高運(yùn)行 李麗芬 劉澤雄

摘 要：橋梁施工監(jiān)控是一個系統(tǒng)的科學(xué)研究過程，Midas/Civil軟件是結(jié)合材料力學(xué)以及有限元技術(shù)而研發(fā)的一款實(shí)用性軟件，它可以分析橋梁施工過程中的撓度和應(yīng)力狀況，同時也可以分析橋梁正常使用階段的應(yīng)力及撓度變化情況。本文就是在Midas/Civil軟件的基礎(chǔ)上，對橋梁狀態(tài)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：Midas/Civil軟件；撓度；應(yīng)力

Midas/Civil軟件是基于材料力學(xué)、有限元等相關(guān)知識對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模并分析。經(jīng)過大量工程實(shí)踐表明，Midas/Civil軟件對橋梁的分析的可靠性、實(shí)用性非常高，對于撓度的分析精度達(dá)到85%以上[ 1 ]，也能確定結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力狀態(tài)。本論文以某在建預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)檠芯勘尘?，采用Midas/Civil軟件對橋梁進(jìn)行全過程模擬。通過軟件自帶理論知識模擬計算，進(jìn)而分析橋梁撓度及應(yīng)力變化情況，不僅指導(dǎo)橋梁設(shè)計，同時也為橋梁施工過程分析提供理論數(shù)據(jù)支持。

1 模型建立及參數(shù)控制

1.1 模型建立

使用Midas/Civil軟件建立模型非常方便，它是通過節(jié)點(diǎn)和單元建立二維結(jié)構(gòu)體系，然后通過截面的輸入建立三維結(jié)構(gòu)體系，在進(jìn)行橋梁分析時截面類型要求為PSC截面。建立模型如圖一、圖二所示。

1.2 參數(shù)控制

橋梁模型參數(shù)主要是指各種作用以及控制各種作用的參數(shù)。參數(shù)的控制是確保橋梁應(yīng)力以及線形精度的關(guān)鍵因素。

1）作用。Midas/Civil對作用的添加是一個系統(tǒng)的體系。橋梁作用有多種，在Midas/Civil里面作用主要劃分為靜力荷載、移動荷載、溫度荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、收縮徐變、支座沉降、約束、二期鋪裝、地震作用[ 2 ]。一般對施工過程的控制中不考慮風(fēng)荷載和地震作用的影響。橋梁施工過程單元、荷載、邊界等作用的施加順序及時間安排通過施工階段進(jìn)行定義。

2）控制參數(shù)。Midas/Civil中靜力荷載包括各節(jié)段重量，掛籃重量，二期鋪裝等。移動荷載包括作用在箱梁上部軌道線以及施加在橋梁上的車道荷載、車輛荷載和行人荷載。溫度荷載包括系統(tǒng)溫度的定義以及溫度梯度的定義，其中系統(tǒng)溫度初始值設(shè)置為0，代表實(shí)際合攏溫度20℃，系統(tǒng)溫度升降值根據(jù)設(shè)計大小進(jìn)行添加，溫度梯度根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行添加。預(yù)應(yīng)力荷載控制參數(shù)為預(yù)應(yīng)力鋼束類型、鋼束形狀和應(yīng)力大小三個方面。對于收縮徐變的控制參數(shù)主要是指混凝土強(qiáng)度等級以及與材料的連接方面。橋梁約束作用的控制是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行添加。橋面二期鋪裝作用以均荷載形式添加到單元上部。

3）參數(shù)調(diào)整。橋梁在施工時，施加在橋梁上的實(shí)際荷載和理論荷載有一定誤差。為了消除該誤差，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整內(nèi)容包括：掛籃重量、掛籃作用點(diǎn)、各節(jié)段重量等[ 3 ]。各節(jié)段在澆筑時混凝土澆筑方量存在誤差，同時橋梁設(shè)計時會有一定縱坡，節(jié)段傾斜導(dǎo)致長度增加等原因會造成實(shí)際重量和設(shè)計重量存在較大誤差，所以在監(jiān)控時要通過鋼筋、混凝土實(shí)際安裝重量以及各自比重、體積來對各節(jié)段重量進(jìn)行雙控。掛籃重量是考慮掛籃廠家提供的鋼結(jié)構(gòu)重量數(shù)據(jù)，同時考慮施工現(xiàn)場添加構(gòu)件或切除不必要構(gòu)件的重量。掛籃荷載全部集中在掛籃的前支腿前側(cè)0.2～0.5m位置處。

2 數(shù)據(jù)分析

Midas /Civil中PSC計算是對橋梁施工過程進(jìn)行的整體性分析，給出某節(jié)點(diǎn)位置處應(yīng)力的最大包絡(luò)值。對于全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在施工監(jiān)控過程中主要分析內(nèi)容包括：施工階段法向壓應(yīng)力驗(yàn)算，使用階段正截面抗裂驗(yàn)算，使用階段正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算。

2.1 施工階段應(yīng)力控制

橋梁應(yīng)力控制的重點(diǎn)是對整個施工過程中應(yīng)力出現(xiàn)最大值的部位（包括拉、壓應(yīng)力）進(jìn)行跟蹤控制。需要借助軟件通過PSC整體計算后查看出現(xiàn)最大值的節(jié)點(diǎn)位置以及此節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)最大值時的荷載工況。懸臂澆筑橋梁出現(xiàn)最大拉、壓應(yīng)力值的方向?yàn)榭v向，所以查看文件為“施工階段法向壓應(yīng)力”驗(yàn)算。水口水道大橋最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在模型53#單元和60#單元上，壓應(yīng)力分別為14.48MPA和13.99MPA，出現(xiàn)的位置在拆除吊架階段。在通過分析得出最大受力截面后，施工時就需要在此截面布置應(yīng)變計，以觀察此截面受力情況。

針對橋梁施工過程中的最大受力截面處的應(yīng)力控制，還需要考慮不同施工節(jié)段不同荷載工況下的實(shí)際應(yīng)力大小與理論計算值之間的比較。以水口水道大橋施工6#塊為例：在定義施工階段時，添加不同荷載時會添加子步驟，此步驟對應(yīng)于“梁單元應(yīng)力圖”界面中的“步驟”項，可以通過選擇不同步驟來查看施工此節(jié)段不同荷載工況下的應(yīng)力情況。也可以通過查看梁元應(yīng)力（PSC）中的1、2、3、4…不同位置來查看某截面不同位置應(yīng)力值。

2.2 施工階段撓度控制

針對懸臂澆筑施工技術(shù)要求特點(diǎn)，立模指令發(fā)生在移動掛籃工況之后，所以從Midas /Civil中查看施工階段撓度值是在掛籃移動工況后。同樣以水口水道大橋施工8#塊為例，從結(jié)果里面的“懸臂法預(yù)拱度”表格里面查看8#掛籃對應(yīng)的撓度數(shù)據(jù)為-4.71mm，就說明在立模時需要在原預(yù)拱度基礎(chǔ)上降低4.71mm。

Midas /Civil軟件也提供查找單個受力狀態(tài)下變形量值。在選擇懸臂法預(yù)拱度表格時，根據(jù)選擇的不同荷載即可查看此荷載作用下的撓度變化量。

3 結(jié)論

隨著懸臂施工技術(shù)的在中國的發(fā)展和推廣，對橋梁應(yīng)力和高程的監(jiān)控已經(jīng)時必不可少的環(huán)節(jié)。Midas /Civil軟件因?yàn)槠浔旧聿僮骱唵?、分析精度較高的特點(diǎn)越來越受到大眾歡迎，現(xiàn)在不僅在設(shè)計單位得到普遍推廣，在施工過程中的應(yīng)用也非常廣泛。經(jīng)過實(shí)際測量數(shù)據(jù)和Midas /Civil軟件計算得到數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以很好指導(dǎo)施工過程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡娟.Midas/Civil軟件在大跨徑橋梁懸臂施工中的應(yīng)用.

[2] 姚昌榮.橋梁工程畢業(yè)設(shè)計-Midas建模[J].西南交通大學(xué)，2012.

[3] 姚昌榮，方新躍，蔣偉平.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)力控制誤差分析.第七屆后張預(yù)應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會.