【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比、拱軸線形等。它們揭示了結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)最初的狀態(tài)。(2)截面特性參數(shù)截面特性參數(shù)主要包括：（1）拱肋截面的抗彎慣矩I0和截面面積A0；（2）橋墩截面的抗彎慣矩I截面面積A1；（3）橋面行車道板截面的抗彎慣矩I截面面積A2；（4）拱上立柱的截面面積A2等。截面特性參數(shù)對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)工況下施工控制階段能否達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)也存在著較大影響。(3)時(shí)間相關(guān)參數(shù)與時(shí)間歷程相關(guān)的參數(shù)主要是指混凝土收縮徐變和溫度變化?；炷恋氖湛s徐變特性是這一建筑材料獨(dú)有的，在混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算中，需考慮收縮徐變帶來的內(nèi)力變形影響。此外，橋梁施工是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，不論是同一天內(nèi)的溫度變化或者持續(xù)幾個(gè)月的季節(jié)性溫度變化，都對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的位移和變形有著較大的影響。然而人們對(duì)于溫度的影響至今不能完全準(zhǔn)確模擬，只能采用定時(shí)觀測(cè)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)減小溫度影響。(4)荷載參數(shù)荷載參數(shù)主要指結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、施工臨時(shí)荷載和扣索錨索張拉力。對(duì)于拱肋吊裝施工過程來說，拱肋節(jié)段自重和施工臨時(shí)荷載是相對(duì)穩(wěn)定的量，在施工過程中通常不會(huì)有較大的改變。對(duì)于扣索錨索體系中的有效索力，可以通過計(jì)算獲得。由于節(jié)段吊裝的不斷推進(jìn)，后續(xù)拱段的自重將陸續(xù)作用在已經(jīng)安裝好的拱段上，相應(yīng)的扣索索力和錨索索力也將陸續(xù)施加于墩柱和扣塔上，這些荷載將使扣索錨索體系中的有效索力隨著施工工況的不同而變化。成拱后，需現(xiàn)場(chǎng)澆筑立柱混凝土，經(jīng)常會(huì)由于立模引起構(gòu)件荷載的變化，但其沒有一定的變化規(guī)律。相對(duì)的，橋面系自重和施工臨時(shí)荷載是比較穩(wěn)定的量，在施工過程中通常不會(huì)有較大改變。(5)材料特性參數(shù)材料特性參數(shù)主要是指材料的彈性模量E和剪切模量G。鋼材的彈性模量和剪切模量比較穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生較大改變，而混凝土材料恰恰相反，波動(dòng)幅度相對(duì)較大。所以在橋梁的施工控制中要對(duì)其進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。針對(duì)不同橋梁體系，以上提到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響程度是不同的。在橋梁施工過程的計(jì)算中，要對(duì)主要影響參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和修正。 天池特大橋施工質(zhì)量控制的內(nèi)容及計(jì)算方法選擇 天池特大橋施工質(zhì)量控制內(nèi)容在施工監(jiān)測(cè)與控制過程中，為了掌握每一具體工序完成后結(jié)構(gòu)的受力、變形等情況，需對(duì)上述主要施工過程進(jìn)一步細(xì)化，列出細(xì)化了的施工工況、施工內(nèi)容，并給出相應(yīng)的施工工況模型圖。從而為施工過程的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析、各施工工況監(jiān)測(cè)監(jiān)控的測(cè)量時(shí)機(jī)、控制內(nèi)容等，給出明確的監(jiān)控過程控制。天池特大橋施工控制的主要內(nèi)容是綜合考慮主拱圈的穩(wěn)定性、變形和內(nèi)力，在施工安全和主拱圈穩(wěn)定性的前提下，重點(diǎn)控制主拱圈的變形、應(yīng)力和扣索索力。以變形控制為主，嚴(yán)格監(jiān)控各控制截面的撓度和拱軸線偏移，監(jiān)測(cè)各控制截面應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)展情況，監(jiān)測(cè)扣索索力大小，預(yù)測(cè)單肋拱圈合龍后的穩(wěn)定安全系數(shù)。 天池特大橋計(jì)算方法的選擇對(duì)于大跨度拱橋懸臂施工,施工計(jì)算中如不考慮混凝土收縮、徐變的影響,計(jì)算結(jié)果將發(fā)生較大的偏差,但是混凝土的徐變與結(jié)構(gòu)形成的過程有關(guān),原則上倒拆法無法進(jìn)行徐變計(jì)算。這是因?yàn)樾熳冇?jì)算在時(shí)間上只能是順序的,不可逆的,而倒拆法在時(shí)間上則是逆序的。一般可應(yīng)用迭代法來解決這個(gè)問題。即第一輪倒拆計(jì)算時(shí)不計(jì)及混凝土的收縮、徐變,然后以倒拆結(jié)果進(jìn)行正裝計(jì)算,逐階段計(jì)算混凝土的收縮、徐變影響,再進(jìn)行倒拆法計(jì)算時(shí),按階段疊加入正裝計(jì)算時(shí)相應(yīng)階段的混凝上的收縮、徐變影響,如此反復(fù)迭代,直至計(jì)算結(jié)果收斂。因此，本文將采用正裝計(jì)算法對(duì)天池特大橋進(jìn)行有限元分析，為天池特大橋的質(zhì)量控制提供依據(jù)。 本章小結(jié)本章主要對(duì)大跨度上承式拱橋懸臂拼裝施工控制分析方法進(jìn)行了分析和闡述，并著重介紹了正裝分析法、倒裝分析法和無應(yīng)力分析法。結(jié)合天池特大橋?yàn)閷?shí)例背景，根據(jù)工程的經(jīng)驗(yàn)得出天池特大橋施工控制的主要內(nèi)容和計(jì)算方法的選擇，最終達(dá)到精度的要求，實(shí)現(xiàn)施工控制目標(biāo)。3 天池特大橋施工工況劃分及結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算 引言結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算分析能夠保證橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，運(yùn)用科學(xué)的思維方法，按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行建模。通常而言，這類橋型可按空間(或平面)梁?jiǎn)卧M(jìn)行分析。在選用計(jì)算分析軟件時(shí)，還應(yīng)該考慮到工程應(yīng)用的簡(jiǎn)便，在保證計(jì)算精度相同的情況下，優(yōu)先選擇原始數(shù)據(jù)工作量小、力學(xué)概念清楚、模型簡(jiǎn)單的分析軟件。天池特大橋的結(jié)構(gòu)建模仿真計(jì)算分析采用了MADIS /CIVIL 2012橋梁專業(yè)分析軟件進(jìn)行施工過程結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，MADIS /CIVIL 2012軟件能夠很好地模擬施工進(jìn)度，準(zhǔn)確地考慮各個(gè)工況下線形控制影響因素的問題。天池特大橋肋拱安裝采用節(jié)段吊裝施工方法，結(jié)構(gòu)的最終成橋合攏建成通車，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而又復(fù)雜的施工過程及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程。橋梁施工控制的基本內(nèi)容之一是針對(duì)施工過程中各個(gè)工況下結(jié)構(gòu)受力行為的計(jì)算分析。因此，在橋梁施工過程中各個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)的變形和受力可以運(yùn)用有限元理論分析計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)，以便指導(dǎo)施工過程，使其最終的成橋線形和受力狀態(tài)達(dá)到符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到最佳理想狀態(tài)。 天池特大橋施工工況劃分根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工單位提出的施工組織設(shè)計(jì)文件，天池特大橋主橋的主要施工過程為：（1）采用分段預(yù)制拱箱節(jié)段（上下游肋拱各17節(jié)段，共34節(jié)段），纜索吊裝進(jìn)行懸臂拼裝，直至上、下游單肋拱箱分別合攏；（2）現(xiàn)澆拱箱中室頂板、底板，形成完整的單箱三室主拱圈整體截面；（3）立模現(xiàn)澆拱上立柱和蓋梁，并吊裝主橋空心板；（4）澆筑防撞墻，橋面鋪裝。上、下游單肋拱箱吊裝施工過程的工況劃分，與實(shí)際吊裝施工過程一致。按照吊裝施工的先后順序，劃分為10個(gè)工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算和監(jiān)測(cè)監(jiān)控。工況號(hào)施工主要內(nèi)容工況1吊裝1＃、1＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS1＇和錨索MSMS2＇。工況2吊裝2＃、2＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS2＇和錨索MSMS2＇，調(diào)錨索力。工況3吊裝3＃、3＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS3＇和錨索MSMS3＇，調(diào)錨索力。工況4吊裝4＃、4＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS4＇和錨索MSMS4＇，調(diào)錨索力。工況5吊裝5＃、5＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS5＇和錨索MSMS5＇，調(diào)錨索力。工況6吊裝6＃、6＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS6＇和錨索MSMS6＇，調(diào)錨索力。工況7吊裝7＃、7＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS7＇和錨索MSMS7＇，調(diào)錨索力。工況8吊裝8＃、8＇＃節(jié)段，張拉扣索KSKS8＇和錨索MSMS8＇，調(diào)錨索力。工況9吊裝9合攏段，施加雙向水平推力，現(xiàn)澆接縫成拱，松吊索。工況10對(duì)稱松扣索和錨索，完成肋拱體系轉(zhuǎn)換，形成邊肋單肋裸拱。 工況劃分及主要施工內(nèi)容相應(yīng)于各施工工況的計(jì)算模型如圖31～圖310。圖31 工況1－吊裝1＃節(jié)段圖32 工況2－吊裝2＃節(jié)段圖33 工況3－吊裝3＃節(jié)段圖34 工況4－吊裝4＃節(jié)段圖35 工況5－吊裝5＃節(jié)段圖36 工況6－吊裝6＃節(jié)段圖37 工況7－吊裝7＃節(jié)段圖38 工況8－吊裝8＃節(jié)段圖39 工況9－吊裝9＃節(jié)段圖310 工況10 松扣索，單肋成拱。 工況劃分及主要施工內(nèi)容工況1111號(hào)施工主要內(nèi)容工況1現(xiàn)澆1＃1’＃2＃2’＃節(jié)段頂?shù)装寮凹雍駥印９r2現(xiàn)澆3＃3’＃4＃4’＃節(jié)段頂?shù)装寮凹雍駥?。工況3現(xiàn)澆5＃5’＃6＃6’＃節(jié)段頂?shù)装寮凹雍駥?。工況4現(xiàn)澆7’＃8’＃節(jié)段頂?shù)装寮凹雍駥印９r5現(xiàn)澆7＃8＃9＃節(jié)段頂?shù)装寮凹雍駥?。中箱現(xiàn)澆施工順序如圖211所示，中箱現(xiàn)澆施工日期如圖212所示。中箱現(xiàn)澆橫截面如圖213所示，分頂板和底板二次澆筑。、蓋梁澆注及行車道板安裝，共劃分為8個(gè)工況。該表依據(jù)實(shí)際施工情況編寫而成，與原監(jiān)控方案相關(guān)內(nèi)容有些出入。 工況劃分及主要施工內(nèi)容工況號(hào)施工主要內(nèi)容工況11139。立柱澆注18m,8839。9立柱蓋梁頂鋼筋籠完成,其余立柱墊梁完成。工況21立柱澆注24m,139。30m,4完成6m,5完成6m,89839。739。639。完成,其余立柱墊梁完成。工況31139。立柱澆注30m,234完成6m,56789839。739。639。完成,539。12m,439。339。6m,239。墊梁。工況41立柱澆注30m,234完成12m,56789839。739。639。539。完成,439。339。12m,239。墊梁,139。36m，安裝第10跨兩跨行車道板。工況51立柱澆注36m,218m，312m，456789839。739。639。539。439。完成,339。12m,239。6m,139。42m，安裝第112跨行車道板。工況6142m，2柱身完成3456789839。739。639。539。439。339。完成，239。30m,139。42m，安裝第114跨行車道板。工況7拱上立柱全部完成，安裝第15跨行車道板。工況8吊裝其余行車道板。立柱和蓋梁施工工況模型如圖314～圖321所示。圖314 工況1圖315 工況2圖316 工況3圖317 工況4圖318 工況5圖319 工況6圖320 工況7圖321 工況8 橋面系施工，劃分為1個(gè)工況。 工況劃分及主要施工內(nèi)容工況號(hào)施工主要內(nèi)容工況1澆注12cm加厚層，澆注防撞護(hù)欄橋面系施工模型圖如圖322所示。圖322 工況1橋面系施工 天池特大橋有限元分析方法 有限單元法對(duì)拱橋施工控制結(jié)構(gòu)計(jì)算正裝分析法和倒裝分析法，是以有限單元法原理為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。有限單元法是將連續(xù)體理想化為有限個(gè)單元的集合體，使單元僅在有限個(gè)結(jié)點(diǎn)上相連接，即以一個(gè)有限單元體系代替一個(gè)無限個(gè)自由度的連續(xù)體，作為物理上的近似。先進(jìn)行單元分析，用結(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)力，然后將單元再合成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行整體分析，建立整體平衡條件。通過結(jié)構(gòu)幾何條件、結(jié)點(diǎn)荷載等求出結(jié)構(gòu)單元中的結(jié)點(diǎn)位移和內(nèi)應(yīng)力。在求解力學(xué)問題時(shí)，最普遍的是以單元上結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，這種方法稱為位移有限元法。 天池特大橋結(jié)構(gòu)有限元模型在對(duì)天池特大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，將其簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)。各施工節(jié)段的拱肋、拱上立柱和行車道板離散為梁?jiǎn)卧?，扣索為桁架單元。拱腳為固定端支座。根據(jù)施工步驟模擬每個(gè)施工階段的狀態(tài)，最后的成橋狀態(tài)是，每個(gè)施工階段位移、應(yīng)力的疊加。拱肋吊裝施工計(jì)算模型（1）計(jì)算模型根據(jù)《施工圖》（文件編號(hào)：0275S—2004路），以及施工單位所提供的《天池特大橋纜索吊裝施工方案》（）,把肋拱圈上扣點(diǎn)、接頭橫隔板等處作為劃分單元的控制節(jié)點(diǎn)，建立主拱圈合攏吊裝施工結(jié)構(gòu)計(jì)算分析平面模型，如圖1－1所示。圖1－1 主拱圈合攏吊裝施工結(jié)構(gòu)計(jì)算分析平面模型（2）單元?jiǎng)澐掷吖啊?＃和6＃墩設(shè)置為平面梁?jiǎn)卧鬯骱湾^索設(shè)置為拉索單元。該吊裝施工過程計(jì)算模型共劃分為116個(gè)單元，有97個(gè)結(jié)點(diǎn)。其中，肋拱圈部分劃分為52個(gè)單元，有53個(gè)結(jié)點(diǎn)。單元?jiǎng)澐秩鐖D1－2所示。圖1－2 拱肋吊裝單元?jiǎng)澐謭D（3）單元橫截面幾何特性肋拱圈單元橫截面如圖1－3所示。圖1－3 主拱圈橫截面形式（4）材料特性主拱圈、橋面行車道板選用C50；交界墩選用C35；蓋梁選用C立柱和橫墻（含蓋梁和底座）選用C40。材料特性如表1－1所示。表1－1 材料參數(shù)表材料類型材料標(biāo)號(hào)彈性模量（Mpa）容重kN/m3線脹系數(shù)1C4032500262C35315003C503500026拱上建筑施工計(jì)算模型（1）計(jì)算模型根據(jù)《施工圖》（文件編號(hào)：0275S—2004路），建立天池特大橋主橋施工結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型，如圖1－4所示。圖1－4 主橋施工結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型（2）單元?jiǎng)澐謫卧獎(jiǎng)澐秩鐖D1－5所示。圖1－5 有限元計(jì)算模型拱肋、拱上立柱和行車道板離散為梁?jiǎn)卧?，全橋橋共劃分?03個(gè)單元，188個(gè)節(jié)點(diǎn)（其中主拱圈部分有52個(gè)單元，53個(gè)節(jié)點(diǎn)）。 計(jì)算參數(shù)（1）一恒（D1）：一恒按照結(jié)構(gòu)容重加載。（2）二恒(D2)：按《施工圖》（文件編號(hào)：0275S—2004路）設(shè)計(jì)說明給出,q=30kN/m。（3）初始索力：在拱段吊裝過程中，最理想的扣索張拉方式是只張拉一次，往后不用調(diào)整索力的大小，就能滿足拱肋的線形和應(yīng)力要求。由于后續(xù)拱段不斷地吊裝定位和扣索張拉，后續(xù)工況吊裝的拱肋自重和張拉的索力必將對(duì)前面已裝好的扣索的索力和拱肋的正應(yīng)力產(chǎn)生很大影響，所以扣索一次張拉到位的目標(biāo)是很難實(shí)現(xiàn)的。利用大型通用有限元計(jì)算軟件midas civil 2012，對(duì)扣索的初始張拉力反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可基本達(dá)到一次張拉到位的要求。從而大大減少調(diào)索工作量，縮短工期。（4）活載（L）：公路I級(jí)車道荷載。圖16為活載的荷載形式。圖16 公路I級(jí)車道荷載（5）其他荷載：溫度荷載按公路橋梁規(guī)范取值，考慮其變化177。10176。C的影響，考慮混凝土收縮徐變的影響。本章以天池特大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，介紹了天池特大橋的工程概況，并以圖表結(jié)合的方式分析了施工工況劃分。接著詳細(xì)介紹了有限單元法的理論，并將理論運(yùn)用于實(shí)際建模之中，采用MIDAS CIVIL建立了有限元模型，闡述了橋梁結(jié)構(gòu)建模思路，為天池特大橋的線性控制、索力控制等施工質(zhì)量控制內(nèi)容作準(zhǔn)備工作。4 天池特大橋施工質(zhì)量控制研究