许华章

（湖北交通职业技术学院， 湖北 武汉 430000）

1 工程概况

模拟建模中大桥全长312m，由(75+160+75)m波形钢腹板连续刚构组合而成，用MIDAS/Civil软件建立空间模型，波纹钢梁末端采用三向预应力钢筋混凝土的连续刚构技术，并将预制箱梁截面设置为单箱单室。顶板为12.6 m，底板为7.5 m，外凸缘板为悬垂式，臂长2.55 m。箱梁跨中梁高4.0 m（箱梁高均以箱梁中心处高度为准）。

2 波形钢腹板加工制作、运输

波形钢腹板的制作必须要按照国家规范标准和设计的实用要求层层把关，且在制作完成后还需编制指导书，保证它达到了国家规范的标准和设计的标准。

在进行涂装操作后利用保护膜对其进行保护。为防止波纹钢腹板在运输的过程中受到损伤，要利用平板车装运，且要把钢腹板卧放在车上。且在运输的过程中不采取其他措施钢腹板容易在刹车等情况下出现滑动，为解决这个问题，可以把钢腹板的下端与平板车进行焊接， 侧边同样焊接，此时底层的钢腹板便固定了， 然后用坚固的绳子把下端和上端的钢腹板绑在一起（要注意相邻钢腹板之间要设置摩擦阻力大的木头防止发生相对滑动， 且必须小于或等于5层），这时候便都得到了固定，保证了运输过程中的安全问题[1]。

3 建模分析波形钢腹板连续钢构桥重难点以及施工过程仿真计算、结构安全验算

3.1 波形钢腹板连续钢构重难点分析

首先，分析桥梁结构应力与线性控制。在整个工程施工过程中，梁桥的一些荷载，例如自作用力，工程施工荷载，预应力钢筋等，会逐渐增加。每个工程施工环节都可能伴随塑性变形，初始条件的调整和预应力变化。都可以使用MIDAS / Civil软件创建桥梁施工模型，对整个施工过程进行仿真计算，并进行结构安全检查。在明确工程建设计划的前提下，如何分析各工程建设环节的承载力特征和变形，以及完成的桥梁结构是桥梁工程建设的重中之重。在项目建设期间，有必要对波形钢梁末端的现场应力进行详细检测。在载荷测试过程中，使用高精度且可靠的系统软件对波形钢梁端部进行应力测试。应变力测量点沿高度方向排列。多个测量点以长宽比排列，并根据评估结果验证了设计概述的准确性[2]。

波形钢梁端悬臂的安装受设计方案的横坡度，斜率，生产加工误差以及混凝土悬臂浇筑全过程中施工桁架变形的影响，其线性精度控制难度系数较大。

其次，波形钢腹板桥梁体外束有效索力影响。形钢梁端部公路桥梁在公路桥梁主体外部受到合理的缆索力的损害。波纹钢腹板PC桁架梁和刚性框架桥是体外束和体内束相结合的结构。由于梁端使用波纹钢梁端，因此结构中没有梁端梁，并且现浇板坯梁增加太多。可能会在基板上产生拉应力。进行身体外部束的检测可以知道增加身体外部束的有效性[4]。

再次，波形钢腹板桥梁顶底板混凝土收缩徐变的影响。与混凝土腹板连续刚构桥相比，波形钢腹板连续刚构桥的优点突出。波形钢腹板是一体结构，顶底板混凝土和波形钢腹板徐变特性有别于传统混凝土腹板，徐变作用下跨中挠度、应力和波形钢腹板应力随时间的变化均是控制的难点。

3.2 建模中主要施工方案与施工控制

模型中，主桥预制箱梁采用波形钢梁端部预应力钢筋混凝土箱形连续刚构，浇注底板混凝土；安装顶板钢筋，浇注顶板混凝土；主桥合拢分为现浇边跨和合龙中跨两个阶段。主桥主梁边跨采用固定支架浇铸。首先，将混凝土浇注在平行线段上，预应力侧跨过顶部和底部板束，最后将中跨封闭。必须准确测量施工现场，以控制所有施工质量。计算方法主要有无应力法，反向拆卸测量算法和正装测量算法。

无应力状态法：这是一种确定桥梁施工全过程的内在动力和线性的方法。它确定结构在施工过程中的无应力结构的长度，并且无应力折射率在整个施工过程中不会作为迭代更新标准发生变化进行计算。这种计算方法优势在确保预制组件模块具有一定长度和折射率而没有原位应力的前提下，结构的最终内部功和偏移与结构的整个过程无关。这种方法的优点是可以合理地减少一些可变因素的危害，例如环境危害和临时工程施工负荷，尤其是可以纳入超大跨度桥梁的工程施工控制要求中[4]。该实验模型采用正装测量算法来阐明桥梁建造过程的理想化。正装测量算法基于桥梁工程建设和安装的顺序，以及分阶段子过程数值模拟结构具体生成的全过程，以确定各环节的内力状态和线性。在进行结构设计之前，有必要制定详细的工程施工图，并按照工程施工的顺序进行结构特征的设计；在结构分析之初，确定结构最初实际状态；前一环节的结构偏差是该环节清晰的结构中心线。前一环节的结构耐久性是计算该环节施工时差和原料离散系统的基础。对于混凝土收缩、徐变等时差效应在施工阶段中逐渐录入；本环节完成的时间结构承载力由该链节的载荷作用下的结构承载力与先前链节的结构应力之间的平衡确定。

3.3 计算数据分析

建模中主箱梁采用C60混凝土，主墩墩身采用C40混凝土，承台采用C30混凝土，用MIDAS/Civil软件建立空间模型，进行施工过程仿真计算、结构安全验算。混凝土力学性能指标见表1。

表1 混凝土力学性能指标

预应力钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线；钢腹板采用Q355NHD钢材；普通钢筋采用HPB300级和HRB400级钢筋；钢筋力学性能指标表见表2。

表2 预应力钢筋力学性能指标

在计算中，将永久性功能载荷分配为：第一阶段静载荷：混凝土的水灰比为26 kN / m3，不锈钢板的密度为78.5 kN / m3；第二阶段恒载：桥头平板由10厘米沥青混合料（24 kN）建造。 / m3），10 cm C40混凝土（26 kN / m3），则根据设计图计算防护围栏的净重；集料的塑性变形效果：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁和涵洞设计规范》，平均空气湿度为70%；孔隙摩擦阻力指数μ被赋予0.17的值，并且管道误差指数被取为0.0015。

可变效率负荷：选择Ⅰ级道路效率布局，并根据“高速公路工程技术标准”（JTG B01-2014）进行关键性能指标，等级和降低指标。考虑到主桥的三车道负荷，根据《公路桥梁和涵洞设计通用规范》（JTG D60-2015）（以下简称通用标准）计算冲击指数和制动系统力效率。

根据通用标准中的基本风速表分配，运行期间的风荷载为每100年一次24.5 m / s的基本风力。在施工过程中，每十年使用一次基本风力，Vsd = 18.5 m / s。

根据气候材料，按照通用标准分配全桥结构管理系统的温度和离散系统的温差；考虑到10 cm桥头的厚度，T1 = 14℃，T2 = 5.5℃，混凝土梁横截面温度差的影响符合通用标准。正温度差的0.5倍。

对于支架结构，由于支架结构的移动而引起的纵向临时施工荷载为1025.9kN；在闭合部分选择了折叠支架，并且支架的承重为512.9kN。初始条件将连接墩简单地由墩梁，主墩下的土以及主墩和承重梁之间的土支撑。为桥梁建造的整个过程创建一个有限元分析实体模型，如图3所示：

图3 大桥整体模型

主梁在悬臂浇筑过程中，每个梁段的线形、应力时刻发生着变化，但是对于悬臂浇筑阶段，施工监控最关心的是悬臂端部的高程、端部的转角及上下游高差，因为这些因素直接影响下一个梁段的安装，关键施工阶段主梁的位移。

施工过程中在主梁中跨合龙阶段，竖向最大位移为-0.077 m；收缩徐变10年后，中跨竖向最大位移为-0.081m，与中跨合拢时位移接近；中跨合拢时，主梁砼顶板最大拉应力为0.08 MPa，主梁砼底板最大拉应力为1.61MPa；通车十年后主梁全部处于受压状态，主梁应力与中跨合拢时主梁应力变化不大。

根据设计方提供的桥面竣工线形，由桥面铺装完成时的施工预拱度与设计提供的经验预拱度组合，计算波形钢腹板制作预拱度。制造线形预拱度最大值在2#墩小桩号侧的第18截面处，为220 mm[5]。

波形钢腹板制作预拱度由施工阶段的桥面竣工线形与设计一致所需的施工过程预拱度，与设计方按经验公式计算的预拱度（含收缩徐变和1/2汽车活载的影响）两部分构成。波形钢腹板制造线形为设计高程+制作预拱度，全桥制作预拱度线形如图7所示。

图4 大桥主梁波钢腹板制造线形预拱度