淺析Midas/Civil軟件分析懸臂梁

高運行　李麗芬　劉澤雄

摘 要：懸臂結構施工工藝已經普遍應用于現代橋梁施工過程中，結構受力及線形控制已成為施工過程中的主要控制內容。為了更方便、準確計算橋梁施工過程中的受力狀態以及線形變化情況，需要借助軟件對橋梁結構進行計算和分析。Midas/Civil軟件在理論背景基礎上，經過長期與工程實踐磨合，現在已經成了施工控制的重要計算軟件。

關鍵詞：懸臂施工 Midas/Civil 軟件計算

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（c）-0030-02

1 Midas/Civil分析的背景與意義

（1）中國橋梁的發展。橋梁是道路的重要組成部分，也是國家經濟和社會發展的重要基礎設施，在交通發展中起著非常重要的作用。無論是在地形、地貌、水文條件復雜的西部地區，還是在城市橋梁建設過程中，懸臂澆筑工藝都能很好解決施工場地限制和交通堵塞問題。近30年出版的《中國橋梁》全面展示了這一時期中國橋梁建設的巨大成就[1]。懸臂施工工藝始于20世紀60年代的德國，發展至今已成為修建大中跨徑橋梁的一種極為有效的施工手段。懸臂施工工藝因其良好的連續性和便捷性，而且不阻礙交通，非常適合我國現階段對交通的要求。我國自80年代引進懸臂澆筑施工工藝以來，已經為我國經濟建設取得了巨大的成就，并且無論在建設規模還是科技水平上，均已躋身世界先進行列。

（2）Midas/Civil分析的意義。Midas/Civil軟件作為通用的空間有限元分析軟件和橋梁軟件的完美結合，廣泛地應用于土木工程領域多種結構的設計與分析；而且對于構件間的連接方式也提供了節點彈性支承。特別是對于處理一些復雜節點的連接，可以通過彈性連接、釋放梁端約束等有效地進行模擬[2]。除了對橋梁整體受力情況進行分析外，Midas/Civil還提供施工階段各種荷載對橋梁線形的影響，可以針對性地提前調整施工過程中的橋面高程，也可以針對性地監測橋梁應力變化，保證橋梁施工過程的順利進行。

2 Midas/Civil分析的內容

2.1 模型建立

Midas/Civil建模是基于對整個橋梁結構進行系統化處理。主要是包括以下幾個方面。

（1）橋梁模型。Midas/Civil對橋梁模型的建立非常方便，核心是基本參數的定義。基本參數包括：材料參數、截面參數、節點位置參數。材料參數主要是針對橋梁設計的混凝土材料來定義。節點的定義要考慮橋梁節段的劃分位置、橋梁支撐節點位置、施工過程中臨時節點的位置，如圖1所示。

（2）添加作用。Midas/Civil中作用的添加過程是一個系統的體系。橋梁作用有多種，在Midas/Civil里面作用主要劃分為靜力荷載、移動荷載、溫度荷載、預應力荷載、收縮徐變、支座沉降、約束、二期鋪裝、地震作用[3]。

（3）處理施工階段。Midas/Civil建模的核心是“施工階段”，單元、作用的添加都是圍繞施工階段進行。在進行施工模擬分析時，要根據實際施工情況對施工階段中的單元、荷載、邊界進行激活、鈍化處理。需要特別注意的是：在進行作用添加時，需要根據施工具體情況，將作用與其所在單元一一對應。

2.2 模型計算

模型建立好后就是模型計算的工作，計算前要對所建立的模型進行參數控制。當模型不能通過計算時，還要進行模型施工階段的全面分析。模型初步計算完成，標志模型建立成功，但不能表示整個橋梁受力合理。最后要進行橋梁PSC驗算，橋梁PSC驗算主要是對結構應力和鋼束之間的相互作用進行分析，所有分析結果都可通過Midas/Civil表格查看。

2.3 模型調整

在橋梁施工階段，需要根據現場實際情況對Midas模型進行施工階段、荷載等方面的調整，以便更真實模擬在荷載調整主要是對恒載進行調整。

首先，施工階段調整。施工階段包括邊界、單元、荷載，對施工階段的調整主要是在單元添加順序以及各種荷載的添加時間。在長期荷載作用下，加載初期混凝土收縮徐變增長較快，后期變慢[4]。在規范中要求混凝土張拉齡期為7天，混凝土強度達到95%以上。在各種因素交互作用下，對節段荷載添加時間的嚴格控制顯得尤為重要。第二，節段重量調整。考慮實際施工時混凝土容重及澆筑體積和鋼筋容重及所占體積，進行每節段整體重量計算。在計算混凝土體積時，需要注意的是：由于橋梁在縱向會設置一定坡度，所以實際箱梁長度要比水平長度較長。第三，掛籃重量調整。掛籃實際重量要根據現場拼裝情況確定。

3 Midas/Civil建模的難點與展望

3.1 Midas/Civil建模難點

由于現有大跨度橋梁受力大部分由鋼束承擔，對于連續梁等大跨度結構，鋼束數量很大，Midas/Civil軟件中的PSC分析主要也是混凝土和預應力之間的相互作用。由于鋼束是由控制點組合而成，在Midas/Civil軟件里面鋼束的輸入不太方便。

3.2 Midas/Civil建模展望

由于Midas/Civil在對橋梁施工過程分析的便捷性和較高精確性，使得它越來越適用于中國市場。在對鋼束輸入困難方面，為了提高鋼束輸入效率，有幾種技巧可以參考：第一，懸臂澆筑箱梁采用懸臂澆筑時，不同支墩懸臂延伸的長度是一樣的，利用這一特點，可以將某一支墩鋼束稍做修改直接復制到另一支墩；第二，在同一支墩的鋼束均是對稱結構，所以在輸入數據時只輸入一半即可，然后利用Midas/Civil自帶對稱功能即可將另一半鋼束輸入。經過這兩種方式的處理，鋼束的輸入效率會有大幅度提升。中國也有學者研究CAD軟件和橋梁分析軟件的結合[5]。

參考文獻

[1] 馬建，孫守增，楊琦，等.中國橋梁工程學術研究綜述[J].中國公路學報，2014（5）：1-96.

[2] 張建鋒，陳燕霞，趙雅雷.Midas/Civil軟件在橋梁施工結構設計中的應用[J].四川水利，2012（3）：71.

[3] 姚昌榮.橋梁工程畢業設計——Midas建模[D].西南交通大學，2012.

[4] 張玉新，劉志欽，王振武，等.混凝土結構設計原理[M].重慶：重慶大學出版社，2011.

[5] 劉經偉.預應力混凝土連續梁橋CAD交互式參數化布束研究[D].西南交通大學，2006.