利用MIDAS对省道101线石门水电站库区大桥进行施工监控的分析研究

张 毅，郭 强

(新疆维吾尔自治区交通建设管理局，新疆 维吾尔自治区 830049)

1 工程概况

1.1 项目位置

石门子水电站库区大桥项目为省道101线乌鲁木齐～巴音沟公路中的一段，工程地点位于呼图壁县雀尔沟境内，对应拟建省道101线里程桩号为K79+600～K83+060。起点为K79+600，对应老路里程 K84+600，终点K83+100，对应省道101线老路里程 K91+100，起终点设计高均与老路顺街。路线于K80+400～K80+550跨越呼图壁河，路线全长3.5 km。全线主要控制点：路线起点、石门水库淹没区、桥位选址和路线终点。工程建设对改善呼图壁县交通出行条件，推进沿线煤炭、旅游资源开发，促进区域社会经济协调发展具有十分重要的意义。

1.2 桥梁概况

(1)上部结构

主桥上部结构采用90 m+150 m+90 m预应力混凝土连续刚构，箱梁采用C55混凝土。标准段桥宽10.0 m，边跨部分进入缓和曲线段，桥面逐步加宽，最宽处为10.464 m，箱梁采用单箱单室直腹板断面，其中箱宽5.4 m，标准段翼缘板悬臂宽2.3 m。箱梁根部梁高H根=8.5 m，跨中及边跨端部梁高H中=3.5 m，箱梁梁高变化采用1.8次抛物线，H根/L=1/17.7，H中/L=1/42.9。箱梁0#块～7#梁段腹板厚度采用70 cm；8#、9#梁段为过渡段；10#～16#梁段腹板厚度采用50 cm，梁端现浇段采用70 cm。箱梁底板厚度变化采用1.8次抛物线，由箱梁根部90 cm渐变到跨中30 cm；箱梁顶板厚0#块采用45 cm，其余均采用28 cm。箱梁横坡由腹板高度调整，底板保持水平。

(2)下部结构

主墩(1#、2#墩)采用实心双薄壁墩，双肢墩中心距为6 m，顺桥向尺寸1.5 m，在墩底5 m范围内逐步加厚到2.2 m，横桥向尺寸5.4-9.0 m，从墩顶到墩底线性变宽。墩柱采用C50混凝土。

主墩承台采用整体性承台，顺桥向尺寸9.6 m，横桥向尺寸14.6 m，厚度4.5 m，承台采用C30混凝土。基础采用6根直径2.2 m的嵌岩桩。

主桥下部采用矩形空心墩，截面尺寸为7.5 m(横向)×6.5 m(纵向)，基础采用350 cm的承台，每墩6Φ2.2 m的钻孔灌注桩。桥台为柱式台，采用2Φ1.5 m的钻孔灌注桩。

2 结构分析模型建立

2.1 计算模型

计算软件采用MMIDAS/Civil 2012，建立平面杆系模型进行计算。把整个主桥结构离散为126个单元共有131个节点，根据施工程序分为60个施工阶段对施工过程进行模拟计算；把引桥结构离散为76个单元共有77个节点，根据施工程序分为6个施工阶段对施工过程进行模拟计算。摩擦系数μ=0.15，偏差系数k=0.0015(1/m)，锚具一端回缩Δ=6 mm。

2.2 材料特性

在进行分析时，采用了以下几种材料，材料情况见表1。

表1 材料特性表

2.3 施工阶段划分

施工监控计算将主桥结构施工过程划分为60工阶段，引桥结构施工过程划分为6工阶段。

2.4 计算荷载选取与计算假定

主梁悬臂浇筑时挂篮前后支点力按集中荷载输入，桥面铺装及防撞栏杆等重按47.5 kN/m均布荷载输入，其余构件自重由程序自行计算。

对于挂篮的模拟采用集中力+弯矩进行模拟，对于空挂篮+模板重量取值为80 t。

收缩徐变系数根据桥规(JTG D62—2004)计算，分析中考虑不同阶段的不同应力水平和加载龄期的变化。

3 计算结果列表

3.1 符号规定

应力符号规定：压应力为-；拉应力为+。

位移符号规定：下挠为-；上翘为+;水平方向往中跨方向为+；水平方向往边跨方向为-。

C55按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。

(1)施工阶段

(2)使用阶段

容许压应力：σcc≤0.50fck=17.75 MPa；容许拉应力 ：小于0；容许主压应力：σcp≤0.60fck=21.30 MPa；容许主拉应力：σtp≤0.40ftk=1.10 MPa。

C50按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。

(1)施工阶段

(2)使用阶段

容许压应力：σcc≤0.50fck=16.20 MPa；容许拉应力 ：小于0；容许主压应力：σcp≤0.60fck=19.44 MPa；容许主拉应力：σtp≤0.60ftk=1.06 MPa。

3.2 主桥计算结果

下面选取了部分主要工况的计算结果以表格的形式给出，由于在合拢之前，两个悬臂浇筑结构是相似的，所以下面仅给出一个T构一侧悬臂浇筑过程的计算结果。

(1)主墩及0#块梁段施工完位移与应力结果

表2 主梁、主墩上下缘应力表

表3 主梁竖向位移表

表4 主墩水平方向位移表

3.3 中跨合拢施工完成

表5 主梁、主墩上下缘应力表

表6 主梁竖向位移表

表7 主墩水平方向位移表

4 结 论

(1)从计算的结果来看，在主桥及引桥施工过程中，部分梁段截面下缘产生了较小的拉应力，但其拉应力值远小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定计算值，且随着悬臂施工的推进，最后成桥时，均转化为压应力；同时在整个施工阶段过程中，没有过大的压应力产生，其压应力值均小于规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)7.2.8条压应力的规定计算值。此外，各节点位移变化较小，说明梁段刚度较大，相对可以较为容易的控制各梁段的标高。

(2)本次复核计算中，监控单位所有的计算假定和相应参数均只是监控计算的初始假定，在今后的工作中，将通过大量的监测数据和施工单位提供参数获取信息，采用自适应控制原理，以最小二乘法进行参数识别和误差估计，从而对初始模型进行调整，力求准确反映和指导工作。

(3)为后续桥梁评估提供了基础数据。