基于MIDAS-Civil的斜拉橋施工監(jiān)控仿真分析

基于MIDASCivil的斜拉橋施工監(jiān)控仿真分析【摘要】斜拉橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超靜定次數(shù)高，施工復(fù)雜。本文以一座預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔斜拉橋?yàn)檠芯勘尘埃榻B了斜拉橋施工監(jiān)控的意義及施工仿真計(jì)算的分析方法，確定了橋梁施工各階段的立模標(biāo)高及索力值。【關(guān)鍵字】斜拉橋；施工監(jiān)控；有限元；預(yù)拱度斜拉橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，超靜定次數(shù)高，在施工過程中有效地進(jìn)行內(nèi)力控制和線形控制是保證斜拉橋安全性和耐久性的關(guān)鍵。我國已建成相當(dāng)數(shù)量的斜拉橋，施工控制問題已經(jīng)越來越受到重視。盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是施工中斜拉索的實(shí)際張拉力、梁段的重量、材料的彈性模量、各構(gòu)件混凝土徐變收縮和溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性影響等因素，在設(shè)計(jì)時(shí)很難準(zhǔn)確把握。所以必須在施工過程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)的施工過程中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使橋梁建成時(shí)最大可能地接近設(shè)計(jì)狀態(tài)。1工程概況江油市涪江五橋主橋?yàn)榭鐝浇M合為155+155m的兩跨預(yù)應(yīng)力混凝土單塔雙索面斜拉橋。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙縱肋式連續(xù)梁，橋面全寬32.5m，標(biāo)準(zhǔn)梁段邊肋高度2.7m，橋面板厚度為28cm；肋間橫梁間距與拉索間距相同，厚度30cm。除索塔區(qū)0號(hào)梁段、邊跨合攏段為非標(biāo)準(zhǔn)梁段外，每個(gè)懸臂側(cè)各有23個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段，其標(biāo)準(zhǔn)梁段長度為6.0m。懸臂澆筑梁段均采用前支點(diǎn)掛籃懸澆施工，最大節(jié)段控制重量375噸，掛籃設(shè)計(jì)重量170噸。2有限元模型斜拉橋?yàn)槎帱c(diǎn)支承的高次超靜定結(jié)構(gòu)，運(yùn)用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法和位移法來解，顯然不便。計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展使有限單元法成為橋梁結(jié)構(gòu)分析必不可少的得力工具。橋梁施工的每一個(gè)階段的內(nèi)力和線形都可以有限元模擬計(jì)算出來并和實(shí)際內(nèi)力和線形數(shù)據(jù)作對(duì)比，從而做到實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測和調(diào)整。本橋采用Midascivil進(jìn)行建模分析，斜拉索采用只受拉索單元，主梁和橋塔均采用梁單元。主梁模型采用單根主梁帶剛性短剛臂的魚骨式模型，如圖1所示。結(jié)構(gòu)所受荷載包括恒載和活載，同時(shí)考慮混凝土收縮徐變的影響。一期恒載主要為結(jié)構(gòu)自重，標(biāo)準(zhǔn)梁段重量按375T計(jì)算，二期恒載包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等按159KN/m計(jì)算。掛籃重量為170T，用節(jié)點(diǎn)初張力進(jìn)行施工節(jié)段分析，可以得出不同施工階段斜拉索的索力。如圖4所示，列出了初張力，竣工階段和成橋十年后的索力值。圖4斜拉索索力計(jì)算值4結(jié)論在斜拉橋的施工監(jiān)控中，線形控制、索力控制和應(yīng)力控制是三個(gè)重要內(nèi)容。本文以涪江五橋?yàn)楣こ瘫尘皩?duì)這三方面進(jìn)行仿真計(jì)算分析，得出以下結(jié)論：（1）橋梁應(yīng)力狀態(tài)符合規(guī)范要求，索力及線形誤差在合理范圍以內(nèi)，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。（2）由于影響結(jié)構(gòu)響應(yīng)的參數(shù)變化較大，如混凝上的容重、彈性模量等，在每個(gè)施工節(jié)段除進(jìn)行上述各項(xiàng)監(jiān)控外還必須量測各種材料參數(shù)，以便及時(shí)校正修改計(jì)算模型，準(zhǔn)確地模擬施工過程。（3）本橋除0#、1#塊、合攏段及邊跨現(xiàn)澆段外均采用前支點(diǎn)掛籃施工，混凝土分兩次澆筑，斜拉索分三次張拉以確保結(jié)構(gòu)安全，增加了建模難度。為了準(zhǔn)確模擬施工過程，需要在模型中模擬出掛籃，同時(shí)模擬出分層澆筑分次張拉的過程，這樣得到的應(yīng)力和索力才更加接近真實(shí)值。【參考文獻(xiàn)】[1]顧安邦，張永水.橋梁施工監(jiān)測與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.[2]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.[3]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制