预应力混凝土连续桥梁施工控制仿真分析探讨

俞艳滨

摘 要：随着我国社会经济的进步，我国交通事业迅速发展。其中，预应力混凝土连续桥梁的建设规模与数量也因此增加。预应力混凝土连续桥梁不仅具有行车平稳的优势，同时因其较强的跨越能力成为了我国主要的建设桥型之一。鉴于此，对预应力混凝土连续桥梁的施工提出了更高的标准与要求。

关键词：预应力混凝土；连续桥梁施工；控制；仿真分析

在桥梁施工中，混凝土是应用最为广泛的材料。混凝土材料特性不稳定，容易受到季节气候、温度以及湿度等因素的影响。通常，在混凝土自重、桥面荷载等影响下，桥梁线性得不到很好的控制。而要使施工过程中的应力以及挠度变形得到控制，就需要计算出不同施工段桥梁的受力以及变形的理想值。为了实现桥梁工程质量的控制，对桥梁施工过程进行仿真实验有非常积极的意义。所以文章结合MIDAS/Civil、ANSYS等软件对浙江宁波地区的一座桥梁的施工全过程进行仿真分析。文章在仿真过程中涉及的方法较多，对全桥结构仿真主要通过构件分析建立详细的模型，然后运用数值分析方法获取分析结果，最后通过图形软件来获得相关定论。

1 工程概况

A桥位于浙江宁波，全长1578m，主桥为五跨（55m+3X100m+ 55m）预应力混凝土变截面斜腹板连续箱梁，长410m，引桥左侧为4跨35m预应力混凝土简装连续箱梁，右侧为5×50m预应力混凝土等截面连续箱梁十2×（7×35m）+8×35m预应力混凝土简装连续箱梁组成。设计车速100km/h，荷载汽车-超20级，挂车-120级，抗震等级为8级。该桥采用挂篮悬臂现浇法进行分段对称施工。其中，主桥混凝土箱梁采用三向预应力，张拉顺序为先纵向后横向，并按对称、均匀的原则实施。

2 预应力混凝土连续桥梁施工控制仿真软件应用

2.1 ANSYS

该软件具有丰富的材料库以及单元库，能够对任何结构形式的桥梁进行全桥仿真分析。该软件应用可以使全桥仿真通过对各种载荷工况的组合，反映出桥梁的综合特征，如应力分布、自振频率、变形情况、地震响应、振形、失稳特征等。

2.2 GQSJ

本系统为桥梁结构设计系统，可以对不同施工段的荷载进行计算。

2.3 Dr.Br1dge

应用本系统对模拟施工中的临时支架以及挂篮设备，对桥梁结构上下部的共同作用进行分析。包括对拉索面积、施工张拉力的计算以及抗裂性、强度等计算。

2.4 MDIAS/Civil

应用本软件进行水化热分析、非线性边界分析、材料非线性分析、动力以及静力弹塑性分析。

3 预应力混凝土连续桥梁施工控制仿真分析

3.1 参数取值

3.1.1 混凝土质量密度。A桥仿真测试采用的混凝土质量密度取值2630kg/m3，采用MDIAS/Civil软件进行计算后得到各个阶段砼质量以及设计值。通过软件计算，只有当混凝土质量密度取值2630kg/m3时，各个阶段砼质量与设计值相近。

3.1.2 孔道偏差系数与摩阻系数。根据国内外预应力混凝土连续桥梁施工控制仿真研究中对孔道偏差系数与摩阻系数的分析以及测试结果的分析，确定本仿真分析中A桥的孔道摩擦系数为0.2，摩阻系数k=0.001。

结合上述参数，确定有限元结构分析参数，如上表所示。

3.2 仿真分析结果

本仿真中用MDIAS/Civil软件对主桥结构体系以及合拢顺序进行了模拟，将全过程施工阶段分成19个阶段。本仿真中采用前进分析方法对整个桥梁施工过程进行模拟，全桥总共建立119个梁单元，并输入预应力钢筋数为210（含底板、顶板、腹板、合拢段预应力钢筋），挂篮重量为63t，二期恒载为4.25t/m，车道荷载为10.5KN/m，集中荷载为360KN/m。但由于该桥为3车道，所以实际集中荷载为：36×0.5×3×0.78=42.12t/m，均布荷载为1.05×0.5×3×0.78=l.2285t/m。因此，其仿真结果如下：

预应力钢筋对桥梁受力的影响较大，因此在仿真中，要考虑预应力钢筋损失；

在仿真中不能忽略收缩徐变给桥梁挠度造成的影响。本仿真结果显示，某些梁段的预拱度有一定的变化，由此表明徐变对桥梁有重要影响。

综上，通过不同施工段标高、应力值、GQJS计算值以及实测值对比分析表明，采用MIDAS/Civil进行模型仿真切合实际。因参数选择合理，所以仿真结果可靠。

4 预应力混凝土连续桥梁施工控制仿真分析

4.1 A大桥温度场仿真分析

根据研究资料表明，温度场对桥梁的影响是比较严重的，不仅容易改变桥梁结构的承载力，也容易造成桥梁疲劳损伤，降低使用寿命。因此本部分通过MIDAS/Civil软件对桥梁结构结构应力以及挠度等进行仿真测试。为了有效地减少温度对桥梁结构的影响，本仿真选择温度场较稳定的时间段对悬臂箱梁的应力以及挠度变化进行仿真分析，混凝土温度测试选择直径d=4mm的温度传感器，设定不同天气变化对桥梁施工全过进行仿真分析。

4.2 温度场仿真结果

箱梁应力随着温度场的变化而产生明显变动。通过实测数据可以观察到当温度上升时，箱梁悬臂上缘应力迅速变大，而下缘应力变化相对较慢。通过MIDAS/Civil软件得出的计算值可以看出缘应力随温度梯度增大而增大。而其中最大压应力和最大拉应力产生在顶板和腹板的中心位置。

在温度场下，桥梁的方位、朝向等都会对混凝土结构温度造成不同的影响，而箱梁结构的底板和顶板之间温差比较明显。通过分析可以知道，梁桥易受外界温度变化的影响。

通过对实测值与MIADS/Civil软件计算值进行对比分析后，可以知道箱梁挠度随温度梯度上升而上升，随下降而下降。

5 结语

文章以A桥梁为研究对象，对预应力混凝土连续桥梁施工控制进行了仿真分析，在本仿真中，笔者还应用灰色系统理论对箱梁挠度和应力进行了拟合以及预测，由于篇幅问题，未予列出。仿真表明，在实际的施工控制中，应该注重从钢筋预应力、混凝土收缩徐变、温度应力等方面的因素开展桥梁施工。因此，文章的仿真分析对于实际的桥梁施工控制有非常现实的意义。

参考文献

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[2] 成岗.典型先简支后连续分布式箱梁桥施工过程仿真分析[J].黑龙江交通科技，2010，33（07）：148-149.endprint