刚构连续组合桥施工过程

刚构-连续组合桥施工过程的仿真分析研究陈海波李正凯薛杰（华南理工大学土木与交通学院桥梁与隧道工程）一、大跨度桥梁施工过程模拟分析方法

桥梁结构施工控制的目的是确保施工过程中结构的安全，确保桥梁成桥线形及受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的必须对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必须通过合理的计算方法和理论分析来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态，以便控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终的成桥线形和受力状态满足设计要求。现阶段大跨度桥梁施工控制中桥梁结构的模拟分析方法主要包括:正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。由于不同型式的桥梁结构所采用的施工方法不同，因而这三种计算方法对于不同型式的桥梁结构分析是有所侧重的。

正装分析法：也称前进分析法。将这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为正装计算法。这不仅可以用来指导桥梁设计和施工，而且对桥梁施工控制提供了依据。为了计算出桥梁结构成桥后的受力状态，只有根据实际结构配筋情况和施工方案设计逐步逐阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态。正装分析法的特点是:随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束荷载形式在不断地改变。前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因而，前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。

倒装分析法：指按照桥梁实际施工的加载的逆过程顺序的逆过程来进行结构分析的方法。倒装计算的目的就是要获得桥梁结构在各施工理想的安装位置(主要指标高)和理想的受力状态。要想得到桥梁施工初始状态和施工中间各阶段的理想状态，就要从设计的最终成桥状态开始，逐步的倒拆计算来得到施工中间的理想状态和初始状态。只有按照倒装计算出的桥梁结构各阶段中间状态(只要指标高)去知道施工，才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。就是因为倒装法有这些特点，所以它能适用于各种桥型结构的安装计算，尤其适用于以悬臂施工为主的大跨度连续梁桥、刚构桥和斜拉桥。

无应力状态法：用构件或单元的无应力长度和曲率保持不变的原理进行结构状态分析的方法叫做无应力状态法。无应力状态法以桥梁结构各构件的无应力长度和曲率保持不变为基础，将桥梁的成桥状态和施工各阶段的中间状态联系起来，这种方法特别适用于大跨度拱桥和悬索桥的施工控制。倒装计算法是通过分析桥梁结构的内力来建立起各施工阶段中间状态与桥梁结构成桥状态之间的联系，由于结构的内力与结构的形成历程密切相关，是一个相对不稳定、不独立的量，因而用倒装计算法确定结构的中间理想状态是比较困难的。无应力状态计算法则可以确定桥梁结构施工各阶段中间理想状态。

二、工程实例（用正装分析法对赣江大桥进行模拟分析）1、工程概况

赣江大桥位于赣州市章贡区水东镇老三村附近，是主线跨赣江而拟建的大型桥梁。主桥上部结构采用变截面预应力钢构-连续组合体系，箱梁采用C50混凝土，桥面宽度组成：0.25m（人行道栏杆）+1.5m（人行道）+0.5m(外侧防撞栏)+11.4m（行车道）+0.5m(内侧防栏)+0.7m（中央分隔带）+0.5m(内侧防撞栏)+11.4m(行车道)+0.5m(外侧防撞栏)+1.5m（人行道）+0.25m（人行道栏杆）。桥梁全宽29m。主梁为变截面单箱单室截面形式，构造特征见表1

名称梁高（m）顶板厚（m）底板厚（m）腹板厚（m）

梁根部4.30.281.000.90两跨中

2.00.280.250.50

主梁变高度段底板上、下缘按二次抛物线变化，腹板厚度成线性变化。梁顶宽14.15m，其中两侧悬臂长度3.5m，梁底宽7.15m；顶板于腹板之间梗腋尺寸为1.5m/0.4m,底板与腹板之间梗腋尺寸为0.5m/0.2m。下部结构特征及主要尺寸：桥墩为实体墩，墩高20.3m，墩宽2.2m;承台的横向尺寸为9.15m，厚度3.5m。设计荷载为公路-I级汽车荷载；设计安全等级为一级。全桥总体布置见下图：图1赣江大桥主桥总体布置图（布置图说明：主墩采用单薄臂实体墩，另外4个墩未给出）

2、施工控制的目的

在刚构-连续组合体系的悬浇施工过程中，随着悬浇梁段的增加，结构体系不断变化。每一梁段的增加都对现有结构的内力和线型产生一定的影响，并最终影响成桥后的结构内力和线型。因此，刚构-连续组合体系悬浇施工过程进行施工控制的目的是：通过对关键部位和重要工序的严格监测和控制，准确给定和及时调整梁端立模标高和中线位置，优化施工方案和施工工艺，简化施工流程，确保合拢精度，消除可能对结构安全和施工安全产生影响的不利因素，使成桥后的结构线型和内力满足设计要求。3施工过程的仿真分析

施工过程的仿真计算是根据实测的设计参数(如混凝土容重、强度和弹性模量等)、使用的施工工艺和工序、挂篮的结构形式和临时施工荷载等数据,计算施工过程中各个施工阶段的结构挠度和内力,为应力测量和挠度控制提供理论计算值。因此,它是确定立模标高、保证合拢精度和分析偏差原因的主要依据,是施工控制中的关键环节。3.1赣江大桥的仿真计算模型

赣江大桥的仿真计算采用结构有限元分析方法，将全桥简化为平面结构，按照边跨合拢段、中跨合拢段和每施工块划分单元，共分为84个单元，另外加上主墩10个单元，总共94个元，95个节点，结构计算简图见图2.图2赣江大桥平面有限元模型3.2仿真计算的主要设计参数

仿真计算中对参数选择的正确与否将直接影响到成桥后的结构线型及内力是否符合设计要求。此次仿真分析的设计参数取用原则是：结构设计参数的取值尽量和实际相吻合；对于主要的可以测定的设计参数，则用试验数值；难以测定的则依照设计规范，根据以往的工程经验进行修正。设计参数的具体数值见表2。表2设计参数数值表

材料箱梁C50混凝土；主墩墩身及承台C30混凝土；桩基础C25混凝土；预应力钢绞线单根A=139㎜2，弹性模量E=1.95*105ＭＰａ，抗拉强度标注值1860ＭＰａ.混凝土计C50混凝土弹模3.45*105ＭＰａ,平均加载龄期10天，环境相对算湿度0.8.算参数预应力计钢筋松弛率0.025，锚具变形与钢筋回缩值6mm,张拉控制应力1395ＭＰａ,管道算参数摩阻数

0.17，局部偏差系数0.0015.设计荷载公路—I级汽车荷载，车道荷载标准值qk=10.5KN/m,Pk=360KN；一期恒载容重26KN/m3,,二期恒载容重:护栏17.28kN/m;防撞墙8.81kN/m;桥面铺装23kN/m施工荷载挂篮重量（含施工人员以及施工机具）为430KN；吊篮自重控制在130KN以内温度参数考虑竖向梯度温度效应；年平均升温差+20。C，降温差-25。C。项目设计参数3.3施工过程的仿真模拟各施工阶段内容详图3第1施工阶段：桩基础钻孔定位后，钻孔施工桩基，然后修筑承台和桥墩，完成下部结构施工；施工注意埋设临时锚固预应力钢筋。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩

第2施工阶段：托架施工0#块,待混凝土达95%以上设计强度时张拉腹板束w0.顶板束t0；1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第3施工阶段：拆除托架，并架设悬浇挂蓝，准备浇筑1#块。挂蓝在桥博里模拟设计了。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第4施工阶段：架设1#块钢筋骨架，预埋波纹管，悬浇1#块，待1#块达95%以上设计强度时张拉与1#块对应的腹板钢束w1和顶板钢束t1,再张拉横向竖向预应力筋。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第5施工阶段：移动挂蓝，重复悬浇过程，依次施工2#--8#块；在悬浇7#块的时搭设边跨现浇段支架，现浇段钢筋骨架搭设、混凝土浇筑在与8#块悬浇同时进行，同期完成。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第6施工阶段：拆除悬浇挂蓝，架设边跨合拢吊篮，准备边跨合拢，吊篮在桥博中已经设计了，

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第7施工阶段：架设钢筋骨架,浇筑边跨合拢段混凝土,在浇筑合拢单元混凝土同时,在另一悬臂端同步逐渐施加与总重等于合拢单元自重和挂蓝总重的一半的配重;单元浇筑与配重施加同步误差不大于10%;待混凝土达95%设计强度时候,张拉别跨合拢段顶板束tj1-tj3,底板束bj6-bj8.待钢束真空压浆完成后,拆除边跨现浇支架。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第8施工阶段：拆除配重，移动吊篮，架设中跨合拢吊篮，准备中跨合拢。

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第9施工阶段：架设钢筋骨架,浇筑中跨合拢段混凝土,在桥头同步施加与总重等于合拢单元自重一半配重;单元浇筑与配重施加同步误差不大于10%;待混凝土达95%设计强度时候,张拉中跨合拢段顶板钢束t10,底板钢束bj0-bj4,待预应力钢束真空压浆完成后,改变结构受力体系。1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩第10施工阶段：浇筑桥面铺装、防撞栏等附属构件。

1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩3.雅4施工东过程妖中混黑凝土仗收缩买与徐禽变效沉应的服计算（1）混休凝土错收缩贡：混凝堪土的钩收缩坊是与泄应力万无关森的长山期变概形。恳假定鬼在τ至t期间刚混凝也土的冠收缩而应变棍为εsh(t烤,τ逝)=扎ε帅(t怠,ts)-免εsh(τ彩,tsh)仿(捆1)式中,喂ts为混绍凝土冲收缩律开始索的时皱刻;当分仓析混铃凝土良的极残限收浆缩应渴变时,熄t顿=仗∞。（2）找混凝松土徐颂变：混凝荒土的城徐变验是在喉荷载疤作用智下变敲形的迁缓慢混增长五。按Tr母os舞t2案Ba音za虑nt理论,在τ到t期间简混凝骡土的屿应力黎从σ(融τ)逐渐留增加乱到σ(躺t)趋,则t时刻你混凝踩土的凳总应尼变为(2略)式中,为混手凝土棍按龄浪期调圣整的叔有效贞弹性青模量,表达留式为,其中菜为老延化系青数。（3）有郑限元眠步进画法：应用谎有限拜元步帖进法奋分析改预应秋力混析凝土五连续冰刚构昂桥的西收缩只徐变雕时,必须卸按照宏施工名过程趴划分正时段哲。假自定结关构外也荷载举的变估化在奶长度孔为零敞的时掌段内拼发生,其余播时段池内无钓外荷穿载变闸化,结构事发生累收缩鼓徐变.将所环考虑君的时虾域（t1-tn-查1）划坚分为n个时浆段，涌由初犹瞬时t=领t1起,以后佩各计巡寿算时掩刻依污次为t2,似t3,…众ti…tn-休1.相应钻时段镜为△t1=t2-t1,踪蝶△t2=t3-t2,…衡△ti=ti+涛1-ti,…绪△t拌n=勇tn+升1-tn,则第i时段值内混野凝土波的应平变增谜量可渠根据有式(2孔)和叠岗加原雷理推矩导出(3砍)式中托，为ti至ti+歪1期间耻收缩侦徐变乡丰初应桑变,这样,在任紫一时我段i内徐滴变,收缩捏的计旦算就债转化糟为具诊有初毕应变的相快应的小弹性录计算勒问题窝。下面近是赣殿江大蹈桥中铁混凝渗土收旨缩与译徐变甘对桥帆梁结源构的喇影响季：图4混凝节土收躁缩情迁况主柴应力轿包络允图图5混凝叠土徐住变情考况主国应力垦包络涂图3.垦5施工借过程揪中结被构温登度效矮应的机计算酱：温度跌效应匠有两折种:一种匹是日痰变温湖差的巾不均甚匀温斤度场监效应,它能冶引起纵箱梁父的弯迁曲变舰形并区且产垒生较桥大的竹温度青自内塘力。写第二睁种是锤年温骄变形敢成的洲均匀蹲温度历场效皮应,会使耀箱梁熄沿轴雾向伸度缩,箱梁伏各截隶面的蛋应力乎大小盲与它举的约颈束有捞关。貌一般乏在均餐匀温灶度场寨作用什下静瓶定结忠构不讽产生要应力,超静惰定结侄构产均生应价力。（1）年疑温变糟下预遥应力轿混凝贸土箱晃梁温绞度效邀应分匙析在均厘匀温庸度场惯作用她下,连续翼刚构哪预应吉力混贴凝土叔箱梁血产生久的应福力与圣墩的箱抗推正刚度很和边榜跨的去支座何摩阻红力有市关。吴当墩横的抗厉推刚恼度和致抗弯已刚度案无穷淘大时,此时东墩间记梁体听可以出看作氧两端蝴固结叉梁。搜下面洒是赣钥江大蝇桥的扬整体摆升温岭和整罪体降菠温对报结构赴正应阳力的团影响弟：整体区升温佣正应顾力包叙络图汽整体引降温更正应壮力包候络图（2）日瓜温变劳下预五应力凯混凝生土箱垄梁温隙度效托应分配析1）热搂传导减方程忽略作横截维面变颈化对船箱梁赢温度积场的刮影响,太阳届光为麻平行配光束,大气遇温度涌沿桥母跨也纱不改嘴变。嗽因此跌箱梁系在日秃照及推大气里温度哨作用丝式下的吗传热冻属于椅二维躁问题,其热秧传导涌方程而为:（4）其中材，温恭度T=狠T（x,餐y,粮t）;为材见料的稳导热雪系数,帅W/（m·饶K）；C为比饰热J/届k愉g·哥K;恳ρ为密秤度,k恳g/惹m3。2）边夫界条叨件在大暗气温唤度作控用下,箱梁宣边界少条件范都可失用下柄列公嫩式表煌示（5）其中末，nx,ny分别嫁为边孔界面堵外法醒线的隔方向窜余弦已，q(截T)为边蹦界面攻吸入还（负袄）或婚放出价（正灵）的女热量油，w/脑m2.3)利用慌伽辽凝金加断权余却量法超可推多得温先度场千的数钱学模够型（6）4)长安浑大学页的刘灵来君肿用变狸分法惨推出安温度惯场的葬数学川模型（7）4结语（1）由虹于本条桥连峡续跨防度大汤、结泼构体驾系复之杂,预应株力筋有的张兴拉、挣混凝姥土的腾收缩与徐变个等对棵桥梁蔽的竖能向变贪形与围轴向类变形穿都有常较大溜影响,为实膛现线量形控始制目肥标,必须滥在竖获向线司形控而制的绒基础湿上对副主梁男轴向跪变形古进行复控制豆。（2）混阿凝土乎的收俘缩徐京变以助及预互应力绩损失鬼使该曲桥混拴凝土肢梁的独应力勒减小,钢梁纵的应艇力增笔加。（3