简支变连续刚构小箱梁桥墩结构施工过程仿真分析

连续梁桥悬臂施工过程的仿真分析【摘要】连续梁桥悬臂施工过程需要进行仿真分析，仿真分析可以很好地监控大桥的各方面信息。

包括桥梁的形状和防控压力以及温度的控制都有一定的分析和监控。

本文主要就是通过对施工过程的仿真分析来监控桥梁的具体情况。

从具体的实例出发，建立仿真的分析过程和方法手段，从而对整个工程有一定的了解。

【关键词】仿真分析，桥梁悬臂施工，方法手段前言现在很多的桥梁工程都是复杂和长期的过程，因此需要对整个工程有一个具体的监管和预测，这时候仿真分析就格外重要。

由于随着施工的开展，情况在不断的演变着，无论是桥梁的设计还是具体的施工环境都在不断地变化着。

所以，对施工的每个阶段过程进行仿真分析，全面的了解桥梁的施工形式和状态，有利于及时的解决矛盾和问题。

二、工程简要概述某大桥主桥部分为(76.5+143+76.5)m三跨预应力混凝土变截面连续梁桥，主桥箱梁采用直腹板式的双箱单室结构。

箱梁根部梁高8.2 m，跨中梁高3.0 m，箱梁高度从距桥墩中心2.5 m处到合龙段处按1.5次抛物线变化。

主桥各块段采用挂篮对称悬臂浇筑施工，施工流程为：移动（架设）挂篮一绑扎钢筋一浇筑混凝土一张拉各种预应力筋一移动（架设）挂篮，循环以上步骤直至合龙，合龙顺序是先进行边跨合龙，然后拆除主墩临时锚固，再进行中跨合龙。

三、工程的具体的状况分析每个悬臂划分为15个节段和合龙节段，整个施工分为19个节段的施工过程及1个运营阶段，在每个节段施工过程中，采用3个工况模拟：即挂篮前移、模板定位；绑扎钢筋、浇筑混凝土、养生；张拉预应力、压浆。

在浇筑梁段混凝土阶段就激活梁段单元，并处理好自重的加载时间及混凝土的养护、加载龄期，使之与实际施工一致。

在悬臂过程中存在着结构体系转换，桥梁结构的边界条件在施工过程中会发生变化。

在边跨合龙前，12号和13号墩与悬臂浇筑的梁段形成静定的T形结构，此时，两墩的约束均为固接。

当中跨合龙后，将l3号墩改为双向铰接，其他桥墩都改为单向铰接。

简支变连续小箱梁施工简支转连续箱梁共5联，其中35m跨度一联（18-21#墩），其余为32m跨度。

1、箱梁预制（1）．箱梁施工工艺流程图（２）、施工方法⑴、梁座设计及施工为了保证梁平整，梁座应向下设置1cm预拱度，预拱度采用抛物线设计。

梁座作为梁的底模应保证其所需的平整度和光滑面。

⑵、模板设计与施工每种跨度箱梁加工箱梁侧模1套，中梁1套，内模2套，其中32m跨度侧模2套，中梁2套，内模3套，底模采用事先浇好的台座（上面铺设5mm的钢板）。

模板设计上下设置拉杆，侧模面板采用5mm厚热札平板、肋板采用8号槽钢，内模为便于拆卸采用1.5米一节，面板采用4mm厚热札平板，肋板采用63角钢。

侧模两侧预留布设附着式振动器的平台。

模板施工：模板使用前应除锈、刷隔离剂，按出厂编号拼装，侧模采用龙门吊、人工配合拼装，内模为人工拼装，侧模宽度尺寸用拉杆来调整。

模板组装必须符合规范要求，保证平整、无错台、不漏浆。

拆模时应轻拉轻拽，防止破坏棱角和梁体，拆模亦采用龙门吊和人工配合进行。

端头模板按内嵌式设计，即用侧模包夹端模的方法。

⑶、钢筋、钢铰线的试验和张拉设备的检验钢筋、钢铰线进场后，应具有出厂的产品质量检验证书和合格证，并按不同的类型、批号、厂家按规定的频率、项目进行试验。

钢筋应进行常规试验，主要为抗拉强度、冷弯性能、可焊性和塑性试验。

对于钢铰线进场时应具有厂家的质量保证书，同时要有国家建筑钢材质量监督检验测试中心检验合格的自检报告，报告内容应包括拉力试验、松驰试验，进场后应做力学性能试验。

锚具、夹具试验：进场时应按出厂合格证和质量证明书核查其锚固性能类型、型号、规格及数量。

其主要检测项目有：外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验。

为准确的测算钢铰线的张拉伸长量，应提前做锚具回缩量和孔道摩阻系数，具体测试方法和计算见桥梁施工技术规范。

张拉设备的校定：计划进2台100吨的千斤顶，1台27吨小千斤顶，并配备2台油泵。

注意工具锚的尺寸和千斤顶匹配。

简支变连续桥梁墩顶T梁负弯矩钢束的设计与施工经验谈[摘要]简支变连续桥梁是一种具有简支梁以及连续梁特征的桥梁结构形式。

在进行桥梁工程的施工建设过程中，随着桥梁工程的施工开展实施，施工过程中桥梁结构体系施工发生转换，造成桥梁正负弯矩区的使用配筋形式与种类比较多。

本文主要结合简支变连续桥梁墩顶T梁设计施工实例，通过进行简支变连续桥梁墩顶T梁有限元分析模型，在对于不同桥梁配筋形式以及有效预应力，对于简支变连续桥梁结构工程影响作用的分析下，确定出最佳的简支变连续桥梁墩顶T梁负弯矩钢束的设计与施工方案，并对其施工设计中的注意事项进行分析论述，以实现对于简支变连续桥梁墩顶T梁负弯矩钢束的设计与施工经验进行分析探讨。

[关键字] 简支变连续梁桥梁结构T梁负弯矩在公路桥梁的施工建设过程中，由于桥梁工程的施工与设计原因，造成公路桥梁工程安全质量问题发生的例子有很多。

以我国的公路桥梁工程施工建设与发展为例，随着我国高速公路事业的快速发展，以及公路桥梁施工工程项目数量、规模的越来越多，在公路桥梁工程建设中由于施工设计原因造成的问题也越来越多，比如公路桥梁工程的伸缩缝破坏问题、公路桥梁桥面开裂等，都是公路桥梁施工中存在的比较突出的问题，对于公路桥梁工程的安全与质量都存在着很大的不利影响和作用。

针对上述公路桥梁中存在的问题以及主要原因，在进行公路桥梁工程建设中，应注意从桥梁工程的施工与设计上进行控制和避免，简支变连续桥梁墩顶T梁负弯筋钢束的施工与设计，也是如此。

本文就主要结合简支变连续桥梁墩顶T梁施工设计工程实例，通过建模分析的方法，对于T梁负弯矩钢束的施工与设计经验进行分析论述。

1 简支变连续梁结构特征与应用分析简支变连续梁桥梁结构形式，是一种具有简支梁与连续梁桥梁结构形式共同特征的桥梁形式。

随着我国高速公路事业的不断快速发展以及公路桥梁工程建设数量规模的不断增加，简支变连续梁桥梁结构形式在公路桥梁建设中的应用也越来越多。

预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法一、前言在桥梁的建设工程中，为了提高工程质量和施工效率，预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法被广泛应用。

这一工法具有许多特点和优势，适用于各种不同的工程项目。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析，并提供一个工程实例。

二、工法特点预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法的主要特点如下：1. 简单高效：该工法采用预制小箱梁，并通过简支变连续的技术手段将其连接成连续体系。

相比于传统的现浇箱梁工法，该工法施工简单，高效快速。

2. 资源节约：预制小箱梁可以在工厂制作，可以充分利用工厂的生产线进行统一生产，从而节约了施工现场的资源和人力成本。

3. 施工质量高：预制小箱梁具有较好的几何形状和尺寸控制，能够确保施工质量的稳定性和一致性。

4. 施工周期短：预制小箱梁的现场安装和拼装相对简单，可以大大缩短施工周期，提高工程的建设速度。

三、适应范围预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法适用于以下情况：1. 中小跨径桥梁：该工法适用于中小跨度的桥梁建设，可以满足不同尺寸和形状的桥梁需求。

2. 路面条件较好的地区：由于预制小箱梁需要运输和安装，对路面条件有一定要求，适用于路面条件较为良好的地区。

3. 需要快速施工的工程项目：由于预制小箱梁的制作工期较短，适用于需要快速完成的工程项目。

四、工艺原理预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法的工艺原理是通过连接中间的简支支座，将预制小箱梁转换为连续体系，从而提高桥梁的承载能力和稳定性。

该工法具体的施工工艺包括以下几个阶段：1. 钢架支撑：在桥梁的两侧安装钢架用于支撑预制小箱梁。

2. 预制小箱梁安装：将预制小箱梁分段安装在钢架上。

3. 简支转换：在预制小箱梁的中间部分安装简支支座。

4. 连续体系连接：通过连接简支支座，将各段预制小箱梁连接成连续体系。

预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法是一种常用于桥梁工程的施工方法。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。

一、前言预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法是在桥梁建设中广泛采用的一种方法。

它能够提高施工效率、降低工程风险并保证质量，因此备受建设单位和施工方的青睐。

二、工法特点该工法的特点包括：加工制造周期短、施工速度快、工程量大、质量可控、施工难度低、适应性广等。

这些特点使得该工法成为一种高效可行的施工方法。

三、适应范围预制小箱梁简支变连续体系转换施工工法适用于各类桥梁工程，特别是用于跨越河流、高速公路、城市道路等需要大跨度梁的工程项目。

四、工艺原理该工法的工艺原理是基于预制构件和现场施工的结合。

通过制作预制小箱梁，使得原先的简支体系变为连续体系。

这种变换可以提高桥梁的承载能力和稳定性。

五、施工工艺施工工艺包括以下几个阶段的详细描述：基础准备、浇筑支座、预制箱梁安装、悬臂浇筑、钢筋安装、混凝土浇筑、张拉和锚固等。

每个阶段都需要严格按照规范和要求进行施工。

六、劳动组织劳动组织是保证施工工期和质量的关键。

通过合理安排工人的工作、确保施工进程的顺利进行，可以提高工程的效率和质量。

七、机具设备该工法所需的机具设备包括：吊车、起重机、混凝土泵车、钢筋剪断机、张拉设备等。

这些设备的特点、性能和使用方法都需要熟悉和掌握。

八、质量控制质量控制是保证施工工程质量的重要环节。

通过制定详细的质量控制措施，严格按照规范和要求进行验收和检测，可以确保施工过程中的质量达到设计要求。

九、安全措施在施工过程中需要特别注意的安全事项包括：工地防护、施工现场管控、机具设备操作人员的安全等。

合理的安全措施能够有效降低施工中的危险因素，并确保施工人员的安全。

十、经济技术分析通过对该工法的施工周期、施工成本和使用寿命进行分析，可以对该工法的经济效益进行评估和比较，并为实际工程提供参考和决策依据。

17热点聚焦匱NO.07 2020智能城市 INTELLIGENT CITY多跨连续刚构桥梁施工阶段仿真分析周永胜吴培元（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000 ）摘要：多跨连续刚构桥是一种结构合理的新型桥式，它能使材料充分发挥各自的特长，但多跨连续刚构桥的施工却是一项比较困难的任务，施工阶段仿真分析显得尤为重要。

以连续刚构桥为例进行仿真计算，详细描述有限元结构 模型的单元、结点布置，施工阶段划分，采用参数的选取过程，计算了典型施工阶段（施工过程最大悬臂状态、成桥状态二期恒载上桥、成桥状态运营）大桥的弯矩、剪力、轴力和各截面上、下缘应力（包括预应力初内力），通过典型施工 阶段的内力分析，得出整个施工阶段主梁截面应力均在正常范围之内，全桥最大压应力满足要求，验证了大桥施工的可 行性，为施工控制提供理论依据。

关键词：连续-钢构组合桥;仿真分析;单元结点布置；有限元结构模型多跨连续刚构桥，结构合理、中跨度桥梁中应用比较 广泛，能够将组成材料的特长充分发挥巾。

但施工比较困难,会因为实际情况的而不同，而造成结构体系的各类响应值 与预期目标值出现差别叫如美国P-K 桥在合拢时有17 cm的误差、法国的Brotone 桥重压法才得以合拢冏。

这样美观 性和舒适性会很受影响，受力性能降低，并影响建筑物的 使用寿命。

在连续钢构桥施工过程中，要进行必要的施工控制。

关于这方面的研究很多，也取得了一定研究成果，如陈洪 林对山区大跨度连续钢构桥进行方案优化閑，陈志伟等研 究了地震行波对于连续刚构桥的损伤影响问，唐利科等通过现场荷载试验研究内力状态和变形情况叫李松对于连 续钢构桥和合拢前预顶力确定提出新方法巾。

连续一刚构 组合桥梁的构造比较复杂，分析力学性能比较麻烦，施工的难度较大，施工阶段对于施工把控非常严格，通过合理的施工控制使得桥梁建成后能与理论计算值相符，施工阶段的仿真分析也显得尤为重要叫9]-本文进行桥梁 施工阶段仿真分析，计算桥梁是克其克苏布台特大桥,计算出弯矩、剪力、轴力、应力的最大值，验证桥梁的 安全性能。

连续箱梁桥悬浇施工阶段仿真分析与控制技术摘要：通过对一连续箱梁桥悬臂浇筑施工法的实桥案例进行施工阶段的仿真分析，在施工过程中监测桥梁的线形、应力和温度影响，不断修正计算模型中的相应参数，并重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行工程控制。

关键词：连续箱梁；悬臂施工法；仿真分析；施工控制Abstract: The simulation analysis of construction phase is conducted on the a bridge case of cantilever casting construction mean on the continuous box girder. The analysis including: monitoring the bridge linear, stress and temperature influence in the construction process, constantly revising the corresponding parameters in the calculation model, recalculating the the ideal states of various construction phase, and controlling the structure according to the feedback control methods.Keywords: continuous box girder; cantilever construction means; simulation analysis; construction control0引言预应力混凝土连续梁桥结构采用悬臂浇筑的分段施工方法，要经历一个长期而又复杂的施工过程以及结构体系转换的过程。

随着施工阶段的推进，桥梁结构形式、支承约束条件、荷载作用方式等都在不断地变化。

预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法一、前言预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法是一种常用的桥梁施工工艺，通过使用预制箱梁，能够提高施工效率和质量，并减少对交通的影响。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及一个实际的工程实例。

二、工法特点预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法具有以下特点：1. 施工工期短：预制小箱梁可以在工地外预制完成，减少现场施工时间，大大缩短了施工周期。

2. 施工质量高：预制小箱梁可以在标准化的生产环境下进行制作，质量可控、工艺稳定，各项指标达到设计要求。

3. 对交通影响小：预制小箱梁通过模块化建造，减少了现场施工对交通的影响，可以快速恢复交通通行。

4. 成本控制好：预制小箱梁的标准化生产降低了成本，同时由于施工周期短，减少了劳动力和设备的使用时间，从而降低了总体成本。

三、适应范围预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法适用于以下范围：1. 桥梁跨度小：适用于跨度小于30米的桥梁工程。

2. 桥梁要求快速修复和通行能力：对需要尽快恢复通行的桥梁，这种工法可以大大缩短施工周期，快速恢复交通通行。

3. 对施工期限要求较紧迫的项目：由于预制小箱梁可以在工地外预制，可以大大减少现场施工时间，适用于工期紧迫的项目。

四、工艺原理预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法是基于以下工艺原理：1. 采用预制小箱梁：预制小箱梁可以在工地外预制完成，质量稳定可控，减少现场施工时间。

2.简支变连续：采用简支变连续的施工方式，将多个简支小箱梁连接起来，形成连续支座。

3. 隐盖梁支架：在施工过程中，采用暗拱梁支架进行支撑，确保结构稳定。

五、施工工艺预制小箱梁简支变连续隐盖梁支架施工工法的具体施工工艺如下：1. 施工准备：确定施工方案、取得施工许可证、组织人员和机具设备，搭建施工场地。

2. 预制小箱梁：在工地外进行预制小箱梁的生产，按照设计要求进行模具制作、混凝土浇筑和养护等工序。

桥梁工程连续刚构箱梁施工探究提纲：1. 连续刚构箱梁施工方法与特点2. 连续刚构箱梁施工中的技术难点与解决方案3. 连续刚构箱梁施工中的质量控制与监测手段4. 连续刚构箱梁施工的经济效益与环境影响评估5. 连续刚构箱梁施工的案例分析与经验总结一、连续刚构箱梁施工方法与特点连续刚构箱梁是一种常见的大跨径桥梁结构，具有结构稳定性好、刚度大、构造简洁等优点，广泛应用于高速公路、城市道路等工程中。

其施工方法分为工地拼装预制箱梁和整体浇筑的模板钢筋混凝土箱梁两种。

两种方法都具有施工周期短、质量易控等优点，但整体浇筑的模板钢筋混凝土箱梁施工难度更大，需要预处理好大量的混凝土型材和加固钢筋等。

二、连续刚构箱梁施工中的技术难点与解决方案整体浇筑的模板钢筋混凝土箱梁施工难度大，技术难点主要有模板制作、钢筋加工、混凝土浇筑、焊接等问题。

模板制作需要考虑箱梁尺寸、偏差控制、模板拼接等方面，钢筋加工需要考虑箱梁内部的复杂结构和钢筋加工的精度要求，混凝土浇筑需要考虑浇筑顺序、浇筑速度、养护等。

针对这些问题，可采取一些解决方案，例如采用自动化设备对模板进行裁剪和加工、采用数字化控制技术进行钢筋加工、采用流水线作业方式组织混凝土浇筑过程等。

三、连续刚构箱梁施工中的质量控制与监测手段在连续刚构箱梁施工过程中，需要进行严格的质量控制，以保证施工质量。

主要从以下几个方面进行控制：混凝土强度检测、钢筋拉力监测、模板测量、箱梁拼接测量、梁体挠度监测等。

其中，混凝土强度检测是关键环节，可采用钢筋计算法、小型实体测定法等方法进行，保证混凝土的强度符合设计要求。

钢筋拉力监测通过对钢筋进行伸长测量，可以判断钢筋是否满足设计要求。

模板测量和箱梁拼接测量是为了保证模板和拼缝大小符合设计要求。

梁体挠度监测可以通过施工过程中悬挂传感器等方式进行。

四、连续刚构箱梁施工的经济效益与环境影响评估连续刚构箱梁相较于传统桥梁结构，具有施工周期短、施工难度小、施工质量稳定等优点，从而使整体工程的经济效益得到提高。

刚构-连续箱梁悬浇法施工阶段挠度分析与控制前言刚构-连续箱梁悬浇法，在桥梁工程中应用广泛，其采用的连续箱梁结构具有结构简单、进度快、质量稳定等优点。

但是在施工过程中，由于连续混凝土浇筑的影响，在浇筑、养护、收缩阶段，连续箱梁容易出现挠度问题。

如果挠度过大会导致结构失稳，安全性受到威胁。

因此，对于施工阶段的挠度控制至关重要。

理论基础刚构-连续箱梁悬浇法基本原理刚构-连续箱梁悬浇法是指在桥梁两端设置垂直于桥梁轴线的刚性支撑，将桥梁划分为若干连续梁段，各连续梁段之间通过钢筋混凝土墩体互相支撑，每段梁的长度以及连续段的数量要根据实际情况进行设计。

悬浇法挠度分析在连续浇筑过程中，混凝土还未充分硬化，力学特性发生较大变化，因此桥梁结构会出现不同程度的挠度。

由于连续梁中每一段的长度都较长，因此连续混凝土浇筑的影响更为明显。

悬浇法挠度主要由以下几个方面的因素所影响：1.混凝土的收缩和固结；2.桥梁本构关系的变化；3.施工环境的变化。

悬浇法挠度控制为了控制悬浇法的挠度，需要进行有效地施工措施和设计，以保证悬浇法施工的质量。

常见的挠度控制措施包括：1.在桥墩上加装临时支撑；2.箱梁底板的浇注施工；3.合理的胶合处设计。

悬浇法挠度分析及控制方法悬浇法挠度分析由于刚构-连续箱梁悬浇法在施工过程中易出现挠度问题，因此需要对其挠度特性进行分析。

1.分析垂直于车道方向的挠度悬浇法下，连续箱梁的最大挠度一般出现在侧向风荷载作用下。

这时，车道方向的挠度较小，垂直于车道方向的挠度较大。

2.分析胶合处的挠度在箱梁的胶合处出现挠度，主要原因是胶合处本身呈现一个“壁板-剪力墙”型的剪力承载系统。

由于施工过程中浇筑混凝土对构件抽拉的影响，存在大约0.15mm的挠度量级。

悬浇法挠度控制为了控制悬浇法的挠度，我们需要采用以下措施：1.临时支架的施工在施工过程中，我们通常会设置临时支架来支撑连续箱梁。

这可以缓解连续梁的长度，在施工过程中减小施工过程中混凝土的浇筑量。

第37卷第3期2004年6月武汉大学学报(工学版)Engineering Journal of Wuhan University Vol.37No.3J une 2004收稿日期:2003209226作者简介:杜　斌(19732),男,湖北黄陂人,硕士研究生,主要从事桩基及地基处理等方面的研究.文章编号:167128844(2004)032073206简支转连续预应力桥梁的仿真杜　斌,聂向珍(武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉　430072)摘要:介绍了利用大型有限元软件Ansys ,对简支转连续的预应力桥梁上部结构进行三维仿真计算与分析的一种有效方法,并以某大型公路桥梁工程为例,结合其实际施工过程及使用工况,分阶段地对预应力桥梁进行了仿真计算,列出了部分的计算结果并作了简要分析.为同类桥梁的仿真分析提供技术参考.关键词:简支转连续;预应力桥梁;仿真计算;Ansys中图分类号:TU 378 文献标识码:ASimulation of prestressed bridge transformedfrom simple 2supported system into continuous systemDU Bin ,N IE Xiang 2zhen(School of Civil and Architectural Engineering ,Wuhan University ,Wuhan 430072,China )Abstract :A simulation method of three dimensional structure of prestressed bridge upper structure is introduced by using the three dimensional finite element analysis program Ansys.As an example ,the simulative processes of a prestressed concrete bridge ,which was trans formed from sim ple -supported systems into continuous system ,were presented according to its real constructing courses and using status.For the reference to the simulative analysis of the same kind of bridges ,partial results of the example are introduced as well.K ey w ords :transformed from simple 2supported system into continuous system ;prestressed bridge ;simulative calculation ;Ansys 目前,在桥梁建设工程中,预应力混凝土连续桥梁以其自重轻,结构受力性能好,行车舒适,造型简洁美观,养护工程量小等优点被广泛应用.简支转连续作为目前预应力混凝土连续梁桥使用较多的一种施工方法,其主要特点是施工快捷、质量可靠,实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化.施工时,一般先架设预制的主梁,形成简支梁状态,进而再将主梁在墩顶连成整体,最终形成连续梁体系.这种转连续结构,既具有简支梁的施工快捷,又具有连续梁的整体性强的结构优势.桥梁结构的仿真计算近年来得到了快速的发展.作为有限元分析的一种手段,仿真技术在桥梁结构的设计和计算中越来越体现出其快速精准的优势.对于荷载和桥梁体系均会在施工过程中发生转变的简支转连续桥梁,用仿真分析的方法进行计算,这种优势无疑就更为明显.本文结合某大桥的工程实例,介绍如何利用有限元分析软件Ansys ,对简支转连续桥梁的整个施工过程和使用阶段进行三维仿真计算,并介绍了工程实例的部分计算结果.1　桥梁结构的仿真分析1.1　几何模型的建立几何模型是三维仿真计算的基础,模型的建立直接关系到计算结果的正确性和精度,也关系到计算资源的利用效率.所以,在建立几何模型时,需要在保证计算结果正确的前提下,权衡结果质量与计算资源利用两者之间的关系,建立适当的几何模型.1.1.1　几何模型的建立方法Ansys程序能够与许多程序进行直接的数据交换,与一些CAD程序也有直接的接口,这些CAD程序,如AutoCAD、Pro/EN GIN EER等都可以作为建立几何模型的工具.当然,利用Ansys本身提供的建模模块也可方便地建立各种复杂的几何模型.利用Ansys建模的过程应遵循以下要点:(1)确定分析目标,决定模型采取什么样的基本形式,选择合适的单元类型,并考虑如何能建立合适的网格密度;(2)进入前处理开始建立模型,多数情况下,将利用实体建模创建模型;(3)利用合适的工作平面,通过几何元素和布尔操作生成基本的几何形状,逐渐划分网格形成最终的几何模型;(4)定义单元类型、实常数、材料属性等,并将单元属性表赋予相应的单元;(5)适当处理模型的边界条件,包括荷载条件,并选择恰当的方式施加到几何模型上.以上的要点并不一定有严格的顺序.但需指出的是,建立模型的每个步骤最好能兼顾整个建模的过程乃至整个计算的过程.1.1.2　预应力效应的模拟预应力混凝土桥梁在施工和使用的过程中,预应力无疑可以看成是主要的荷载之一.等效荷载法是一种桥梁设计和计算中较为常用的模拟预应力效应的方法.它是通过分析预应力筋脱离体的内力平衡,得到预加力对结构的等效荷载,即用一组集中力、力矩或分布荷载外力来等效地代替预应力效应[1].索模型温降法是另一种模拟预应力筋对混凝土作用的方法.它通过对模拟预应力筋的索模型单元实施温降来达到施加预应力的目的.计算温降值是利用温度产生的线应变与轴力产生的线应变相等的原则建立的,即:Δt=NαEA 式中:Δt为需施加的温降值;A为预应力筋的截面面积;α为预应力筋的线膨胀系数;E为预应力筋的弹性模量.这两种预应力的等效方法均可方便的应用于Ansys,经试验验证也都是可行的.1.1.3　活载的最不利布置在三维仿真计算中,只有按照桥面各点的应力影响面才能准确地确定活载的最不利位置,然而,在三维有限元模型上确定影响面是极为繁琐的,为了简化起见,一般应用梁理论分别在横向和纵向进行最不利布载,即将空间问题合理地转化为平面问题,也就是将影响面双值函数η(x,y)近似地分解为主梁荷载横向分布影响线η1(x)和沿纵向的内力影响线η2(y)的乘积[2].在具体的计算中,荷载的横向分布影响线和纵向分布影响线可以通过专门的程序来进行计算,最终确定横向最不利的梁位和纵向活载的最不利分布.1.1.4　换算模量在仿真分析中,把钢筋混凝土视为均质材料是比较方便可行的,为了考虑钢筋对混凝土弹模的影响,可将混凝土和钢筋的弹性模量进行综合处理,得到等效后的弹性模量:E cs=(1-η)E c+ηE s式中:E cs为钢筋混凝土的等效弹性模量;E c为混凝土的弹性模量;E s为钢筋的弹性模量;η为钢筋混凝土的配筋率,η小于2%时可不考虑钢筋对混凝土弹模的影响[3].1.1.5　混凝土收缩和徐变的影响混凝土收缩的影响力,可等效为相应的温度降低来考虑.对装配式钢筋混凝土结构的收缩影响力相当于降温5～10℃.混凝土的徐变是依赖于荷载且与时间有关的一种非弹性性质的变形.一般来说,徐变变形比瞬时弹性变形要大1～3倍,所以在计算变形时应予以适当考虑.徐变变形在仿真计算分析中,可用弹性模量的降低来考虑混凝土徐变的影响,也就是用有效弹性模量来进行弹性分析.有效模量法是一种近似的计算方法,该理论将徐变归入弹性变形,即将徐变问题化为相当的弹性问题来处理.有效弹性模量是应力与总应变之比:47武汉大学学报(工学版)2004E c (τ)=σ(τ)ε(τ)=σ(τ)σ(τ)・C (t ,τ)+σ(τ)/E (τ)=E (τ)1+C (t ,τ)・E (τ)=E (τ)1+Φ(t ,τ)式中:E (τ)为加载龄期τ时的弹性模量;C (t ,τ)为单位应力作用下的徐变;Φ(t ,τ)为徐变系数.所以,根据桥梁规范,考虑徐变的最终竖向位移可以按下式计算:f max =f h ×(1+Φ(t ∞,τ))+f p 式中:f h 为长期荷载作用下的竖向位移;f p 为短期荷载作用下的竖向位移.1.1.6　温度的影响温度影响包括年温差影响与局部温差影响.一般地,年温差对无水平约束的连续梁桥来说,只引起结构的均匀收缩,并不产生温度影响力,故不予考虑.局部温差中水化热影响较为复杂,且在施工中可采用温度控制予以调节,因此桥梁温度应力计算一般不考虑此项,而只考虑日照产生结构的温度场.图1　温度梯度图我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》中规定:混凝土T 形截面连续梁因日照引起桥面板与其他部分的温度差,在缺乏实测资料时,可假定温度差+5℃,并在桥面板内均匀分布.如图1所示.1.1.7　有效预应力的计算利用有限元模型进行桥梁结构分析,必须确定各阶段预应力损失的大小,从锚下预应力中扣除相应的预应力损失即可得出需施加的有效预应力的大小.后张法施工的预应力构件,在计算构件的应力和确定力筋的有效预应力时,应根据桥梁规范的规定考虑预应力损失.值得注意的是,各类预应力损失并不是同时出现的,预应力的损失值还应按受力阶段进行组合.1.1.8　结构体系的转换用Ansys 建立计算模型时,整个几何模型是一次性建完的,模拟T 梁的简支状态,需通过Ansys 的生死功能“杀死”梁端间的二期混凝土单元来实现.与任何“活”单元都无联系的结点可以“飘动”,为了减少求解的方程数和避免病态条件,还要将“死”自由度约束住.在有限元模型上实现桥梁结构的连续时,则首先需激活在前面阶段被“杀死”的梁端间二期混凝土单元,然后施加二期预应力等效荷载,最后删除相应的“死”自由度上的约束.1.2　有限元计算对于先简支后连续的预应力混凝土桥梁,计算的过程应包括多个施工阶段和使用阶段的计算.利用Ansys 进行计算时,用时间步的技术来处理这样的多步计算是比较方便的.根据实际的施工过程以及规范的规定,在每一计算工况施加相应的荷载后求解,即可得到相应的各种计算结果.2　桥梁结构仿真分析实例[4]2.1　工程概况某公路桥按部分预应力混凝土进行设计,采用先简支后连续的方法施工.整个桥梁分左右两幅,两幅桥没有结构上的联系,每幅桥共有11跨,每跨50m ,桥墩10个,桥梁两端各设一座桥台.桥梁通过大吨位盆式支座支承于各桥墩及桥台上,在第4号及第7号桥墩的梁端间采用型钢伸缩缝,其余各墩墩顶预留了一定间隔,以便以后现浇混凝土将简支结构转换为连续结构.每跨桥梁均由6片T 梁组成,T 梁翼缘宽2.12m.每片T 梁通过焊接翼缘预留的钢筋和7对横隔板形成横向联系,以保证结构的整体性和良好的主梁荷载横向分配,桥体混凝土及一期预应力筋的相关材料参数详见表1.2.2　桥梁的三维有限元模型由于整个桥梁由第4号桥墩及第7号桥墩上的梁端间的伸缩缝分为三个连续桥梁段,计算时取第7号桥墩和一侧桥台之间一联共四跨的连续梁桥来进行施工仿真计算和分析,并将桥墩(桥台)及上面的盆式支座对主梁的作用简化为铰支座的作用.57　第3期杜　斌等:简支转连续预应力桥梁的仿真表1　混凝土及钢材的力学参数50号混凝土30号混凝土预应力钢绞线钢筋(Ⅰ级/Ⅱ级)弹模E /MPa3.50×1043.00×1041.9×1052.1×105抗压标准强度/MPa 35.021.0　240/340抗拉标准强度/MPa 3.0 2.11860240/340容重γ/kN ・m -325.0025.0078.0078.00泊松比μ0.1670.1670.300.30线膨胀系数/℃-11.0×10-51.0×10-51.20×10-51.20×10-5 连续梁桥的有限元计算模型包括4跨共24片预应力T 梁(一期混凝土)及梁端间的二期混凝土单元.一跨6片T 梁的三维模型见图2,T 梁在翼缘和横隔板处直接固结.有限元网格模型中的三维块体单元采用Ansys 中的8节点单元(solid45),一联4跨共有单元26534个,节点47345个;其中用于模拟二期混凝土的“生死”单元918个.图2　6片T 梁组成的一跨梁2.3　仿真计算与分析整个仿真计算根据实际情况可分为三个施工阶段和最后的使用阶段.在第二施工阶段完成桥梁结构体系的转换.2.3.1　第一施工阶段第一施工阶段是把张拉了一期预应力的预制T 梁吊装到桥墩及桥台上,此时T 梁呈简支状态.有限元计算模型为4跨分别独立的简支梁,每跨梁梁端设临时铰支座约束.模拟第一阶段T 梁的简支状态时,需“杀死”梁端间的二期混凝土单元,并将“死”自由度约束住.考虑到索模型法要求有限元模型规模较大,网格较密,计算时选用等效荷载法对预应力效应进行模拟.由于T 梁在张拉预应力后要经过一段时间后才吊装,预应力损失已完成绝大部分.为了计算方便,本阶段施加的有效预应力考虑了全部损失.估算的平均预应力损失为23%.2.3.2　第二施工阶段第二施工阶段是简支转连续的阶段,该大桥通过在主梁端部布设短预应力钢束,并在梁端之间浇筑二期混凝土来实现连续.在有限元模型上实现桥梁结构的连续,需激活在第一阶段被“杀死”的二期混凝土单元,然后施加二期预应力等效荷载,最后删除相应的“死”自由度上的约束,使之由分别独立的4跨简支梁转化为7跨连续的桥梁结构.2.3.3　第三施工阶段第三施工阶段,拆除临时支座,主梁支承到永久铰支座上,形成4跨连续梁;在桥面上浇筑防撞墩和桥面铺装层.在本阶段的仿真计算中,铺装层和防撞墩不作为受力结构,而是以适当的荷载形式作用在桥面上.另外,本阶段通过对桥梁降温8℃来等效模拟混凝土收缩的影响.67武汉大学学报(工学版)20042.3.4　使用阶段根据桥梁规范,结合本工程实例,确定如下的两种荷载组合:组合Ⅰ:结构重力+预应力+收缩影响力+汽车-超20组合Ⅱ:结构重力+预应力+收缩影响力+汽车-超20+温度影响力计算时活载只考虑汽车-超20.2.3.5　计算结果及分析限于篇幅,这里仅列出各个施工阶段及使用阶段的部分位移及应力结果,如图3～图8,其他结果可参见参考文献[4]. 综合计算结果,该大桥的应力状态无论是在施工期还是在使用阶段都是满足规范要求的.在汽车活载的作用下,桥梁的最大竖向挠度仅为2.1cm ,未超过桥梁规范规定的竖向挠度容许值.另外,在第二施工阶段,施加抵抗支座负弯矩的二期预应力来达到转连续的目的,是很有必要的.否则,桥梁在投入使用后,支座上端的二期混凝土上缘可能由于拉应力过大而产生横向裂缝.77　第3期杜　斌等:简支转连续预应力桥梁的仿真3　结　语(1)利用大型有限元计算分析软件Ansys进行预应力桥梁的三维仿真分析是可行的;(2)三维有限元仿真计算模型能够较好地模拟桥梁的整个施工过程和使用情况.预应力的施加、混凝土的分期浇筑以及结构体系的转换等,都能通过本文介绍的方法实现;(3)进行计算结果的处理,无论是对应力场还是位移场,无论是对单个施工阶段还是多个施工阶段,通过Ansys强大的后处理功能,都能取得满意的效果.Ansys给出结果的方式多样、直观而且实用,不仅能一目了然的了解结果的总体情况,而且也可方便的查询关心的局部计算结果.参考文献:[1]　范立础.预应力混凝土连续桥梁[M].北京:人民交通出版社,1985.[2]　贺拴海,谢仁物.公路桥梁荷载横向分布计算方法[M].北京:人民交通出版社,1996.[3]　靳欣华,郑凯锋,陈艾荣.斜拉与T构协作体系桥梁全桥结构仿真分析[J].桥梁建设,2002(2):19222. [4]　聂向珍.T型截面预应力连续梁桥三维有限元仿真分析研究[D].武汉:武汉大学,2003.(上接第72页)3　结　语本文通过对普通混凝土冻融破坏机理和失效准则的模糊性的分析,认为钢筋混凝土结构的冻融耐久性失效同时具有随机性和模糊性,并且考虑了抗力随时间的变化,在此基础上提出了混凝土结构冻融耐久性失效的随时模糊可靠度分析模型,并且减少了由隶属函数主观确定所带来的误差.目前隶属函数的精确确定和抗力随时间的变化规律研究尚不充分,这是今后需要进一步深入研究的课题.参考文献:[1]　李金玉,曹建国.混凝土冻融破坏机理的研究[J].水利学报,1999(1):41249.[2]　李　田,刘西拉.混凝土结构耐久性分析与设计[M].北京:科学出版社,1999.[3]　贡金鑫,赵国藩.钢筋混凝土结构考虑耐久性的可靠度研究进展[J].工业建筑,2000(11):528.[4]　贡金鑫,赵国藩.考虑抗力随时间变化的结构可靠度分析[J].建筑结构学报,1998(10):43251.[5]　Mori Y B,Ellingwood R.Time2dependent systemreliability analysis adaptive importance sampling[J].Structural Safety,1993,12(1):59273.[6]　李桂青,李秋胜.工程结构时变可靠度理论及其应用[M].北京:科学出版社,2001.87武汉大学学报(工学版)2004。

例谈桥梁结构的仿真分析预应力混凝土连续梁桥是应用广泛的桥梁结构形式之一，跨度一般在20 m～200 m之间。

由于悬臂浇筑法具有投入少、对梁体截面变化适应性好、成桥后结构整体性好等优点，现已成为跨越河流连续桥施工方法中最常见的一种施工方法[1]。

桥梁的理想几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。

如何通过对施工过程的控制，在建成时得到预先设计的应力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题[2]。

目前，第三方施工监控已成为大型桥梁解决这一难题的必不可少的措施，计算机仿真分析则是其中的必备手段。

1 工程概况海洋铁路栟茶运河特大桥主桥为40m+72m+40m预应力混凝土连续梁桥。

箱梁断面采用单箱单室直腹板断面，箱梁顶宽7m，根部梁高5.8米，跨中及边跨合拢段梁高为3.2米。

箱梁翼板悬臂长度为1.5米，底板宽4米，箱梁底板下缘按圆曲线变化，圆曲线半径R=201.723m。

全桥共分43个梁段，其中支点0号梁段长度10m；一般梁段分成3.0m、3.5m和4.0m，合龙段长2.0m，边跨直线段长3.65m，最大悬臂浇筑块962.0KN，如图1所示。

2建模本文采用国际知名的大型有限元软件Midas进行建模分析，该软件具有良好的用户界面，较强的前后处理功能，使用方便，计算结果以图形和文本两种方式输出[3]。

参照图1，每一个桥梁节段划分为一个单元，同时结合梁体几何形状变化情况共建有梁单元73个，节点74个，并根据设计图纸的要求和挂篮悬臂法的施工顺序建立了27个施工阶段。

2.1荷载参数（1）永久荷载永久荷载主要考虑结构重力和结构二期恒载。

主梁为C50混凝土，Midas程序根据混凝土等级自动换算混凝土容重以自重方式输入。

二期恒载则手工换算成均布荷载来施加。

（2）混凝土的收缩徐变按铁路桥规《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）[4]表6.3.4-3查ε∞和φ∞，用以计算混凝土收缩和徐变引起的应力损失终极值，但不用于计算混凝土徐变引起的变形和次内力；相关参数选取如下：混凝土標号强度：相对湿度：收缩开始时混凝土龄期：3日（3）预应力荷载主梁纵向预应力采用、和三种，张拉应力取，预应力长期损失由程序自动计算，其相关参数见表1所示。