李典洵

四川北極星水利工程設(shè)計有限公司

1 引言

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋大多采用懸臂澆筑法施工。根據(jù)連續(xù)梁橋的特點，采用逐段平衡懸臂澆筑，先形成T 構(gòu)，再逐跨合龍，逐跨釋放臨時固定支座，完成體系轉(zhuǎn)換，最終形成多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。在現(xiàn)實條件下，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋各部位在施工階段以及運營階段的受力情況非常復(fù)雜，如果全部采用人工計算，既費時費力，又容易出現(xiàn)錯誤，一旦設(shè)計不符合要求，則需要進行大量的重復(fù)計算。結(jié)構(gòu)分析專用軟件的應(yīng)用在工程領(lǐng)域顯示出越來越重要的地位。

作者簡介：李典洵（1988～），男，四川綿陽人，市政工程二級建造師，從事市政工程施工建設(shè)和水土保持規(guī)劃設(shè)計，（電子信箱）363675506@qq.com。

2 懸臂澆筑施工技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)及其特點

零號塊：零號塊是體系轉(zhuǎn)換的控制塊體，位于橋梁橋墩處采用支座進行連接固定，梁體的受力經(jīng)零號塊通過支座向墩身傳遞。

橫隔板：懸臂施工的梁體大多采用箱形截面，因為箱型截面抗扭剛度較大。故一般在支點等承受扭矩較大的部位內(nèi)設(shè)置橫隔板。零號塊內(nèi)橫隔板承受荷載較大，故橫隔板的尺寸設(shè)置需綜合考慮并反復(fù)驗證。

合龍段：合龍段的施工是橋梁施工的重要環(huán)節(jié)。在合龍段施工過程中，由于溫度變化、混凝土初期收縮、后期徐變、混凝土的水化熱，以及結(jié)構(gòu)體系變化和施工荷載等因素，對尚未達到強度的合龍段混凝土?xí)a(chǎn)生破壞性影響，故合龍段的合攏施工必須使兩側(cè)梁體形變與合攏段保持協(xié)調(diào)和平衡，并能有效傳遞內(nèi)力。合龍段的長度應(yīng)結(jié)合施工技術(shù)、規(guī)范標準等綜合考慮，以減小合攏段的施工技術(shù)難度，提高合攏質(zhì)量。一般合攏段長度在1.5m～3m 范圍內(nèi)。合龍段的受力模擬應(yīng)考慮預(yù)加配重、掛籃自重、合攏段自重和施工荷載等要素。

臨時固結(jié)措施：懸臂施工時，為保證結(jié)構(gòu)幾何體系不變，需將墩梁固結(jié)，以承受不平衡彎矩。在軟件模擬過程中需要設(shè)置臨時固結(jié)，以模擬梁體在施工過程中體系轉(zhuǎn)換的全過程，提高軟件模擬受力分析的準確性。

2.2 受力特點

用懸臂施工法的施工的連續(xù)梁橋，在施工過程中經(jīng)歷了零號塊澆筑—T型雙懸臂對稱澆筑—邊跨合攏—中跨合攏的過程，合龍后形成連續(xù)梁橋。各施工階段產(chǎn)生的內(nèi)力會產(chǎn)生疊加并存在于合攏成橋后。由于合龍段較短，其產(chǎn)生的內(nèi)力一般較小，故T型雙懸臂受力狀態(tài)為主要部分。對懸臂施工連續(xù)梁橋，合龍后根部負彎矩很大，而中跨跨中恒載彎矩較小，二期恒載加上以后，根部負彎矩增大，中跨跨中承受相對較小的正彎矩。因此，截面幾何尺寸需根據(jù)以上受力分布特點，結(jié)合結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，材料本身的抗壓抗拉強度綜合考慮。

3 有限元軟件MIDAS應(yīng)用步驟

3.1 初步設(shè)計

首先根據(jù)規(guī)范結(jié)合經(jīng)驗運用CAD制圖軟件設(shè)計制作橋梁初步方案，確定梁體各個部位的基本參數(shù)，包括梁體截面形式，長、寬、高，變截面曲線參數(shù)，鋼筋材料型號、長度、直徑，施工工藝和步驟等。

3.2 建立模型

根據(jù)初步方案確定下來的基本參數(shù)，通過MIDAS 有限元軟件建立初步模型，包括分階段梁體靜態(tài)尺寸，荷載組合設(shè)置，體系轉(zhuǎn)換設(shè)置以及二期徐變。

3.3 受力驗算

模型建立成功后通過MIDAS 應(yīng)力計算，驗證梁體各個部位的受力情況是否合理，有無超過標準要求，安全冗余度是否滿足。如不滿足，則針對不滿足部位進行相應(yīng)的外觀尺寸和鋼筋參數(shù)的調(diào)整，調(diào)整完成重新進行受力驗算，如此循環(huán)以上步驟直至各項指標皆滿足規(guī)范規(guī)定和業(yè)主要求。

4 施工步驟模擬

具體施工步驟為以下幾點。

（1）橋臺、橋墩、基礎(chǔ)施工，基礎(chǔ)沉降。

（2）橋墩上0 號塊現(xiàn)澆，搭設(shè)橋墩臨時固接，安裝掛籃0，施加鋼束預(yù)應(yīng)力0。

（3）1號塊現(xiàn)澆，拆除掛籃0，激活掛籃1，施加鋼束預(yù)應(yīng)力1。

（4）2號塊現(xiàn)澆，拆除掛籃1，激活掛籃2，施加鋼束預(yù)應(yīng)力2。

（5）3號塊現(xiàn)澆，拆除掛籃2，激活掛籃3，施加鋼束預(yù)應(yīng)力3。

（6）4號塊現(xiàn)澆，拆除掛籃3，激活掛籃4，施加鋼束預(yù)應(yīng)力4。

（7）5 號塊現(xiàn)澆，搭設(shè)邊支座滿堂支架，現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段，施加鋼束預(yù)應(yīng)力5、邊跨合攏段預(yù)應(yīng)力，拆除掛籃4。

（8）邊跨合攏，現(xiàn)澆邊跨合攏段，激活中跨合攏段掛籃，施加中跨合攏段預(yù)應(yīng)力，拆除邊支座滿堂支架。

（9）中跨合攏，拆除中跨合攏段掛籃，拆除中墩臨時固接。

（10）二期徐變。

0號塊施工：

1號塊施工：

2號塊施工：

3號塊施工：

4號塊施工：

5號塊施工及邊跨現(xiàn)澆：

邊跨合攏：

中跨合攏：

5 主要參數(shù)

通過有限元軟件的模擬驗算，最終確定橋梁的各個主要參數(shù)：

支點處梁體的高跨比為1/12，支點處梁高為4800×1/12=400cm，線路中心距為575cm，跨中處梁高為240cm。

跨中處腹板厚度為40cm，上底板厚度40cm，下底板厚度

40cm。

支座處腹板厚度為40cm，上底板厚度40cm，下底板厚度

40cm。

跨中截面梁高和支點處截面梁高比為0.6，梁體變高度曲線按兩次拋物線設(shè)置。從美觀的角度上講，具有二次拋物線的梁高的連續(xù)梁橋具有視覺上的曲線美、流體美感，比之等高度梁更具空間立體感。

本連續(xù)梁橋混凝土等級采用C50，根據(jù)施工要求劃分為27個梁段，跨中合攏段長2m，橋臺處現(xiàn)澆2m，橋墩處0號塊長6m，采用現(xiàn)場澆注，其余節(jié)段均為4m，用懸臂施工法時按梁段分塊澆筑，為了安裝懸臂施工掛籃，其中0號塊和根部梁段在橋墩上搭設(shè)三角托架現(xiàn)場澆筑。

鋼筋采用I 級光圓鋼筋（Q235）fsk=235 MPa 和II 級帶肋鋼筋（HRB335）fsk=335MPa，鋼筋彎起半徑分別為6m、15m和30m。具體鋼筋布置見鋼筋布置圖1。

圖1 鋼筋布置側(cè)視圖

橋梁用鋼筋編為0～22號，橋墩支座處梁段0號塊～5號塊上方受拉鋼筋為0～5 號鋼筋，邊跨現(xiàn)澆段上方頂板鋼筋為6 號鋼筋，跨中上方頂板鋼筋為7號鋼筋，支座處頂板鋼筋為8～13號鋼筋，邊跨底板鋼筋為14～17 號鋼筋，中跨地板鋼筋為18～22 號鋼筋。橫向構(gòu)造筋直徑8mm，間距90mm均勻布置。

箍筋按下列原則布置：

采用II 級帶肋鋼筋（HRB335）fsk=335MPa。梁內(nèi)應(yīng)設(shè)置直徑不小于8mm的箍筋，腹板箍筋間距不應(yīng)大于200mm；在布置有縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的翼緣中，應(yīng)設(shè)置閉合形或螺旋形箍筋，起間距不大于100mm，而在梁跨端部500mm 范圍翼緣內(nèi)，起間距應(yīng)為80mm～100mm；當梁翼緣寬度大于500mm 時，箍筋不應(yīng)少于四肢；用于抗扭的箍筋應(yīng)是閉合箍筋。

6 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件在我國工程領(lǐng)域越來越被推廣和運用，本文簡單地介紹了有限元軟件MIDAS如何運用于工程領(lǐng)域。通過有限元軟件MIDAS 建立三跨30+48+30 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋(上部結(jié)構(gòu))有限元計算模型的過程和步驟，在經(jīng)過了反復(fù)的調(diào)整后，完成了梁體施工設(shè)計，較為準確地模擬了主梁、預(yù)應(yīng)力筋、支座等在施工和運營的各個階段的受力情況，使大眾有一個直觀地認識。

二期徐變：