吴忠黄河大桥施工阶段计算研究

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1、吴忠黄河大桥施工阶段计算研究

2、第1在大跨度预应力混凝土梁桥施工阶段应力监测过程中实际监测所得的应变值是结构在荷载和混凝土收缩、徐变及温度荷载共同作用下的结果.要想获得结构在荷载作用下的真实应力，必须先求得结构在荷载作用下的真实应变，这就需要对实测的应变根据现有的桥梁理论进行必要的修正，然后根据实测的混凝土弹性模量，通过计算、分析才能得到最后的结果。本文以大型分析软件ALGOR为分析平台，采用实体有限元方法对吴忠黄河大桥的各施工阶段进行了理论计算分析，并结合实测结果对宽箱梁结构作了一些深入的分析研究。1有限元模型的建立吴忠黄河大桥

3、主桥采用的是箱形截面梁的结构形式，而箱梁受弯扭组合、剪力滞后以及畸变等影响，受力情况复杂，为能较准确的反映箱梁的实际受力情况，在建立有限元模型时采用适应能力较强的8节点六面体单元辅以4节点四面体单元［1］作为过渡单元，对该桥施工阶段主梁及墩身结构进行离散，进而进行结构的模拟分析计算。在进行有限元分析时，对原结构进行必要的简化是合理的，也是必须的。本文主要作了以下简化：（1）建模时只考虑各施工段的截面形状，而忽略普通构造钢筋、预应力筋孔道、预埋件等对截面的影响；同时也不考虑横隔板的作用，即建模时横隔板还没有建入；（2）只研究纵向预

4、应力筋的作用而忽略竖向预应力筋和顶板横向预应力筋的影响；（3）考虑到悬臂施工阶段整个结构体系为静定结构，地基沉陷等基础位移不会引起结构体系的内力变化，因此假设墩底支撑在刚性平面上，忽略桩土相互影响；（4）为加快计算速度，建模时对各个截面上一些小的倒角进行了取直，同时只考虑了纵向预应力筋竖弯而忽略横弯的影响，但计算管道摩阻损失时同时计入平弯、竖弯的影响；（5）加载时对同一截面上同一位置的预应力筋合并处理，即作用在一个节点上，但荷载按照预应力筋数量加倍。由于施工阶段各跨均为墩梁固结悬臂状态，因此本文进行有限元分析时，选取17号墩及其

5、两侧主梁为例。根据主梁监测截面上的测点布置情况，采用人工分网技术［2］将每一节段的每个截面划分120节点，再将相邻截面上的对应节点联线形成8节点六面体单元或4节点四面体单元。对于墩身，由于形状规则，施工阶段墩梁固结，根据墩顶1号段（0号块）底板有限元节点的布置情况，将墩身截面划分为(60个节点，采用网格自动生成功能技术划分墩身有限元单元。有限元计算模型如图3所示。2荷载工况的划分和荷载施加结合施工时间情况,每一施工阶段均包括两种计算工况，一为浇筑工况，此时浇筑节段混凝土自重由挂篮承担；二为张拉工况。需特别指出的是：浇筑混凝土与张

6、拉该段预应力筋时间间隔很短，为减少计算工况，计算时忽略浇筑混凝土施工时间，即认为浇筑本段混凝土时，前段混凝土的收缩徐变为一定值，此为计算工况一，此时刚浇筑混凝土段自重不计入；本段力筋张拉完毕时为计算工况二，考虑施工周期计算前段混凝土的收缩徐变并计入该段混凝土自重。据此，以17号墩为例，悬臂施工阶段可划分为21种荷载工况，见表1。大桥在施工过程中的主要荷载有：挂篮荷载、桥梁结构自重以及预应力荷载。每一施工阶段两种计算工况荷载具体分析如下。计算工况1：混凝土主梁悬臂浇筑阶段；此时，新浇筑梁段不受力，已浇梁段承受自重、预应力、挂篮及浇

7、筑梁段混凝土重量等荷载作用。新浇梁段自重按集中力形式均匀施加到新旧梁段分界面的节点上.计算工况2：预应力张拉锚固阶段。此时，新浇筑梁段和整个主梁一起共同承受自重、预应力以及挂篮自重的作用。每种计算工况下，挂篮荷载均沿横桥向简化为4个集中力模式施加到主梁相应节点上；已浇梁段自重通过在程序中设置主梁的材料性质并将自重系数（pressure）设为1来自动加载完成；预应力荷载按照等效荷载［3］的形式施加。需特别指明的是，在预应力损失计算中，除混凝土收缩引起的预应力损失外，其他各项损失的计算均按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范

8、》（JTJO23-85）规定的经验公式［4］进行，此处不再赘述。由混凝土收缩引起的预应力损失的计算时根据现场模型试验实测数据拟合的曲线（图4）计算得到的.即