全產(chǎn)生影響的不利因素，使成橋后的結(jié)構(gòu)線型和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。3施工過程的仿真分析

施工過程的仿真計(jì)算是根據(jù)實(shí)測(cè)的設(shè)計(jì)參數(shù)(如混凝土容重、強(qiáng)度和彈性模量等)、使用的施工工藝和工序、掛籃的結(jié)構(gòu)形式和臨時(shí)施工荷載等數(shù)據(jù),計(jì)算施工過程中各個(gè)施工階段的結(jié)構(gòu)撓度和內(nèi)力,為應(yīng)力測(cè)量和撓度控制提供理論計(jì)算值。因此,它是確定立模標(biāo)高、保證合攏精度和分析偏差原因的主要依據(jù),是施工控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3.1贛江大橋的仿真計(jì)算模型

贛江大橋的仿真計(jì)算采用結(jié)構(gòu)有限元分析方法，將全橋簡化為平面結(jié)構(gòu)，按照邊跨合攏段、中跨合攏段和每施工塊劃分單元，共分為84個(gè)單元，另外加上主墩10個(gè)單元，總共94個(gè)元，95個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖見圖2.圖2贛江大橋平面有限元模型3.2仿真計(jì)算的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

仿真計(jì)算中對(duì)參數(shù)選擇的正確與否將直接影響到成橋后的結(jié)構(gòu)線型及內(nèi)力是否符合設(shè)計(jì)要求。此次仿真分析的設(shè)計(jì)參數(shù)取用原則是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值盡量和實(shí)際相吻合；對(duì)于主要的可以測(cè)定的設(shè)計(jì)參數(shù)，則用試驗(yàn)數(shù)值；難以測(cè)定的則依照設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。設(shè)計(jì)參數(shù)的具體數(shù)值見表2。表2設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值表

材料箱梁C50混凝土；主墩墩身及承臺(tái)C30混凝土；樁基礎(chǔ)C25混凝土；預(yù)應(yīng)力鋼絞線單根A=139㎜2，彈性模量E=1.95*105ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度標(biāo)注值1860ＭＰａ.混凝土計(jì)C50混凝土彈模3.45*105ＭＰａ,平均加載齡期10天，環(huán)境相對(duì)算濕度0.8.算參數(shù)預(yù)應(yīng)力計(jì)鋼筋松弛率0.025，錨具變形與鋼筋回縮值6mm,張拉控制應(yīng)力1395ＭＰａ,管道算參數(shù)摩阻數(shù)

0.17，局部偏差系數(shù)0.0015.設(shè)計(jì)荷載公路—I級(jí)汽車荷載，車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10.5KN/m,Pk=360KN；一期恒載容重26KN/m3,,二期恒載容重:護(hù)欄17.28kN/m;防撞墻8.81kN/m;橋面鋪裝23kN/m施工荷載掛籃重量（含施工人員以及施工機(jī)具）為430KN；吊籃自重控制在130KN以內(nèi)溫度參數(shù)考慮豎向梯度溫度效應(yīng)；年平均升溫差+20。C，降溫差-25。C。項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)3.3施工過程的仿真模擬各施工階段內(nèi)容詳圖3第1施工階段：樁基礎(chǔ)鉆孔定位后，鉆孔施工樁基，然后修筑承臺(tái)和橋墩，完成下部結(jié)構(gòu)施工；施工注意埋設(shè)臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩

第2施工階段：托架施工0#塊,待混凝土達(dá)95%以上設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)張拉腹板束w0.頂板束t0；1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第3施工階段：拆除托架，并架設(shè)懸澆掛藍(lán)，準(zhǔn)備澆筑1#塊。掛藍(lán)在橋博里模擬設(shè)計(jì)了。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第4施工階段：架設(shè)1#塊鋼筋骨架，預(yù)埋波紋管，懸澆1#塊，待1#塊達(dá)95%以上設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)張拉與1#塊對(duì)應(yīng)的腹板鋼束w1和頂板鋼束t1,再張拉橫向豎向預(yù)應(yīng)力筋。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第5施工階段：移動(dòng)掛藍(lán)，重復(fù)懸澆過程，依次施工2#--8#塊；在懸澆7#塊的時(shí)搭設(shè)邊跨現(xiàn)澆段支架，現(xiàn)澆段鋼筋骨架搭設(shè)、混凝土澆筑在與8#塊懸澆同時(shí)進(jìn)行，同期完成。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第6施工階段：拆除懸澆掛藍(lán)，架設(shè)邊跨合攏吊籃，準(zhǔn)備邊跨合攏，吊籃在橋博中已經(jīng)設(shè)計(jì)了，

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第7施工階段：架設(shè)鋼筋骨架,澆筑邊跨合攏段混凝土,在澆筑合攏單元混凝土同時(shí),在另一懸臂端同步逐漸施加與總重等于合攏單元自重和掛藍(lán)總重的一半的配重;單元澆筑與配重施加同步誤差不大于10%;待混凝土達(dá)95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)候,張拉別跨合攏段頂板束tj1-tj3,底板束bj6-bj8.待鋼束真空壓漿完成后,拆除邊跨現(xiàn)澆支架。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第8施工階段：拆除配重，移動(dòng)吊籃，架設(shè)中跨合攏吊籃，準(zhǔn)備中跨合攏。

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第9施工階段：架設(shè)鋼筋骨架,澆筑中跨合攏段混凝土,在橋頭同步施加與總重等于合攏單元自重一半配重;單元澆筑與配重施加同步誤差不大于10%;待混凝土達(dá)95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)候,張拉中跨合攏段頂板鋼束t10,底板鋼束bj0-bj4,待預(yù)應(yīng)力鋼束真空壓漿完成后,改變結(jié)構(gòu)受力體系。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第10施工階段：澆筑橋面鋪裝、防撞欄等附屬構(gòu)件。

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩3.雅4施工東過程妖中混黑凝土仗收縮買與徐禽變效沉應(yīng)的服計(jì)算（1）混休凝土錯(cuò)收縮貢：混凝堪土的鉤收縮坊是與泄應(yīng)力萬無關(guān)森的長山期變概形。懇假定鬼在τ至t期間剛混凝也土的冠收縮而應(yīng)變棍為εsh(t烤,τ逝)=扎ε帥(t怠,ts)-免εsh(τ彩,tsh)仿(捆1)式中,喂ts為混紹凝土沖收縮律開始索的時(shí)皺刻;當(dāng)分倉析混鈴凝土良的極殘限收漿縮應(yīng)渴變時(shí),熄t頓=仗∞。（2）找混凝松土徐頌變：混凝荒土的城徐變驗(yàn)是在喉荷載疤作用智下變敲形的遷緩慢混增長五。按Tr母os舞t2案Ba音za慮nt理論,在τ到t期間簡混凝騾土的嶼應(yīng)力黎從σ(融τ)逐漸留增加亂到σ(躺t)趨,則t時(shí)刻你混凝踩土的凳總應(yīng)尼變?yōu)?2略)式中,為混手凝土棍按齡浪期調(diào)圣整的叔有效貞彈性青模量,表達(dá)留式為,其中菜為老延化系青數(shù)。（3）有鄭限元眠步進(jìn)畫法：應(yīng)用謊有限拜元步帖進(jìn)法奮分析改預(yù)應(yīng)秋力混析凝土五連續(xù)冰剛構(gòu)昂橋的西收縮只徐變雕時(shí),必須卸按照宏施工名過程趴劃分正時(shí)段哲。假自定結(jié)關(guān)構(gòu)外也荷載舉的變估化在奶長度孔為零敞的時(shí)掌段內(nèi)拼發(fā)生,其余播時(shí)段池內(nèi)無釣外荷穿載變閘化,結(jié)構(gòu)事發(fā)生累收縮鼓徐變.將所環(huán)考慮君的時(shí)蝦域（t1-tn-查1）劃堅(jiān)分為n個(gè)時(shí)漿段，涌由初猶瞬時(shí)t=領(lǐng)t1起,以后佩各計(jì)巡壽算時(shí)掩刻依污次為t2,似t3,…眾ti…tn-休1.相應(yīng)鉆時(shí)段鏡為△t1=t2-t1,蹤蝶△t2=t3-t2,…衡△ti=ti+濤1-ti,…緒△t拌n=勇tn+升1-tn,則第i時(shí)段值內(nèi)混野凝土波的應(yīng)平變?cè)鲋i量可渠根據(jù)有式(2孔)和疊崗加原雷理推矩導(dǎo)出(3砍)式中托，為ti至ti+歪1期間恥收縮偵徐變鄉(xiāng)豐初應(yīng)桑變,這樣,在任紫一時(shí)我段i內(nèi)徐滴變,收縮捏的計(jì)旦算就債轉(zhuǎn)化糟為具診有初畢應(yīng)變的相快應(yīng)的小彈性錄計(jì)算勒問題窩。下面近是贛殿江大蹈橋中鐵混凝滲土收旨縮與譯徐變甘對(duì)橋帆梁結(jié)源構(gòu)的喇影響季：圖4混凝節(jié)土收躁縮情遷況主柴應(yīng)力轎包絡(luò)允圖圖5混凝疊土徐住變情考況主國應(yīng)力墾包絡(luò)涂圖3.墾5施工借過程揪中結(jié)被構(gòu)溫登度效矮應(yīng)的機(jī)計(jì)算醬：溫度跌效應(yīng)匠有兩折種:一種匹是日痰變溫湖差的巾不均甚勻溫斤度場監(jiān)效應(yīng),它能冶引起縱箱梁父的彎遷曲變艦形并區(qū)且產(chǎn)壘生較橋大的竹溫度青自內(nèi)塘力。寫第二睜種是錘年溫驕變形敢成的洲均勻蹲溫度歷場效皮應(yīng),會(huì)使耀箱梁熄沿軸霧向伸度縮,箱梁伏各截隸面的蛋應(yīng)力乎大小盲與它舉的約頸束有撈關(guān)。貌一般乏在均餐勻溫灶度場寨作用什下靜瓶定結(jié)忠構(gòu)不諷產(chǎn)生要應(yīng)力,超靜惰定結(jié)侄構(gòu)產(chǎn)均生應(yīng)價(jià)力。（1）年疑溫變?cè)阆骂A(yù)遙應(yīng)力轎混凝貿(mào)土箱晃梁溫絞度效邀應(yīng)分匙析在均厘勻溫庸度場慣作用她下,連續(xù)翼剛構(gòu)哪預(yù)應(yīng)吉力混貼凝土叔箱梁血產(chǎn)生久的應(yīng)福力與圣墩的箱抗推正剛度很和邊榜跨的去支座何摩阻紅力有市關(guān)。吳當(dāng)墩橫的抗厲推剛惱度和致抗彎已剛度案無窮淘大時(shí),此時(shí)東墩間記梁體聽可以出看作氧兩端蝴固結(jié)叉梁。搜下面灑是贛鑰江大蠅橋的揚(yáng)整體擺升溫嶺和整罪體降菠溫對(duì)報(bào)結(jié)構(gòu)赴正應(yīng)陽力的團(tuán)影響弟：整體區(qū)升溫傭正應(yīng)顧力包敘絡(luò)圖汽整體引降溫更正應(yīng)壯力包候絡(luò)圖（2）日瓜溫變勞下預(yù)五應(yīng)力凱混凝生土箱壟梁溫隙度效托應(yīng)分配析1）熱摟傳導(dǎo)減方程忽略作橫截維面變頸化對(duì)船箱梁贏溫度積場的刮影響,太陽屆光為麻平行配光束,大氣遇溫度涌沿橋母跨也紗不改嘴變。嗽因此跌箱梁系在日禿照及推大氣里溫度哨作用絲式下的嗎傳熱凍屬于椅二維躁問題,其熱秧傳導(dǎo)涌方程而為:（4）其中材，溫恭度T=狠T（x,餐y,糧t）;為材見料的穩(wěn)導(dǎo)熱雪系數(shù),帥W/（m·饒K）；C為比飾熱J/屆k愉g·哥K;懇ρ為密秤度,k懇g/惹m3。2）邊夫界條叨件在大暗氣溫喚度作控用下,箱梁宣邊界少條件范都可失用下柄列公嫩式表煌示（5）其中末，nx,ny分別嫁為邊孔界面堵外法醒線的隔方向竄余弦已，q(截T)為邊蹦界面攻吸入還（負(fù)襖）或婚放出價(jià)（正靈）的女熱量油，w/腦m2.3)利用慌伽遼凝金加斷權(quán)余卻量法超可推多得溫先度場千的數(shù)錢學(xué)模夠型（6）4)長安渾大學(xué)頁的劉靈來君腫用變貍分法慘推出安溫度慣場的葬數(shù)學(xué)川模型（7）4結(jié)語（1）由虹于本條橋連峽續(xù)跨防度大湯、結(jié)潑構(gòu)體駕系復(fù)之雜,預(yù)應(yīng)株力筋有的張興拉、掙混凝姥土的騰收縮與徐變個(gè)等對(duì)棵橋梁蔽的豎能向變貪形與圍軸向類變形穿都有常較大溜影響,為實(shí)膛現(xiàn)線量形控始制目肥標(biāo),必須濫在豎獲向線司形控而制的絨基礎(chǔ)濕上對(duì)副主梁男軸向跪變形古進(jìn)行復(fù)控制豆。（2）混阿凝土乎的收俘縮徐京變以助及預(yù)互應(yīng)力績損失鬼使該曲橋混拴凝土肢梁的獨(dú)應(yīng)力勒減小,鋼梁縱的應(yīng)艇力增筆加。（3