連續梁滿堂架施工控制仿真分析研究

武肖福  胡  斌  王維朋

(西南交通大學，四川成都610013)

    全橋結構仿真分析能準確地模擬實際構件的空問位置、尺寸、材料特性、連接形式、荷載作用、初始內力和初始變形等，因此可得到相對詳盡、精確和可靠的分析結果。

    大型橋梁在施工過程中，由于結構體系復雜，使得傳統的結構分析方法往往無法準確地描述結構的狀態。而采用結構仿真分析則能夠比較真實地模擬施工各工況下的幾何模型，支撐和約束條件，以及由于溫度變化、支座沉降和預應力損失等產生的荷載，得到橋梁在施工各階段的結構變形及內力、應力狀態，為橋梁施工控制提供準確的數據。本文試圖采用仿真分析方法研究連續箱梁橋滿堂架的施工過程。

圖1  支架斷面圖

1.橋梁結構參數及支架布置

    金家畈大橋是合肥至武漢段內高速鐵路上的一座預應力混凝土變截面連續箱梁橋，梁體為單箱單室斜腹板、等高度、等截面結構。跨度為32.0m+4×32.7 m+32.0m．全長196.0m。支點及跨中梁高均為3.0m。箱梁頂寬13.4m，箱梁底寬5.68m，頂板厚度除梁端及中隔墻附近處外均為34cm，底板厚度30cm，腹板厚度50～80cm，按折線變化。全聯在端支點、中支點處共設7個橫隔板。

    支架布置：采用滿布鋼管支架逐孔現澆的方法施工。鋼管支架支承于經過處理的地基上，采用碗扣式鋼管支架。支架由立桿、橫桿、斜桿及上托、下支座等附件組成，規格采用弘8×3.5，鋼管布置兩跨箱梁的支架可同時搭設。

    立桿：采用2.4m與1.8m及2.4m與3.0m二種不同規格的立桿交錯布置。

    腹板下按30×90cm布置。

    底板下按60×90cm布置。

    翼板下按60×90cm布置。

    底板下鋼管按ll.4m配置，

    翼板下鋼管按13.8m配置，鋼管頂采用U形上托，鋼管底采用可調支座，上下可調范圍均為60cm。

    橫桿：步距采用1.2m，底板下ll層，翼板下13層。

    剪刀撐：為增加框架的穩定性，縱橫向均每隔兩排設置一道剪刀撐，剪刀撐采用Φ48×3.5扣件式鋼管搭設(具體見圖l、圖2)。

圖2支架平面圖

2.仿真模型

    金家畈大橋為預應力連續簡支梁橋，采用逐跨澆筑的方式進行澆筑施工。施工共分為6個階段。本文采用結構有限元軟件ANSYS對全橋施工過程進行仿真分析研究。箱梁結構體系采用三維實體模型，支架采用桿系處理，建立的是三維實體模型，且沒有考慮普通鋼筋和預應力損失的影響。模型圖與上面實際設計圖一樣。

3.結果分析

    橋梁施工過程中比較重要的控制參數是支架的變形、穩定系數以及失穩狀態。在混凝土凝固前，梁體的重力主要由支架承受；隨著混凝土強度的增加，受力逐漸向兩邊橋墩轉移，直到混凝土強度不再提高。預應力加載后各支架的變形和受力也有很大的變化，梁體的重力完全由橋墩和其附近支架承受，梁跨中出現上拱。因此結構的仿真分析需要得到各施工階段混凝土凝固初凝前，完全凝固后以及預應力加載后的變形數據、穩定系數以及失穩狀態圖。

    因各施工段長度和支架布置一樣，所以在預應力加載前各跨支架的受力變形幾乎一致，圖3就是代表各跨混凝土凝固前后的支架變形圖。從圖中可以看出混凝土凝固前跨中支架受力最大，跨邊受力最小；混凝土完全凝固后跨中受力最小，而橋墩受力增大，靠近橋墩處支架受力最大。這與理論相一致。圖中支架最大變形值l.2mm，小于支架變形設計值2mm，支架處于安全狀態。

圖3  凝固前后支架受力對比

    由理論分析和計算得知，預應力張拉完成后，支架受力很不均勻，跨中不受力，跨邊受力比預應力張拉前大的多，最有可能發生失穩。圖4表示第二跨預應力張拉完成后失穩的局部放大圖。

圖4失穩局部放大圖

    從圖4和計算結果可得，各跨支架的穩定系數在2—4之間，與支架的安全系數設計值3很接近，處于安全狀態。失穩狀態最可能發在橋  墩橫向兩邊。

4.結論

    (1)有限元軟件ANSYS的計算結果與設計值基本吻合，滿足工程施工要求。也印證了有限元軟件仿真的準確性和正確性。

    (2)從變形和支架失穩分析可得金家畈大橋支架的布置比較合理，有足夠的安全系數保證支架的穩定，且沒有造成支架的浪費。

參考文獻:

[1]鄭凱鋒．橋梁結構仿真分析技術研究[J]．橋梁建設，l998(2)： 10—l5．

[2]徐君蘭．大跨度橋梁施工控制[M]．北京：人民交通出版社2000．69—72

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)