摘要：論文結(jié)合工程實(shí)例，采用通用的橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件M}AS建立空間有限元模型，進(jìn)行施工全過(guò)程結(jié)構(gòu)受力仿真分析，仿真過(guò)程簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠。同時(shí)，得出一些對(duì)工程實(shí)際有益的結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；拱橋；施工；仿真；
　　
　　我國(guó)原是拱橋的故鄉(xiāng)，雖然最早的鋼管混凝土拱橋建造在前蘇聯(lián)，但真正發(fā)展壯大卻在中國(guó)。鋼管混凝土拱橋跨徑的增大，無(wú)疑推動(dòng)了橋梁結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的發(fā)展。本文以J大橋?yàn)楣こ瘫尘埃�針�?duì)施工過(guò)程中的荷載變化，運(yùn)用大型有限元軟件MIDAS對(duì)該拱橋的施工過(guò)程進(jìn)行了理論計(jì)算，對(duì)這座拱橋的施工全過(guò)程進(jìn)行模擬仿真。
　　1工程概況
　　本文以J大橋?yàn)橛?jì)算模型。橋跨組合為(22+28+22)米(連續(xù)梁引橋)+284米(中承式拱主橋橋面)+(6x22)米(連續(xù)梁引橋)，橋梁全長(zhǎng)501米。主孔為凈跨徑260米、矢跨比為1/4.5、拱軸系數(shù)m=1.4的中承式鋼管混凝土拱橋。采用MmAS軟件建立全橋有限元模型
　　2拱肋吊裝階段的仿真分析
　　2.1拱肋吊裝階段線形預(yù)測(cè)
　　采用纜索吊裝方法施工的拱橋，一般將拱肋分成若干節(jié)段。在拱肋吊裝施工時(shí)，按多個(gè)施工階段起吊安裝，而這些施工階段的運(yùn)輸和架設(shè)均以已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)部分作為支撐體系，這樣直到全橋完成。纜索吊裝施工方法的采用必然給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)復(fù)雜的內(nèi)力與位移變化，大跨度鋼管混凝土拱橋一般采用纜索吊裝這一施工方法。在拱肋吊裝階段，施工控制一般應(yīng)以線形控制為主，關(guān)鍵是要保證施工中拱軸線的幾何形狀符合設(shè)計(jì)要求，且確保拱橋準(zhǔn)確合攏。
　　2.2鋼管拱肋節(jié)段吊裝施工工藝
　　J大橋主拱采用斜拉扣掛懸臂拼裝方法施工，拱肋為變高等寬的鋼管混凝土析構(gòu)，肋總高4.0-6.5米，(拱頂4.0米)。弦管采用功102016毫米鋼管。腹桿有豎直腹桿和斜腹桿兩種，均采用45710毫米鋼管，平聯(lián)采用綴板連接。全橋橋面以上設(shè)6道鋼管析架橫撐，橋面以下設(shè)兩道橫撐，其主管為72012毫米鋼管。每肋分13段吊裝，每段吊重約50噸，全橋共分26個(gè)拱肋節(jié)段。根據(jù)施工實(shí)際情況，拱肋吊裝時(shí)拱腳處處理為鉸支座。拱肋拼接處的模擬可根據(jù)實(shí)際施工工藝采用剛接方法。扣索與拱肋、扣塔的連接采用鉸接。考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，本文僅給出一岸的吊裝過(guò)程。
　　根據(jù)施工的實(shí)際情況建立拱肋吊裝階段的有限元模型，對(duì)施工階段進(jìn)行劃分。在滿足施工控制要求的精度內(nèi)，施工階段應(yīng)劃分的越少越好。
　　2.3計(jì)算結(jié)果分析
　　在本文的計(jì)算中，扣索由多束15.24低松弛高強(qiáng)度鋼絞線組成，扣索張拉端設(shè)在交換梁上，每組扣索采用上下游對(duì)稱(chēng)同步張拉和調(diào)整索力的張拉方案。節(jié)段安裝以高程控制為主，各扣段扣點(diǎn)標(biāo)高的控制，應(yīng)采取預(yù)抬標(biāo)高的方式，各扣點(diǎn)控制標(biāo)高應(yīng)按設(shè)計(jì)標(biāo)高加上8個(gè)吊裝階段的累計(jì)下?lián)现岛涂珍摴芄皵n階段的預(yù)拱度值。采用有限元軟件MroAS建立拱肋吊裝階段的模型，計(jì)算各施工階段扣點(diǎn)下?lián)现蹬c扣索力，見(jiàn)表1與表2。
　　表1各施工階段扣點(diǎn)累計(jì)下?lián)现祮挝籱m表2各施工階段索力值單位:kN
　　
　　從以上計(jì)算結(jié)果可以看出:
　　（1）各吊裝階段索力計(jì)算值和扣點(diǎn)下?lián)现凳菍?duì)施工過(guò)程不同階段標(biāo)高和索力狀態(tài)的預(yù)測(cè)，它們可以作為施工控制的重要依據(jù)。
　　（2）整個(gè)吊裝過(guò)程中扣索索力值都在控制索力范圍值之內(nèi)，滿足施工的安全性要求。
　　（3）各扣索在開(kāi)始的施工階段索力變化均比較大，而在隨后的施工階段中，變化量逐漸減小。
　　3拱上荷載安裝階段的仿真分析
　　拱的變形不僅影響到結(jié)構(gòu)的受力，還影響到使用性能，因此，變形計(jì)算就顯得十分重要。變形對(duì)彎矩的影響很大。在傳統(tǒng)的壇工拱橋和鋼筋混凝土拱橋中，由于采用實(shí)體截面，材料的受拉性能又較弱，所以對(duì)拱軸線型的控制十分重視。
　　3.1 施工階段劃分
　　施工階段的計(jì)算采用大型有限元軟件MmAS進(jìn)行，全橋共劃分為3869個(gè)單元，其中析架單元184個(gè)，用來(lái)模擬吊桿，梁?jiǎn)卧?685個(gè)，分別用來(lái)模擬拱肋、綴板、斜豎腹桿、吊桿橫梁及橋面板等，橋面鋪裝及欄桿僅考慮其重力作用，將其作為均布荷載加在縱梁上。在鋼管混凝土灌注階段，將混凝土自重作為荷載作用在空鋼管拱肋上。鋼管內(nèi)混凝土灌注后28天形成剛度，此時(shí)鋼管內(nèi)的混凝土參與受力，同時(shí)考慮混凝土所貢獻(xiàn)的剛度。吊裝結(jié)束后拱腳處采用固定約束。拱上加載應(yīng)分階段進(jìn)行，遵循均衡與對(duì)稱(chēng)的加載原則。對(duì)稱(chēng)原則即以拱頂為對(duì)稱(chēng)線，橋兩半跨對(duì)稱(chēng)加載。均衡加載即沿橋跨均勻加載，不允許在一個(gè)部位過(guò)分集中加載。
　　3.2 施工過(guò)程內(nèi)力分析
　　在計(jì)算過(guò)程中，各施工階段的模型按施工信息逐階段生成。在每個(gè)施工階段中，新安裝的結(jié)構(gòu)用激活相應(yīng)的單元號(hào)來(lái)模擬，增減的支座用激活或鈍化相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的邊界條件來(lái)模擬。在有限元程序中，考慮了幾何非線性對(duì)鋼管混凝土拱橋受力及變形的影響。
　　由于各施工過(guò)程比較獨(dú)立，因此分析中給出施工過(guò)程的累計(jì)效應(yīng)。在施工過(guò)程中主拱肋上下弦截面受力不同，不少文獻(xiàn)都將其簡(jiǎn)化為一根軸線單元考慮，這樣會(huì)帶來(lái)比較大的計(jì)算模型誤差。由于拱肋上下弦之間的距離較大，為了更能真實(shí)地反映整個(gè)拱肋截面的內(nèi)力和腹桿的作用，本文將拱肋上下弦管分開(kāi)考慮。根據(jù)施工過(guò)程內(nèi)力數(shù)據(jù)繪制軸力、彎矩隨施工過(guò)程的變化上、下弦管的軸力并非都一直隨施工過(guò)程增大，拱肋的軸力在某些施工階段是變小的。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于拱橋特有的反拱現(xiàn)象所引起的。在混凝土灌注階段，軸力的變化比較明顯。
　　3.3施工過(guò)程拱肋變形分析
　　在鋼管拱肋仿真計(jì)算中，拱肋坐標(biāo)設(shè)置必須以逼近施工實(shí)際為準(zhǔn)。通常一座鋼管混凝土拱橋的坐標(biāo)有兩種設(shè)置方式:設(shè)計(jì)成橋坐標(biāo)和設(shè)計(jì)放樣坐標(biāo)。
　　由于鋼管拱肋合攏成形以后，橋梁施工控制的可調(diào)因素很少，所以空鋼管拱肋線形的確定是保證成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致的關(guān)鍵問(wèn)題。鋼管混凝土拱橋施工中拱肋的線形變化十分復(fù)雜，幾乎每時(shí)每刻都在發(fā)生變化，本文將伴隨施工工序產(chǎn)生的撓度變化計(jì)算曲線如下：
　　1/4斷面隨施工過(guò)程的進(jìn)行，撓度變化較小，撓度變化曲線比較平緩。1/2斷面在混凝土灌注階段撓度增大很快，在安裝拱上立柱及蓋梁、安裝吊桿及吊桿橫梁、安裝縱梁階段均出現(xiàn)反拱現(xiàn)象，這說(shuō)明在拱上荷載安裝階段，拱頂撓度并不是一直增大的，這是由拱式結(jié)構(gòu)的特殊受力狀態(tài)決定的。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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　　[2]朱伯芳.有限單元法原理與應(yīng)用(第二版)〔M].中國(guó)水利水電出版社，1998.
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