大跨度连续刚构桥施工仿真监控分析

摘要：以一连续刚构桥—惠民大道主桥悬臂施工过程为研究对象，对该桥施工过程进行施工仿真监控。采用Midas/Civil对施工过程做仿真分析，分析主梁在施工过程中线型和应力变化，为相关桥梁施工提供参考。

关键词：连续梁桥;施工监控;有限元

1 工程概况

某新建快速路惠民大道特大桥DT2 标段内的一座大跨度连续刚构桥，主桥桥跨布置为（45+80+45）m 如图1-1，施工段划分如图1-2。图中80m 左侧为8#墩，右侧为9#墩。

大桥主梁为变截面箱梁，梁高、底板厚度均采用二次抛物线线型，混凝土标号为C55，预应力体系为三向预应力，桥墩为圆端型变截面空心墩。

2 主桥有限元计算模型

结构模型采用MIDAS 中梁单元模拟，由于施工过程中有混凝土收缩徐变的影响，故采用前进分析法进行模拟施工。桥梁主梁共有71 个节点，分为70 个单元，主桥有限元模型如图2-1。施工荷载主要有自重、挂篮、预应力以及二期铺装等。边界条件采用弹性连接的刚性墩梁固结。

桥梁施工流程为：承台施工→桥墩施工→0#块施工→1#块施工→1#块张拉→2#块挂篮→2#块立模、钢筋绑扎→2#块浇筑、养护→2#块张拉→挂篮移动，以此类推。

3 计算模型可靠度分析

本文利用有限元自建模型和设计计算模型数据，通过对比两模型在二期铺装完成和十年收缩徐变主梁挠度变化来检验自建有限元模型的可靠度。二期铺装仿真挠度计算与理论设计值对比如图3-1;十年收缩徐变仿真挠度计算与理论设计值对比如图3-2。由下图3-1、图3-2 可以看出，两种模型计算挠度变化曲线大体一致，二期铺装两种模型主梁挠度最大差值为3.54mm，十年成桥两种模型主梁挠度最大差值为2.32mm，这些数据表明：该桥梁自建模型可靠度良好，完全可以用于现场施工模拟。

4 桥梁结构线型控制

在桥梁施工过程中对其施工过程进行监控，目的在于确保桥梁施工顺利实施，保证最终成桥线型满足设计要求，达到结构稳定、线型平顺、受力合理。在每一梁段施工中，对每一梁段的标高做实时监控，使得每一梁段高程误差被控制在允许范围之内，当误差超限时，应立即采取措施进行调整，避免随着施工进展误差不断积累，导致桥梁无法正常合拢。本连续梁桥根据施工现场实际，特制定了线型、应力控制的具体实施方案。利用仿真计算各施工阶段立模标高，结合施工现场不断修正参数，指导下一节段梁体立模标高。桥梁的线型监控主要是运用水准测量的方法对梁段混凝土浇筑前后、预应力钢束张拉前后、挂篮移动前后的高程进行监控，每个悬浇梁段布置5 个标高观测点，顶板3 个，底板2 个，具体布置如图4-1。

根据图1-2 中各施工梁段模擬梁底立模标高和实测梁底立模标高数据的对比可知，惠民大道连续刚构桥8#墩悬臂施工高程实测值与模拟高程值相差不大，最大差值发生在18#截面，高程最大差值为18.1mm<20mm，线型控制满足设计要求，梁节段之间没有出现较大的错台折角，能够实现预期监控目标。梁段线型监控如图4-2、图4-3。

5 桥梁结构应力控制

连续梁桥施工监控最主要的项目是线型监控和应力监控，两者并驾齐驱。应力监控不像线型监控那么体现的直观明了，它需要通过一定的设备间接实现，即通过测出研究对象的应变，然后再换算成应力。通过对桥梁结构应力进行监控，可真实有效地评价桥梁的实际受力，进而确保施工过程和成桥结构安全可靠。

应力控制主要是对桥梁截面钢筋混凝土在施工过程或成桥受力过程中发生的状态变化进行评估。在本次惠民大道连续梁桥的应力监控中，依据施工现场实际，特制定了应力监控的具体方案。应力监控的传感器选用JMZX-215HAT 埋入式混凝土应变计，如图5-1、图5-2。

应力监控主要是通过测定频率得出应变值，然后通过结构体的弹性模量计算出结构体的应力。当结构体的应变受温度干扰时，需要在测试中消除其影响，从而获得结构体的真实应变。计算公式如下：

5.1 应力测定点布置

大桥主桥应力测定控制截面如图5-3，A 类截面为悬臂根部截面，B 类截面为1/4 跨截面，C 类截面为跨中截面。应力监测梁段剖面布置如图5-4。

5.2 应力监测成果

大桥主梁底板、顶板应力监控分挂篮移动就位、混凝土浇筑和预应力张拉三个环节进行;一方面利用有限元模拟计算结果得到应力数据，另一方面从施工现场采集应变数据，根据应力应变之间关系算出应力值，然后对两种成果进行对比。各控制面应力统计如图5-5、图5-6。

由上述结果得知，惠民大道连续梁桥悬臂施工中，箱梁的底板、顶板都是受压状态，模拟与实测的应力变化趋势基本一致;随着挂篮移动、混凝土浇筑和预应力张拉，箱梁应力呈齿状变化规律。截面最大压应力10.55Mpa，最大拉应力0.31Mpa，但都小于C55 混凝土抗压强度35.5Mpa，抗拉强度2.74Mpa。桥梁应力实测值比模拟值偏大，究其原因是有限元建模简化与实际受力状态有偏差，施工现场荷载临时堆放难以掌握。

6 结语

通过一连续梁桥实例悬臂施工监控的有限元仿真并结合施工现场的监测数据，采用本文的仿真模拟可以达到线型、应力监控的预期目标，且均在容许误差范围之内，能够保证施工过程的安全和成桥线型流畅。有限元施工监控模拟的优势是可以实现施工前的预演，为施工质量、进度和成本控制提供参考。下一步的工作将通过各参数的调整，找出主要敏感参数，继续优化调整仿真模型使其更加符合实际情况。

参考文献：

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[5]张永永.连续刚构桥线形控制方法研究[J].中外公路，2006（12）.作者简介：

李智强，（1979-09—），男（汉族），山西人，硕士，讲师;研究方向：桥梁健康监测与防护研究。

基金项目：

吉林铁道职业技术学院2020 年度基于MIDAS CIVIL 的桥梁施工监控数值模型的分析研究课题（2020SKD012）

（吉林铁道职业技术学院铁道工程学院，吉林 132200）