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預應力混凝土連續橋梁施工控制仿真分析探討

來源: 樹人論文網 發表時間:2019-06-11 編輯:lunwenfabiao 瀏覽次數:
摘要: 隨著我國社會經濟的進步,我國交通事業迅速發展。其中,預應力混凝土連續橋梁的建設規模與數量也因此增加。預應力混凝土連續橋梁不僅具有行車平穩的優勢,同時因其較強的跨越
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  隨著我國社會經濟的進步,我國交通事業迅速發展。其中,預應力混凝土連續橋梁的建設規模與數量也因此增加。預應力混凝土連續橋梁不僅具有行車平穩的優勢,同時因其較強的跨越能力成為了我國主要的建設橋型之一。鑒于此,對預應力混凝土連續橋梁的施工提出了更高的標準與要求。

商品混凝土

  《商品混凝土》主要報道國內外商品混凝土的新技術、新工藝、新設備、新材料、生產管理及施工應用、檢測標準及性能測試、專利技術及市場動態,以及國內外的發展現狀及前景預測等,同時還提供國內外合作機會,供求信息等。

  在橋梁施工中,混凝土是應用最為廣泛的材料。混凝土材料特性不穩定,容易受到季節氣候、溫度以及濕度等因素的影響。通常,在混凝土自重、橋面荷載等影響下,橋梁線性得不到很好的控制。而要使施工過程中的應力以及撓度變形得到控制,就需要計算出不同施工段橋梁的受力以及變形的理想值。為了實現橋梁工程質量的控制,對橋梁施工過程進行仿真實驗有非常積極的意義。所以文章結合MIDAS/Civil、ANSYS等軟件對浙江寧波地區的一座橋梁的施工全過程進行仿真分析。文章在仿真過程中涉及的方法較多,對全橋結構仿真主要通過構件分析建立詳細的模型,然后運用數值分析方法獲取分析結果,最后通過圖形軟件來獲得相關定論。

  1 工程概況

  A橋位于浙江寧波,全長1578m,主橋為五跨(55m,3X100m, 55m)預應力混凝土變截面斜腹板連續箱梁,長410m,引橋左側為4跨35m預應力混凝土簡裝連續箱梁,右側為5×50m預應力混凝土等截面連續箱梁十2×(7×35m),8×35m預應力混凝土簡裝連續箱梁組成。設計車速100km/h,荷載汽車-超20級,掛車-120級,抗震等級為8級。該橋采用掛籃懸臂現澆法進行分段對稱施工。其中,主橋混凝土箱梁采用三向預應力,張拉順序為先縱向后橫向,并按對稱、均勻的原則實施。

  2 預應力混凝土連續橋梁施工控制仿真軟件應用

  2.1 ANSYS

  該軟件具有豐富的材料庫以及單元庫,能夠對任何結構形式的橋梁進行全橋仿真分析。該軟件應用可以使全橋仿真通過對各種載荷工況的組合,反映出橋梁的綜合特征,如應力分布、自振頻率、變形情況、地震響應、振形、失穩特征等。

  2.2 GQSJ

  本系統為橋梁結構設計系統,可以對不同施工段的荷載進行計算。

  2.3 Dr.Br1dge

  應用本系統對模擬施工中的臨時支架以及掛籃設備,對橋梁結構上下部的共同作用進行分析。包括對拉索面積、施工張拉力的計算以及抗裂性、強度等計算。

  2.4 MDIAS/Civil

  應用本軟件進行水化熱分析、非線性邊界分析、材料非線性分析、動力以及靜力彈塑性分析。

  3 預應力混凝土連續橋梁施工控制仿真分析

  3.1 參數取值

  3.1.1 混凝土質量密度。A橋仿真測試采用的混凝土質量密度取值2630kg/m3,采用MDIAS/Civil軟件進行計算后得到各個階段砼質量以及設計值。通過軟件計算,只有當混凝土質量密度取值2630kg/m3時,各個階段砼質量與設計值相近。

  3.1.2 孔道偏差系數與摩阻系數。根據國內外預應力混凝土連續橋梁施工控制仿真研究中對孔道偏差系數與摩阻系數的分析以及測試結果的分析,確定本仿真分析中A橋的孔道摩擦系數為0.2,摩阻系數k=0.001。

  結合上述參數,確定有限元結構分析參數,如上表所示。

  3.2 仿真分析結果

  本仿真中用MDIAS/Civil軟件對主橋結構體系以及合攏順序進行了模擬,將全過程施工階段分成19個階段。本仿真中采用前進分析方法對整個橋梁施工過程進行模擬,全橋總共建立119個梁單元,并輸入預應力鋼筋數為210(含底板、頂板、腹板、合攏段預應力鋼筋),掛籃重量為63t,二期恒載為4.25t/m,車道荷載為10.5KN/m,集中荷載為360KN/m。但由于該橋為3車道,所以實際集中荷載為:36×0.5×3×0.78=42.12t/m,均布荷載為1.05×0.5×3×0.78=l.2285t/m。因此,其仿真結果如下:

  預應力鋼筋對橋梁受力的影響較大,因此在仿真中,要考慮預應力鋼筋損失;

  在仿真中不能忽略收縮徐變給橋梁撓度造成的影響。本仿真結果顯示,某些梁段的預拱度有一定的變化,由此表明徐變對橋梁有重要影響。

  綜上,通過不同施工段標高、應力值、GQJS計算值以及實測值對比分析表明,采用MIDAS/Civil進行模型仿真切合實際。因參數選擇合理,所以仿真結果可靠。

  4 預應力混凝土連續橋梁施工控制仿真分析

  4.1 A大橋溫度場仿真分析

  根據研究資料表明,溫度場對橋梁的影響是比較嚴重的,不僅容易改變橋梁結構的承載力,也容易造成橋梁疲勞損傷,降低使用壽命。因此本部分通過MIDAS/Civil軟件對橋梁結構結構應力以及撓度等進行仿真測試。為了有效地減少溫度對橋梁結構的影響,本仿真選擇溫度場較穩定的時間段對懸臂箱梁的應力以及撓度變化進行仿真分析,混凝土溫度測試選擇直徑d=4mm的溫度傳感器,設定不同天氣變化對橋梁施工全過進行仿真分析。

  4.2 溫度場仿真結果

  箱梁應力隨著溫度場的變化而產生明顯變動。通過實測數據可以觀察到當溫度上升時,箱梁懸臂上緣應力迅速變大,而下緣應力變化相對較慢。通過MIDAS/Civil軟件得出的計算值可以看出緣應力隨溫度梯度增大而增大。而其中最大壓應力和最大拉應力產生在頂板和腹板的中心位置。

  在溫度場下,橋梁的方位、朝向等都會對混凝土結構溫度造成不同的影響,而箱梁結構的底板和頂板之間溫差比較明顯。通過分析可以知道,梁橋易受外界溫度變化的影響。

  通過對實測值與MIADS/Civil軟件計算值進行對比分析后,可以知道箱梁撓度隨溫度梯度上升而上升,隨下降而下降。

  5 結語

  文章以A橋梁為研究對象,對預應力混凝土連續橋梁施工控制進行了仿真分析,在本仿真中,筆者還應用灰色系統理論對箱梁撓度和應力進行了擬合以及預測,由于篇幅問題,未予列出。仿真表明,在實際的施工控制中,應該注重從鋼筋預應力、混凝土收縮徐變、溫度應力等方面的因素開展橋梁施工。因此,文章的仿真分析對于實際的橋梁施工控制有非常現實的意義。

  參考文獻

  [1] 雷俊卿,王楠.預應力混凝土連續剛構橋施工監測與仿真分析[J].鐵道學報,2009,28(02):74-78.

  [2] 成崗.典型先簡支后連續分布式箱梁橋施工過程仿真分析[J].黑龍江交通科技,2010,33(07):148-149.

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