高運(yùn)行　李麗芬　劉澤雄

摘 要：懸臂結(jié)構(gòu)施工工藝已經(jīng)普遍應(yīng)用于現(xiàn)代橋梁施工過程中，結(jié)構(gòu)受力及線形控制已成為施工過程中的主要控制內(nèi)容。為了更方便、準(zhǔn)確計(jì)算橋梁施工過程中的受力狀態(tài)以及線形變化情況，需要借助軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和分析。Midas/Civil軟件在理論背景基礎(chǔ)上，經(jīng)過長(zhǎng)期與工程實(shí)踐磨合，現(xiàn)在已經(jīng)成了施工控制的重要計(jì)算軟件。

關(guān)鍵詞：懸臂施工 Midas/Civil 軟件計(jì)算

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（c）-0030-02

1 Midas/Civil分析的背景與意義

（1）中國(guó)橋梁的發(fā)展。橋梁是道路的重要組成部分，也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在交通發(fā)展中起著非常重要的作用。無論是在地形、地貌、水文條件復(fù)雜的西部地區(qū)，還是在城市橋梁建設(shè)過程中，懸臂澆筑工藝都能很好解決施工場(chǎng)地限制和交通堵塞問題。近30年出版的《中國(guó)橋梁》全面展示了這一時(shí)期中國(guó)橋梁建設(shè)的巨大成就[1]。懸臂施工工藝始于20世紀(jì)60年代的德國(guó)，發(fā)展至今已成為修建大中跨徑橋梁的一種極為有效的施工手段。懸臂施工工藝因其良好的連續(xù)性和便捷性，而且不阻礙交通，非常適合我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)交通的要求。我國(guó)自80年代引進(jìn)懸臂澆筑施工工藝以來，已經(jīng)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了巨大的成就，并且無論在建設(shè)規(guī)模還是科技水平上，均已躋身世界先進(jìn)行列。

（2）Midas/Civil分析的意義。Midas/Civil軟件作為通用的空間有限元分析軟件和橋梁軟件的完美結(jié)合，廣泛地應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域多種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析；而且對(duì)于構(gòu)件間的連接方式也提供了節(jié)點(diǎn)彈性支承。特別是對(duì)于處理一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的連接，可以通過彈性連接、釋放梁端約束等有效地進(jìn)行模擬[2]。除了對(duì)橋梁整體受力情況進(jìn)行分析外，Midas/Civil還提供施工階段各種荷載對(duì)橋梁線形的影響，可以針對(duì)性地提前調(diào)整施工過程中的橋面高程，也可以針對(duì)性地監(jiān)測(cè)橋梁應(yīng)力變化，保證橋梁施工過程的順利進(jìn)行。

2 Midas/Civil分析的內(nèi)容

2.1 模型建立

Midas/Civil建模是基于對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)化處理。主要是包括以下幾個(gè)方面。

（1）橋梁模型。Midas/Civil對(duì)橋梁模型的建立非常方便，核心是基本參數(shù)的定義。基本參數(shù)包括：材料參數(shù)、截面參數(shù)、節(jié)點(diǎn)位置參數(shù)。材料參數(shù)主要是針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的混凝土材料來定義。節(jié)點(diǎn)的定義要考慮橋梁節(jié)段的劃分位置、橋梁支撐節(jié)點(diǎn)位置、施工過程中臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的位置，如圖1所示。

（2）添加作用。Midas/Civil中作用的添加過程是一個(gè)系統(tǒng)的體系。橋梁作用有多種，在Midas/Civil里面作用主要?jiǎng)澐譃殪o力荷載、移動(dòng)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[3]。

（3）處理施工階段。Midas/Civil建模的核心是“施工階段”，單元、作用的添加都是圍繞施工階段進(jìn)行。在進(jìn)行施工模擬分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)際施工情況對(duì)施工階段中的單元、荷載、邊界進(jìn)行激活、鈍化處理。需要特別注意的是：在進(jìn)行作用添加時(shí)，需要根據(jù)施工具體情況，將作用與其所在單元一一對(duì)應(yīng)。

2.2 模型計(jì)算

模型建立好后就是模型計(jì)算的工作，計(jì)算前要對(duì)所建立的模型進(jìn)行參數(shù)控制。當(dāng)模型不能通過計(jì)算時(shí)，還要進(jìn)行模型施工階段的全面分析。模型初步計(jì)算完成，標(biāo)志模型建立成功，但不能表示整個(gè)橋梁受力合理。最后要進(jìn)行橋梁PSC驗(yàn)算，橋梁PSC驗(yàn)算主要是對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和鋼束之間的相互作用進(jìn)行分析，所有分析結(jié)果都可通過Midas/Civil表格查看。

2.3 模型調(diào)整

在橋梁施工階段，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)Midas模型進(jìn)行施工階段、荷載等方面的調(diào)整，以便更真實(shí)模擬在荷載調(diào)整主要是對(duì)恒載進(jìn)行調(diào)整。

首先，施工階段調(diào)整。施工階段包括邊界、單元、荷載，對(duì)施工階段的調(diào)整主要是在單元添加順序以及各種荷載的添加時(shí)間。在長(zhǎng)期荷載作用下，加載初期混凝土收縮徐變?cè)鲩L(zhǎng)較快，后期變慢[4]。在規(guī)范中要求混凝土張拉齡期為7天，混凝土強(qiáng)度達(dá)到95%以上。在各種因素交互作用下，對(duì)節(jié)段荷載添加時(shí)間的嚴(yán)格控制顯得尤為重要。第二，節(jié)段重量調(diào)整?？紤]實(shí)際施工時(shí)混凝土容重及澆筑體積和鋼筋容重及所占體積，進(jìn)行每節(jié)段整體重量計(jì)算。在計(jì)算混凝土體積時(shí)，需要注意的是：由于橋梁在縱向會(huì)設(shè)置一定坡度，所以實(shí)際箱梁長(zhǎng)度要比水平長(zhǎng)度較長(zhǎng)。第三，掛籃重量調(diào)整。掛籃實(shí)際重量要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拼裝情況確定。

3 Midas/Civil建模的難點(diǎn)與展望

3.1 Midas/Civil建模難點(diǎn)

由于現(xiàn)有大跨度橋梁受力大部分由鋼束承擔(dān)，對(duì)于連續(xù)梁等大跨度結(jié)構(gòu)，鋼束數(shù)量很大，Midas/Civil軟件中的PSC分析主要也是混凝土和預(yù)應(yīng)力之間的相互作用。由于鋼束是由控制點(diǎn)組合而成，在Midas/Civil軟件里面鋼束的輸入不太方便。

3.2 Midas/Civil建模展望

由于Midas/Civil在對(duì)橋梁施工過程分析的便捷性和較高精確性，使得它越來越適用于中國(guó)市場(chǎng)。在對(duì)鋼束輸入困難方面，為了提高鋼束輸入效率，有幾種技巧可以參考：第一，懸臂澆筑箱梁采用懸臂澆筑時(shí)，不同支墩懸臂延伸的長(zhǎng)度是一樣的，利用這一特點(diǎn)，可以將某一支墩鋼束稍做修改直接復(fù)制到另一支墩；第二，在同一支墩的鋼束均是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以在輸入數(shù)據(jù)時(shí)只輸入一半即可，然后利用Midas/Civil自帶對(duì)稱功能即可將另一半鋼束輸入。經(jīng)過這兩種方式的處理，鋼束的輸入效率會(huì)有大幅度提升。中國(guó)也有學(xué)者研究CAD軟件和橋梁分析軟件的結(jié)合[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬建，孫守增，楊琦，等.中國(guó)橋梁工程學(xué)術(shù)研究綜述[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2014（5）：1-96.

[2] 張建鋒，陳燕霞，趙雅雷.Midas/Civil軟件在橋梁施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].四川水利，2012（3）：71.

[3] 姚昌榮.橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)——Midas建模[D].西南交通大學(xué)，2012.

[4] 張玉新，劉志欽，王振武，等.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.

[5] 劉經(jīng)偉.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋CAD交互式參數(shù)化布束研究[D].西南交通大學(xué)，2006.