先简支后连续结构体系桥梁施工过程中检测及其仿真分析

李 强，田 雷

(黑龙江省龙建路桥第五工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

先简支后连续结构体系桥梁施工过程中检测及其仿真分析

李 强，田 雷

(黑龙江省龙建路桥第五工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

以穆棱河众兴跨河大桥工程为例进行了阐述，通过虚拟层合有限元分析法，空间仿真分析了先简支后连续结构体系，并且，对此类结构体系施工期间的力学特征进行了详细、认真的分析与探究。

先简支；后连续；结构体系桥梁；施工监测；仿真

1 工程概况分析

穆棱河众兴跨河大桥工程，包括水岸街道路和众兴跨河大桥主体及其引道和北岸连接线三部分。水岸街道路南起兴国西路，北至北环路，长982.076 m；众兴跨河大桥及其引道南起北环路，北至连接线，总长1 834.7 m；其中大桥长1 058.16 m、南北引道长706.7 m；连接线道路长128.5 m。全桥共27孔，P0-P11为曲线段，P1-P2跨越景观道，P6-P7跨越建鸡高速，P17、P18桩位位于穆棱河内。

大桥主体工程为第二合同段，桥梁长1 058.16 m。桥梁采用钻孔桩基础，肋板式桥台，双柱式墩身；上部结构采用预应力混凝土简支转连续箱梁，先简支后连续方法架设。

2 检测及其仿真分析

2.1 预应力等效及虚拟层合单元法分析

经典的板壳单元理论与传统的梁理论有着应用广泛、程序通用、理论成熟的优点，然而在分析先简支后连续结构体系时却面临较多的困难。那么，为了有效的解决这些问题，我们建议应用虚拟层合有限单元法，这种方法从三维块体单元入手，利用将对应的板、壳、梁等假定引入进来，将实体退化单元体系构造出来，因此，其被广泛的应用。分块积分法使得单元中的分段、分块、分层简单容易，导致单元中的一些段、块、层参数归零，然后慢慢的挖空单元，配合虚拟节点，进而能够更好的分析单元，减少其数目，并且有效的提升了求解效率，分析精度同工程的要求也能够相符合。

2.2 分析简支梁预制构件的首期预应力张拉

在先简支后连续结构体系中，预制构件是其中非常重要的组成部分。只有对其受力特征进行了解，在施工中才能够更好的进行应用。

在分析预制梁板时，可以选择采用虚拟层合单元法。在分析时，将22个单元剖分了出来，共有272个节点，需要将临近端部单元的密度划分提升一倍。在梁的跨中和1/4出设置挠度测点。

(1)对比分析首期预应力张拉弹性上拱计算结构和实测结构。箱梁顶面中点的实测挠度可以通过图1进行表示，20.4 mm为跨中的实测上拱值，18.7 mm为USAP的计算值，18.4为ANSYS的解，两个计算值之间相差1.6%，实测值和理论值相差9%。出现这二种情况主要是同沪宁图的收缩徐变、实测误差和预应力损失有关。

图1 实测挠度图

(2)理论计算数据与首期应力张拉期间齿块处预埋应变的测试数据存在联系。通过相关的分析能够得知，测点的计算值和应力是比较吻合的，就埋设应变位置而言，通过张拉首期的预应力，导致有相应的压应力被存储于该处，其数值大概为1.2 MPa，通过该处，能够将一定的拉应力条件为齿块出承受后连续应力提供出来，从而将后连续预应力张来出现裂缝几率有效的降低。

通过上述分析得知，在张拉了首期的预应力之后，这样就会将较大的压应力施加到整个混凝土梁的底面板上，其中，14 MPa为跨中底面板的压应力最大值，从而将相应的压应力储备为后续的活载作用提供出来；因为有不同的受力区段存在于顶面板中，在0～6 m之间控制顶面板高度，受压区控被控制在14～20 m的区段中，受拉区的区段为6～14 m，其中承受拉应力最大的位置是顶面板跨中位置，1.27 MPa为其最大值。

3 计算分析预应力张拉施工及混凝土浇筑

(1)分析挠度。

实测值和后连续端及预应力张拉期间的挠度如下图所示。通过分析曲线得知。ANSYS和USAP能够很好的相吻合，并且同实测值相差不大。以预应力张拉过程结果和端1#部浇筑为例进行分析，5 mm为实测的跨中挠度值，4.9 mm为ANSYS与USAP的解，2%为实测值和计算值间的误差，在张拉2#后连续预应力时，会将27跨的跨中降低0.02 mm，这时，会在3.1 mm左右控制26跨的跨中挠度，4.9 mm的25跨的跨中挠度，也就是27跨梁板受2#端部应力的张拉影响较小，通过对3#、4#端部的预应力张拉仿真曲线结果进行分析后，能够得出相同的规律，也就是在设计施工先简支后连续结构体系时，隔跨梁板受到后一个端部连续预应力的张拉影响会被不断减小。

(2)分析跨中应力。

通过相应的分析得知，在张拉1#连续端预应力后，26跨与27跨的跨中顶板有着最大的正应力值，数值大概为1 MPa，因为约有1.3 MPa的顶面板拉应力存在于预制应力混凝土空心板先期预应力中，这时，会在2.3 MPa左右控制跨中顶面板的拉应力，C50混泥土的设计抗拉强度值并没有被其超过。并且，前几个跨梁会影响到2#～4#连续端的预应力张拉情况。并且会依次的减小跨中顶板的应力值。通过对每个端部张拉的结果进行分析得知，也有一定的“隔跨原则”存在于跨中的应力中，也就是在张拉25跨和24跨时，会不断的降低其跨中顶面的拉应力值。

(3)分析连续端顶面板的应力。

通过分析得知，7.138 5 MPa为阶段2的理论计算值，也就是，在张拉该端部预应力时，这样会有7 MPa的压应力被储存到永久支座顶面板处，它把相应的预压应力储备为永久支座处顶面承受成桥后的活载与二期横载提供了出来。在2#永久支座顶面处，阶段3会生成6.49 MPa的压应力，会有1.1 MPa的压应力出现在1#支座顶面板处，对此能够得知，逐端张拉预应力及逐端浇筑时，1#的连续压力会影响到2#连续daunting的压应力储备情况。对应的，3#连续端预应力张拉影响1#连续端的程度也会逐渐降低。也就是，也有“隔端原则”存在于后连续端部预应力的张拉过程中。通过分析得知，依据这样的设计原则，浇筑逐端进行，在张拉后连续预应力等值后，很难确保每端部都具备相同的后连续效果，所以，设计与施工方必须要高度注意这一点。

4 仿真与探讨分析体系转换及桥面横载铺装

在完成了五跨一联施工后，就要拆除掉临时支座，桥面横载铺装和横桥向板块的铰接连接等。因为是平均分配的横桥向横载，所以，将该段的模拟可以省略掉，而贾昂桥面恒载直接施加到五跨一联连续梁上。横向铰接后的受力特征就能够通过其结果进行分析。

(1)分析其挠度值。

实测曲线与挠度计算可以通过图2进行分析。

图2 实测曲线与挠度计算

通过图2得知，计算值和挠度实测值之间能够很好的相吻合，在6%以下控制最大误差值，在转换了体系后，两个端跨跨中挠度值分别降低了0.8 mm和0.9 mm，分别减低了16.67%和18.75%，在转换了体系之后，24跨和26跨的难度分别提升了1 mm左右，提升了将近12.5%，25跨的跨中挠度也发生了变化，从转换体系前的8 mm下降到了7.8 mm，大约降低了2.5%，在施工完成了桥面的铺装层后，都会相应的降低各跨的跨中挠度，然而，却有较大的差别存在于下降的幅度中。其中下降量最下的要属26跨和24跨，就这两跨而言，桥面铺装所出现的挠度增加量所引起的挠度会高于体系转换所导致的挠度增加值。这样就再一次表明，体系转换后，会严重的影响着先简支后连续结构体系。

(2)分析跨中应力和连续端处的应力。

因为上面所阐述的施工都是顶面板受拉施工，所以，对顶面板的受力情况就应该率先进行考虑。如表1所示。

表1 正应力分析

通过表1的分析能够得知，在转换体系后，23跨与27跨两端的顶面板应力变化的最为明显，23跨跨中顶面板降低了22.4%，27跨跨中顶面板的应力降低了31.4%，在转换体系后，24跨与27跨顶面板应力和转换前进行比较分别增加了27.1%与37.2%。即便在桥面铺装后，24跨与27跨的应力被降低，但是，跨中顶面板的拉应力仍然比转换前的拉应力要高。这同转换体系的难度变化情况是相一致的。但是，却相应的在降低25跨顶面板的拉应力。

5 结 语

综上所述，在先简支后连续结构体系桥梁施工期间，为了确保其施工质量和效率，需要分析其结构体系，首先，在分析时，将虚拟层合单元法应用进去，可以将传统平面分析法中存在的缺陷和不足解决掉，大大降低了单元划分数量，有效的提升了求解的效率。并且，桥梁的空间力学特性能够真实的通过这种方法反应出来。其次，该组件体系的应用，可以将充足的压力储备为其跨中底板及其后连续预应力锚固齿块提供出来。从而为二期活载与恒在提供了稳定而充足的空间，将齿块后缘开裂问题出现的几率有效的降低了下来。那么，现阶段，随着桥梁工程项目的不断增多，对于桥梁施工质量方面也提出了更高的要求，所以，在今后的施工中，对于该项技术措施，必须要认真的进行了解和掌握，将其充分的应用到施工中，从而为打造更高质量的桥梁工程项目而奠定基础。

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U445

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1008-3383(2017)08-0124-02

2016-11-05

李强(1986-)，男，项目总工。