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连续刚构桥施工线形和应力的分析与控制摘要:以广州市轨道交通4号线沙湾大桥为研究背景,应用通用有限元软件对该桥进行结构分析。
应用卡尔曼滤波法和等维灰数递补数据处理技术改进的灰色预测模型以及这2种方法的结合对施工控制的标高进行预测,分析了应力监测的误差及其原因。
现场实测结果表明,将这2种方法结合提高了线形预测的精度,可为同类型桥梁的施工控制提供参考。
关键词:大跨度桥梁;连续刚构桥;施工控制;卡尔曼滤波法;轨道交通桥梁施工是桥梁建设的关键环节,桥梁施工技术的高低则直接影响桥梁建设的发展。
随着交通事业的发展,桥梁建设任务将更加艰巨,施工难度越来越大。
事实上,任何桥梁施工特别是大跨径桥梁的施工,都是一个系统工程。
为实现设计目标而必须经历的施工过程中,将受到许许多多确定和不确定因素(误差)的影响,如何从各种失真的结构参数中找出相对真实值,对施工状态进行实时识别(监测)、调整(纠偏)、预测,使施工系统处于控制之中,这对设计目标安全、顺利实现是至关重要的。
施工监控的目的是要对成桥目标进行有效控制,修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求[1-4]。
在此,本文作者结合沙湾大桥,讨论施工控制的重要性以及与施工控制相关的内容,建立该桥的计算模型,并且应用Kalman滤波法和灰色理论以及这2种方法的结合对该桥的线形进行预测和控制,并对应力监测的误差及其原因进行分析。
1桥梁结构分析1.1工程概况沙湾大桥主桥上部结构采用(70+120×2+70)m预应力混凝土箱型连续刚构桥跨布臵。
主桥上部构造的设计采用三向预应力,箱梁顶板宽9.3m,底板梁端及跨中合拢处宽为6.0m,其余位臵随梁高变化,箱梁纵向钢束每股直径15.24mm,采用大吨位群锚体系;顶板横向钢束每股直径15.24mm;竖向预应力采用精轧螺纹钢筋。
大桥设计标准为:设计行车速度90km/h;设计荷载为城市地铁荷载;桥面总宽为9.30m。
谈谈混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析对于大跨度连续梁桥来说，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移等构造措施来消除因常年缓慢变化的年温差导致桥梁产生的纵向位移；而对于连续刚构桥，由于梁的纵向位移受到了与其固结的主墩的约束而使得主墩墩身会产生较大的弯矩，温度变化加大了对钢构桥梁结构的受力与变形影响，这种影响随温度梯度的变化而变化。
箱形截面梁悬臂施工控制的两个最重要的方面是线型控制和应力控制，而温度是影响这两个方面的重要因素。
1混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析1.1连续刚构桥工程实例水磨湾特大桥位于少林寺至洛阳高速公路K21+910m处。
该桥主桥为预应力混凝土连续刚构桥，跨经组成为65+110+65＝240m，空心薄壁式桥墩、钻孔灌注桩基础。
上部结构为单箱单室断面，顶板宽度为12.75m，底板宽度为6.5m，箱梁根部梁高6.0m，跨中及边跨合拢段梁高为2.3m，箱梁底板下缘按二次抛物线变化。
主桥主梁采用三向预应力体系：纵向预应力氛围顶板束、底板束边跨合拢钢束三种，采用ASTM-92标准的15Φj15.24mm的270级钢绞线，OVM15-15锚具，张拉力为2930kN；竖向预应力采用Φj32mm的高强精轧螺纹粗钢筋，YGM锚具，张拉力为452kN；横桥向预应力采用ASTM-92标准的3Φj15.24mm 的270级钢绞线，BM15-3锚具，张拉力为586kN。
1.2计算物理模型水磨湾特大桥的静力计算采用空间有限元分析程序（Midas/Civil），其计算物理模型如图1所示。
全桥共划分为78个单元，其中主梁划分为66个单元，主墩划分为12个单元。
悬臂浇筑桥梁结构施工阶段定义与实际施工阶段划分一致，如图2所示。
图1有限元计算物理模型图2计算模型—悬臂浇筑施工节段划分2温度梯度模式为了分析梁内温度应力和应变在不同温度梯度模式作用下的变化情况，本文选择了六种温度梯度模式来计算施工过程中预应力混凝土连续刚构桥最大悬臂阶段在不同施工阶段时温度应力及应变的变化情况。
连续刚构桥梁的设计与计算连续刚构桥梁是指由多个梁段组成的桥梁，每个梁段均能起到承担桥载荷和传递荷载的作用。
这种桥梁采用了连续刚构的结构形式，在设计和计算过程中需要考虑多个因素，包括材料选用、截面形状、节点连接、荷载分布等。
本文将从这些方面对连续刚构桥梁的设计和计算进行探讨。
1.材料选用在连续刚构桥梁的设计中，材料的选取是至关重要的。
一般情况下，桥梁采用钢、混凝土等材料进行建造。
不同的材料具有不同的特点和性能，因此需要根据设计要求进行选择。
钢材具有强度高、刚度好的特点，可以满足桥梁对于载荷强度和刚度的要求；而混凝土则具有较好的耐久性和抗冲击性能，并且能够有效地降低桥梁的噪音和震动。
在实际应用中，一般会结合两种材料进行设计，如采用钢筋混凝土构造。
2.截面形状桥梁的截面形状对于桥梁的承载能力和刚度影响较大。
因此，在设计中需要根据实际需要和材料特性选择适合的截面形状。
目前常见的截面形状包括T形、矩形、圆形、箱形等。
不同的截面形状具有不同的承载能力和刚度，可以根据设计要求进行选择。
例如，对于需要承受大荷载的桥梁，一般采用宽而深的箱形截面，以提高承载能力和刚度；而对于跨度较小的桥梁，则可以选择较为轻盈的矩形或圆形截面。
3.节点连接节点连接是指桥梁中各个构件的连接方式。
在连续刚构桥梁的设计中，节点连接的质量和可靠性对于桥梁的安全性和稳定性十分重要。
节点连接方式一般分为焊接、螺栓连接、铆接等。
其中，焊接方式具有连接强度高、结构稳定等优点，但需要施工技术高超，且难以拆卸和维修；而螺栓连接方式则具有拆卸和维修方便等特点，但连接强度相对较低。
因此，在节点连接的选择上需要根据桥梁的具体情况进行综合考虑。
4.荷载分布在桥梁的设计和计算中，需要考虑到各种不同类型的荷载，包括自重荷载、静荷载、动荷载、温度荷载等。
这些荷载的分布和大小对于连续刚构桥梁的稳定性和承载能力有着较大的影响。
例如，在静荷载和动荷载作用下，桥梁会发生不同程度的挠曲和变形，会对桥梁的安全性和稳定性产生影响。
208国道特大桥连续箱梁合拢段刚性连接设计计算书一、工程概况208国道特大桥位于太原市小店区，25#～28#墩上跨208国道，上部结构为连续箱梁位于由太原至中卫铁路段，跨径为48.75m+80m+48.75m，设计采用挂篮悬浇施工。
0#和1#梁段采用托架现浇；2～10#梁段采用挂篮悬浇施工；12#边跨现浇梁段采用支架现浇，底模与支架之间采用圆钢管作为滑动层，以确保边跨合拢刚性连接时梁体与支架之间的相对滑动；2个边跨合拢段在支架上现浇；中跨合拢段在吊架上现浇。
主要数据参数如下：1、边跨现浇段：梁段长度775cm，梁段体积104.61m3，梁段重量2719.8 KN。
2、边跨合拢段：梁段长度200cm，梁段体积20.90m3，梁段重量543.3 KN，顶板厚35cm，腹板厚48cm，底板厚40cm，截面梁高360cm。
3、中跨合拢段：梁段长度200cm，梁段体积31.08m3，梁段重量808.0 KN，顶板厚35cm，腹板厚48cm，底板厚40cm，截面梁高360cm。
4、支座型号及布置见下图：二、刚性连接设计计算（一）计算原理：1、根据《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）9.5.6条规定：连续梁合龙前应调整中线和高程，并将合龙一侧墩的临时锚固改换成活动支座，同时按设计合龙温度，将两悬臂的合龙口临时锁定，锁定力应大于释放任何一侧各墩的全部活动支座的摩擦力。
条文说明：悬浇连续梁合龙前，合龙段两端悬臂受温度的变化的影响可能产生纵向伸缩，使合龙间距变化，从而导致合龙段混凝土凝固过程中受到张拉或压缩的超应力影响到而产生裂缝。
因此，合龙段的临时锁定或锚固，应到合龙段混凝土养护到一定强度，并施加预应力后，才能拆除。
2、根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）7.3.3条规定：橡胶支座承受的纵向水平力为：固定支座承受全部纵向水平力，活动支座承受的水平力等于支座的磨擦力。
４．２．５网格划分网格划分实际上就是结构离散化，即将结构离散为若干个具有有限个自由度的单元的集合体，并将分网前只具有结构几何特征的几何模型转变成结构的物理模型（有限元模型），物理模型就具有了与原结构相似的材料性能、力学特征等物理特性。
所谓的“相似”，是因为建立有限元模型时，总是要根据结构原型的力学特征采取一些假设条件进行简化处理。
所以，两者在一定精度范围内总是等效的或近似的，不可能完全一样。
在建立结构精细空间计算模型时，除满足上述原则外，尚有一个关键问题必须解决，即在进行单元的更详细划分时，如何把握一个合适的尺度。
因为不同精度的结构计算单元本身对单元的划分精细程度有不同的要求，目前学术界对这一问题还未给出定量的规定，仅给出了定性的原则：单元的划分不可过粗，这样不能保证足够的计算精度：一味的进行详细的单元划分也是不可取的，详细的单元划分将使计算单元数大幅增多，计算所需的计算机资源也将大大提高，当单元划分细到一定程度时，再进行细分单元对计算精度的提高效果已不很明显。
本文在对上述问题进行综合考虑后，通过扫略单元划分方法对其进行划分，网格划分完的有限元模型如图４—５所示，单元划分总数：２７９０７个，其中ｓｏｌｉｄ６５混凝士单元２２７３９个，ｌｉｎｋ８预应力钢筋单元５１６８个。
图４．５有限元模型网格划分４－３加载有限元分析的主要目的是考查结构或构件对一定荷载作用的响应。
因此，在分析中指定合适的荷载条件较为关键，在Ａｎｓｙｓ中，荷载包括边界条件和外部或内部作用力函数，荷载共分为六类：ＤＯＦ约束、力、表面荷载、体积荷载，惯性荷载。
在结构分析中这六类荷载依次表示为：位移和边界条件、力和力矩、压力、质量、重力加速度或角速度角加速度。
本文所涉及到的荷载主要有边界条件、质量、重力加速度、压力。
本文将悬臂施工的待浇段混凝土的重量作为面压力（表面荷载）作用于前一阶段刚浇注完成并张拉了预应力柬的节段上，预应力是作为实常数中以初始应变的形式给出，鉴于在实际施工过程中，它是施工工艺的一个重要环节、是实现悬臂施工方法的决定性荷载，所以在此仍然作为荷载形式加以说明。
墩梁固接区设计空间局部有限元方法分析摘要：刚构桥中墩梁固接处的结构构造和应力分布情况都比较复杂，属于刚构桥中的关键部位。
本文以柳林大桥主桥为例，运用有限元分析方法对墩梁固接处进行空间分析，以便指导工程的设计和施工。
关键词：墩梁固接处；有限元分析；模型1工程概况柳林大桥主桥中墩处，钢主梁、主翼和主墩刚性连接(如图1所示)，该固接区构造极其复杂，地震荷载作用下的传力途径和局部应力分布情况十分不明朗。
为此，本文基于偏于安全地认为，模态阻尼比0.02和50年超越概率2％的全桥反应谱作用是该墩梁固接区最不利的地震荷载作用工况，该工况下通过反应谱分析获得的墩梁固接区内力，可作为局部应力分析的作用荷载。
2有限元计算模型的建立2.1材料墩梁固接区除承台和桩基础外全采用钢材，且钢板所用材料统一为Q345qD。
材料物理参数为：材料密度7.8 t/m3；材料弹模2.1×1011 N/m；材料泊松比0.3，根据不同板厚对应不同的屈服强度和极限抗拉强度。
2.2单元介绍该固接区局部应力分析采用大型计算程序ANSYS。
因该区域设计均采用Q345qD钢板，故本分析采用ANSYS单元库中的Shell63单元。
Shell63单元为四节点实体单元，单元既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受单元平面内荷载和垂直单元平面的法向荷载。
该单元每个节点具有六个自由度——三个平动自由度和三个转动自由度。
单元需要定义4个节点和4个厚度。
在单元面内，其节点厚度为输入的四个厚度，单元的厚度假定为均匀变化。
如果单元厚度不变，只需输入参数TK(I)即可；如果厚度是变化的，则四个节点的厚度均需输入。
2.3有限元模型描述固接区计算模型网格采用自由网格划分，根据结构设计所采用的不同钢板厚度，分批分区域形成计算网格，并最终融合形成整体有限元模型。
模型由7578个关键点，13658条线和5506块面元构成，全部考虑了设计图纸中的主梁断面横坡、加劲肋、横隔板、过人孔，以及U肋、横隔板连接欠焊口等构造细节。
连续刚构桥设计概述一、连续刚构桥的特点作为梁桥的一种，连续梁桥有着结构刚度大、变形小；动力性能好；无伸缩缝、行车平顺的优点。
而连续刚构桥是由T型刚构桥演变而来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结。
这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构不设支座、不需转换体系的优点。
且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足大跨度桥梁的受力要求。
二、连续刚构桥的适用范围连续刚构桥上部主梁的受力与连续梁桥基本相似；下部桥墩由于结构的整体性，温度和收缩徐变造成的内力十分显著。
因此其桥墩应该有一定的柔度。
使用高强度、轻质混凝土是大跨度梁桥的发展方向之一。
目前世界上已建成的连续刚构桥最大单跨为挪威斯托尔马桥(Stolma)，主跨301米，国内最大单跨为虎门大桥辅航道桥，主跨270米。
三、设计时需收集的基础资料设计时应围绕桥位选择、桥墩位置、跨径、立面布置、结构体系、施工方法等因素，对桥梁建设的自然条件和功能要求有充分的了解。
1、自然条件包括(1)地形地貌、控制物等；(2)工程地质条件；(3)水文条件；(4)气象条件；(5)地震。
2、功能要求包括(1)桥梁本身使用功能，如铁路桥梁、公路桥梁、城市桥梁、轨道交通、人行桥等；(2)桥下功能要求，如通车、通航等。
四、桥型方案的选择设计时应根据桥梁建设条件，结合技术可行性、施工难度、工程风险与进度、经济合理性、景观协调性等因素，进行桥型比选，确定桥梁的跨径布置。
五、上部结构构造尺寸连续刚构桥设计时，可根据工程实践统计，初步拟定构造尺寸，再进行具体计算复核。
1、边、中跨跨径比一般在0.52〜0.58之间。
当边、中跨比较小时，边跨现浇段较短，可减少边跨现浇段支架，对施工有利，但应保证各种工况下边墩处支座不出现负反力。
2、梁的截面形式连续刚构桥多采用箱形截面，其具有良好的抗弯和抗扭性能。
根据桥梁宽度，可采用单箱单室、单箱多室等截面形式。
3、梁高桥梁跨度在60米以内时，可考虑采用等截面高度，构造简单，施工快捷。
连续刚构桥的设计与计算连续刚构桥（Continuous Rigid Frame Bridge）是指由一系列刚性构件（如梁、柱和连接节点）组成的桥梁结构，其具有较高的刚度和稳定性。
该设计与计算过程通常包括以下几个步骤：结构形式选择、作用力分析、截面设计、节点设计和整体稳定性分析。
下面将详细介绍这些步骤。
首先，结构形式选择是连续刚构桥设计的起点。
在选择结构形式时，需要考虑桥梁的跨度、地质条件、交通承载能力要求和建设成本等因素。
常见的连续刚构桥形式包括刚性桥梁、单塔拉索悬索桥和钢混合结构，设计人员可以根据具体情况选取对应的桥梁形式。
其次，作用力分析是连续刚构桥设计的核心部分。
在进行作用力分析时，需要考虑桥梁所承受的静力荷载、动力荷载和温度荷载等。
根据设计规范和标准，通过合理的假设和简化计算模型，计算出各个构件的内力和外力作用情况。
然后，根据作用力分析的结果，需要进行截面设计。
截面设计主要包括确定梁和柱截面的尺寸和受力性能。
在截面设计时，需要考虑材料的强度、受力性能要求和工程经济性。
为了满足设计要求，可能需要进行多次迭代计算，直到满足结构强度和刚度的要求。
接下来是节点设计。
节点是连续刚构桥中的重要连接部分，需要保证节点的刚性和稳定性。
节点设计主要包括节点连接方式和节点构造设计两个方面。
在节点连接方式的选择上，常见的有焊接、螺栓连接和预应力锚固等。
在节点构造设计中，需要考虑连接构件的受力情况、节点刚度和施工性能等。
最后，整体稳定性分析是连续刚构桥设计的最后一步。
在进行整体稳定性分析时，需要考虑桥梁的水平和垂直稳定性。
水平稳定性主要通过设置纵横向加固措施来保证，如设置剪力墙、横向联结梁和固定支座等。
垂直稳定性则通过合理的梁柱列设计和支座设计来保证。
总之，连续刚构桥的设计与计算是一个复杂而繁琐的过程，需要设计人员具备良好的结构力学知识和经验。
通过合理的结构形式选择、作用力分析、截面设计、节点设计和整体稳定性分析等步骤，可以设计出满足设计要求的连续刚构桥。
连续刚构结构设计与分析摘要：本文以某公路桥为对象，通过对midas有限元理论进行充分应用，构建起三维仿真分析结构和计算方法，就大桥连续刚构结构计算应用进行具体论述和分析。
关键词：连续刚构结构；计算应用；桥梁工程引言：某公路桥设计时速在每小时100公里，主要形态为空心薄壁大跨度连续钢构。
因此，对于设计施工人员来讲，应用合理化的方法、进行桥梁线型的合理化控制，通过对连续钢构体系的MIDAS分析和计算，可以进一步保障设计施工的质量和安全性，降低设计施工成本，提升桥梁今后使用的经济效益和社会价值[1]。
一、桥梁工程的主要概况某公路桥梁主桥为70+130+70m预应力混凝土连续钢构桥，主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，主梁根部梁高7.5m，跨中部梁高3m，箱梁高度按1.8次抛物线变化；主梁采用C50耐久性混凝土，主墩采用等截面薄壁矩形空心墩，主墩承台采用整体式，桩基采用Φ200cm嵌岩桩，与引桥过渡墩采用柱式墩，桩基采用Φ200cm嵌岩桩[2]。
二、结构尺寸拟定根据国内以成桥资料及《梁桥》等有关连续钢构截面形式及尺寸选择的相关内容，拟定该桥主梁尺寸如下[3-4]：箱梁顶宽在20m以下时基本采用单室箱，并且综合考虑施工方便因素，该桥采用单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，顶板宽12m，底板宽7m。
大跨度预应力混凝土连续钢构一般采用变高度的箱型截面形式，其中墩顶处梁高与最大跨径的关系：梁高为主跨跨径的1/16～1/18，取L/17.33，即130/17.33=7.5m；跨中处梁高与最大跨径的关系：梁高为主跨跨径的1/40～1/50，取L/43.33,即130/43.33=3m。
箱梁顶板厚度最小为0.28m，该桥箱梁顶板厚度除0＃块部分为0.45m外，其余梁段为0.3m；底板厚度考虑箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至箱梁根部，底板厚度一般可取根部梁高的1/10～1/12，约为32～120cm，该桥箱梁底板厚度从跨中的0.32m按1.8次抛物线变化到箱梁根部的0.85m；腹板厚度一般为40～100cm，箱梁刚度宜尽可能的渐变，在腹板突变处也宜设置渐变段，渐变段以一个梁段为宜，故该桥箱梁腹板厚度在0＃块部分为1m，2＃～8＃梁段为0.7m，11＃～18＃梁段为0.45m，9＃～10＃梁段为腹板变化段。
