先簡支后連續結構體系橋梁施工過程中檢測及其仿真分析

李 強，田 雷

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

先簡支后連續結構體系橋梁施工過程中檢測及其仿真分析

李 強，田 雷

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

以穆棱河眾興跨河大橋工程為例進行了闡述，通過虛擬層合有限元分析法，空間仿真分析了先簡支后連續結構體系，并且，對此類結構體系施工期間的力學特征進行了詳細、認真的分析與探究。

先簡支；后連續；結構體系橋梁；施工監測；仿真

1 工程概況分析

穆棱河眾興跨河大橋工程，包括水岸街道路和眾興跨河大橋主體及其引道和北岸連接線三部分。水岸街道路南起興國西路，北至北環路，長982.076 m；眾興跨河大橋及其引道南起北環路，北至連接線，總長1 834.7 m；其中大橋長1 058.16 m、南北引道長706.7 m；連接線道路長128.5 m。全橋共27孔，P0-P11為曲線段，P1-P2跨越景觀道，P6-P7跨越建雞高速，P17、P18樁位位于穆棱河內。

大橋主體工程為第二合同段，橋梁長1 058.16 m。橋梁采用鉆孔樁基礎，肋板式橋臺，雙柱式墩身；上部結構采用預應力混凝土簡支轉連續箱梁，先簡支后連續方法架設。

2 檢測及其仿真分析

2.1 預應力等效及虛擬層合單元法分析

經典的板殼單元理論與傳統的梁理論有著應用廣泛、程序通用、理論成熟的優點，然而在分析先簡支后連續結構體系時卻面臨較多的困難。那么，為了有效的解決這些問題，我們建議應用虛擬層合有限單元法，這種方法從三維塊體單元入手，利用將對應的板、殼、梁等假定引入進來，將實體退化單元體系構造出來，因此，其被廣泛的應用。分塊積分法使得單元中的分段、分塊、分層簡單容易，導致單元中的一些段、塊、層參數歸零，然后慢慢的挖空單元，配合虛擬節點，進而能夠更好的分析單元，減少其數目，并且有效的提升了求解效率，分析精度同工程的要求也能夠相符合。

2.2 分析簡支梁預制構件的首期預應力張拉

在先簡支后連續結構體系中，預制構件是其中非常重要的組成部分。只有對其受力特征進行了解，在施工中才能夠更好的進行應用。

在分析預制梁板時，可以選擇采用虛擬層合單元法。在分析時，將22個單元剖分了出來，共有272個節點，需要將臨近端部單元的密度劃分提升一倍。在梁的跨中和1/4出設置撓度測點。

(1)對比分析首期預應力張拉彈性上拱計算結構和實測結構。箱梁頂面中點的實測撓度可以通過圖1進行表示，20.4 mm為跨中的實測上拱值，18.7 mm為USAP的計算值，18.4為ANSYS的解，兩個計算值之間相差1.6%，實測值和理論值相差9%。出現這二種情況主要是同滬寧圖的收縮徐變、實測誤差和預應力損失有關。

圖1 實測撓度圖

(2)理論計算數據與首期應力張拉期間齒塊處預埋應變的測試數據存在聯系。通過相關的分析能夠得知，測點的計算值和應力是比較吻合的，就埋設應變位置而言，通過張拉首期的預應力，導致有相應的壓應力被存儲于該處，其數值大概為1.2 MPa，通過該處，能夠將一定的拉應力條件為齒塊出承受后連續應力提供出來，從而將后連續預應力張來出現裂縫幾率有效的降低。

通過上述分析得知，在張拉了首期的預應力之后，這樣就會將較大的壓應力施加到整個混凝土梁的底面板上，其中，14 MPa為跨中底面板的壓應力最大值，從而將相應的壓應力儲備為后續的活載作用提供出來；因為有不同的受力區段存在于頂面板中，在0～6 m之間控制頂面板高度，受壓區控被控制在14～20 m的區段中，受拉區的區段為6～14 m，其中承受拉應力最大的位置是頂面板跨中位置，1.27 MPa為其最大值。

3 計算分析預應力張拉施工及混凝土澆筑

(1)分析撓度。

實測值和后連續端及預應力張拉期間的撓度如下圖所示。通過分析曲線得知。ANSYS和USAP能夠很好的相吻合，并且同實測值相差不大。以預應力張拉過程結果和端1#部澆筑為例進行分析，5 mm為實測的跨中撓度值，4.9 mm為ANSYS與USAP的解，2%為實測值和計算值間的誤差，在張拉2#后連續預應力時，會將27跨的跨中降低0.02 mm，這時，會在3.1 mm左右控制26跨的跨中撓度，4.9 mm的25跨的跨中撓度，也就是27跨梁板受2#端部應力的張拉影響較小，通過對3#、4#端部的預應力張拉仿真曲線結果進行分析后，能夠得出相同的規律，也就是在設計施工先簡支后連續結構體系時，隔跨梁板受到后一個端部連續預應力的張拉影響會被不斷減小。

(2)分析跨中應力。

通過相應的分析得知，在張拉1#連續端預應力后，26跨與27跨的跨中頂板有著最大的正應力值，數值大概為1 MPa，因為約有1.3 MPa的頂面板拉應力存在于預制應力混凝土空心板先期預應力中，這時，會在2.3 MPa左右控制跨中頂面板的拉應力，C50混泥土的設計抗拉強度值并沒有被其超過。并且，前幾個跨梁會影響到2#～4#連續端的預應力張拉情況。并且會依次的減小跨中頂板的應力值。通過對每個端部張拉的結果進行分析得知，也有一定的“隔跨原則”存在于跨中的應力中，也就是在張拉25跨和24跨時，會不斷的降低其跨中頂面的拉應力值。

(3)分析連續端頂面板的應力。

通過分析得知，7.138 5 MPa為階段2的理論計算值，也就是，在張拉該端部預應力時，這樣會有7 MPa的壓應力被儲存到永久支座頂面板處，它把相應的預壓應力儲備為永久支座處頂面承受成橋后的活載與二期橫載提供了出來。在2#永久支座頂面處，階段3會生成6.49 MPa的壓應力，會有1.1 MPa的壓應力出現在1#支座頂面板處，對此能夠得知，逐端張拉預應力及逐端澆筑時，1#的連續壓力會影響到2#連續daunting的壓應力儲備情況。對應的，3#連續端預應力張拉影響1#連續端的程度也會逐漸降低。也就是，也有“隔端原則”存在于后連續端部預應力的張拉過程中。通過分析得知，依據這樣的設計原則，澆筑逐端進行，在張拉后連續預應力等值后，很難確保每端部都具備相同的后連續效果，所以，設計與施工方必須要高度注意這一點。

4 仿真與探討分析體系轉換及橋面橫載鋪裝

在完成了五跨一聯施工后，就要拆除掉臨時支座，橋面橫載鋪裝和橫橋向板塊的鉸接連接等。因為是平均分配的橫橋向橫載，所以，將該段的模擬可以省略掉，而賈昂橋面恒載直接施加到五跨一聯連續梁上。橫向鉸接后的受力特征就能夠通過其結果進行分析。

(1)分析其撓度值。

實測曲線與撓度計算可以通過圖2進行分析。

圖2 實測曲線與撓度計算

通過圖2得知，計算值和撓度實測值之間能夠很好的相吻合，在6%以下控制最大誤差值，在轉換了體系后，兩個端跨跨中撓度值分別降低了0.8 mm和0.9 mm，分別減低了16.67%和18.75%，在轉換了體系之后，24跨和26跨的難度分別提升了1 mm左右，提升了將近12.5%，25跨的跨中撓度也發生了變化，從轉換體系前的8 mm下降到了7.8 mm，大約降低了2.5%，在施工完成了橋面的鋪裝層后，都會相應的降低各跨的跨中撓度，然而，卻有較大的差別存在于下降的幅度中。其中下降量最下的要屬26跨和24跨，就這兩跨而言，橋面鋪裝所出現的撓度增加量所引起的撓度會高于體系轉換所導致的撓度增加值。這樣就再一次表明，體系轉換后，會嚴重的影響著先簡支后連續結構體系。

(2)分析跨中應力和連續端處的應力。

因為上面所闡述的施工都是頂面板受拉施工，所以，對頂面板的受力情況就應該率先進行考慮。如表1所示。

表1 正應力分析

通過表1的分析能夠得知，在轉換體系后，23跨與27跨兩端的頂面板應力變化的最為明顯，23跨跨中頂面板降低了22.4%，27跨跨中頂面板的應力降低了31.4%，在轉換體系后，24跨與27跨頂面板應力和轉換前進行比較分別增加了27.1%與37.2%。即便在橋面鋪裝后，24跨與27跨的應力被降低，但是，跨中頂面板的拉應力仍然比轉換前的拉應力要高。這同轉換體系的難度變化情況是相一致的。但是，卻相應的在降低25跨頂面板的拉應力。

5 結 語

綜上所述，在先簡支后連續結構體系橋梁施工期間，為了確保其施工質量和效率，需要分析其結構體系，首先，在分析時，將虛擬層合單元法應用進去，可以將傳統平面分析法中存在的缺陷和不足解決掉，大大降低了單元劃分數量，有效的提升了求解的效率。并且，橋梁的空間力學特性能夠真實的通過這種方法反應出來。其次，該組件體系的應用，可以將充足的壓力儲備為其跨中底板及其后連續預應力錨固齒塊提供出來。從而為二期活載與恒在提供了穩定而充足的空間，將齒塊后緣開裂問題出現的幾率有效的降低了下來。那么，現階段，隨著橋梁工程項目的不斷增多，對于橋梁施工質量方面也提出了更高的要求，所以，在今后的施工中，對于該項技術措施，必須要認真的進行了解和掌握，將其充分的應用到施工中，從而為打造更高質量的橋梁工程項目而奠定基礎。

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1008-3383(2017)08-0124-02

2016-11-05

李強(1986-)，男，項目總工。