大跨径混凝土斜拉桥的施工控制方法与预拱度计算方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁施工领域，尤其涉及一种大跨径混凝土斜拉 桥的施工控制方法。

背景技术

在桥梁施工过程中，预拱度是一个重要的指标，预拱度为抵消梁、 拱、桁架等结构在荷载作用下产生的挠度，而在施工或制造时所预留 的与位移方向相反的校正量。

对于具有高次超静定的大跨斜拉桥结构体系，其所采用的施工方 法和安装程序与成桥后的主梁线型有着密切的联系，且施工阶段随着 大跨桥梁结构体系和荷载状态的不断变化，变形亦随之不断发生变 化。因此需要对大跨桥梁的每一施工阶段进行详尽的理论分析，以确 定各控制截面的位移参数的理论计算值，这些理论值即为大跨桥梁施 工过程的参考轨迹。为确保主梁线形在成桥状态满足设计要求，需要 进行理论预拱度的精确计算分析。

大跨径砼斜拉桥的理论预拱度设置计算方法为：

1、建立斜拉桥有限元计算模型；

2、进行悬臂施工过程计算分析；

3、理论预拱度计算：

H＝H₀+H₁+f

式中：H—悬浇节段主梁前端的立模标高；

H₁—理论计算预拱度；

f—挂篮变形；

H₀—设计标高。

在传统的大跨径砼斜拉桥的施工控制方法中，对理论预拱度的计 算和反馈的过程中，挂篮变形通过另外计算分析将其考虑到理论预拱 度的设置中；但是由于在施工过程中，挂篮作为斜拉桥施工过程中受 力体系的一部分，传统的分开计算分析方法不能完全面反映挂篮对理 论预拱度的影响，例如悬臂端部转角对挂篮前端立模标高的影响显然 无法采用传统计算分析方法得到有效解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确适应施工现场的 受力体系的大跨径砼斜拉桥的施工控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大跨径混凝土斜拉 桥的施工控制方法，包括如下步骤:

S01：采集施工现场数据，并以此在模拟软件中建立斜拉桥有限元分 析模型，所述有限元分析模型中的模拟数据参数均与施工现场和设计 图纸中的数据参数匹配，所述模拟数据包括各设备、材料的尺寸、材 料属性和施工条件，所述有限元分析模型中包括斜拉索模型、主梁模 型、待浇混凝土梁模型和施工挂篮模型；

S02：对施工过程进行仿真模拟，得到所述待浇筑的混凝土梁模型施 工后的形变位移变化量，所述形变位移变化量由模拟软件自动计算生 成；

在所述步骤S02中，还包括将施工过程根据常规的斜拉桥施工阶 段划分成若干模拟工况阶段，所述模拟工况阶段包括混凝土浇筑工况 阶段、预应力张拉工况阶段、斜拉索工况阶段和挂篮移动工况阶段；

在所述步骤S02中，在混凝土浇筑工况阶段，将施工中的混凝土 梁模拟成若干个虚单元，挂篮模拟成若干个挂篮单元，每个所述虚单 元和挂篮单元各设有两个节点，相邻的两个虚单元或挂篮单元共用一 个节点，仿真模拟的混凝土浇筑过程中，虚单元的节点与挂篮单元的 节点耦合连接；

S03：根据所述形变位移变化量计算理论预拱度；

S04：根据S03计算得到的所述理论预拱度进行施工；

所述的理论预拱度通过将所述形变位移变化量反向而不改变其 数值得到。

所述虚单元在虚单元的节点与挂篮单元的节点耦合连接的过程 中，忽略其刚度和重量。

所述S01、S02步骤均在有限元分析软件中进行。

本发明还提供了一种大跨径混凝土斜拉桥，包括主梁、主塔和若 干斜拉索，所述主塔与所述主梁互相垂直连接，所述斜拉索斜向连接 所述主塔和所述主梁，所述大跨径混凝土斜拉桥采用了本发明提供的 大跨径混凝土斜拉桥的施工控制方法进行施工的。

本发明还提供了一种预拱度计算方法，采用了本发明提供的大跨 径混凝土斜拉桥的施工控制方法中的步骤S01、S02和S03计算预拱 度。

本发明通过采集施工现场的数据，并以此建立有限元模型，通过 有限元模型便于计算的特点，真实模拟包括斜拉索拉力、混凝土自重 等受力环境对斜拉桥的混凝土在施工过程中产生的形变影响，尤其引 入了对施工挂篮的模拟，将其对待浇混凝土在浇筑过程中的形变的影 响计算在内，包括了挂篮的自重和其本身的形变，进而通过计算得到 理论预拱度，最终将其实施到施工现场，实现了提供一种能够准确适 应施工现场的受力体系的大跨径砼斜拉桥的施工控制方法。

附图说明

图1为本发明一实施例的大跨径混凝土斜拉桥的有限元模型示 意图。

图2为本发明一实施例的混凝土虚单元与挂篮单元的耦合示意 图。

图中，101—斜拉索模型；102—待浇混凝土梁模型；103—主梁 模型；104—施工挂篮模型；

201—虚单元；202—虚单元节点；203—挂篮单元；204—挂篮单 元节点；205—浇筑中的混凝土梁模型。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明做进一步的详细介绍，其为本发明一 优选的实施例，本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实 现本发明的有利效果。

请参考图1，本实施例提供了一种大跨径混凝土斜拉桥的施工控 制方法，包括如下步骤:

S01：采集施工现场数据，并以此在模拟软件中建立斜拉桥有限元分 析模型，所述有限元分析模型中的模拟数据参数均与施工现场和设计 图纸中的数据参数匹配，所述模拟数据包括各设备、材料的尺寸、材 料属性和施工条件，所述有限元分析模型中包括斜拉索模型101、主 梁模型103、待浇混凝土梁模型102和施工挂篮模型104；

S02：对施工过程进行仿真模拟，得到所述待浇筑混凝土梁模型102 施工后的形变位移变化量，所述形变位移变化量由模拟软件自动计算 生成；

S03：根据所述形变位移变化量计算理论预拱度；

S04：根据S03计算得到的所述理论预拱度进行施工；

如图1所示的即为步骤S01所建立的斜拉桥有限元分析模型的示 意图，其中包括斜拉索模型101，待浇混凝土梁模型102，主梁模型 103和施工挂篮模型104，本实施例通过建立有限元分析模型，实现 对真实施工情况进行仿真模拟。在有限元分析模型中，将工程结构， 即本实施例中的待浇混凝土梁模型102、主梁模型103和施工挂篮模 型104，离散为由各种单元组成的模型，离散后单元与单元之间利用 单元的节点相互连接起来，各类单元的物理性质均与施工现场和设计 要求的相应材料匹配，单元节点的数量根据描述形变的形态和计算的 精度而改变，可自行设置。

本实施例通过采集施工现场的数据，并以此建立有限元模型，通 过有限元模型便于计算的特点，真实模拟包括斜拉索拉力、混凝土自 重等受力环境对斜拉桥的混凝土在施工过程中产生的形变影响，尤其 引入了对施工挂篮的模拟，将其对待浇混凝土在浇筑过程中的形变的 影响计算在内，进而得到理论预拱度，最终将其实施到施工现场，实 现了提供一种能够准确适应施工现场的受力体系的大跨径砼斜拉桥 的施工控制方法。

在施工挂篮的诸多物理属性中，刚度由于与施工挂篮的形变相关 程度最高，也最为重要，故而施工挂篮模型的刚度与施工现场的施工 挂篮的刚度相同。然而，为了能够准确测量和模拟，进而得到我们需 要的数据，有些物理属性则由于会影响模拟和测量而被选择性忽略， 例如待浇混凝土在浇筑过程中，其自身的重量可以根据模拟的施工阶 段的不同而选择性的加载。

在所述步骤S02中，还包括将施工过程根据常规的斜拉桥施工阶 段划分成若干模拟工况阶段，所述模拟工况阶段包括混凝土浇筑工况 阶段、预应力张拉工况阶段、斜拉索工况阶段和挂篮移动工况阶段。

在所述步骤S02中，在混凝土浇筑工况阶段，将浇筑中的混凝土 梁模型205模拟成若干个虚单元201，挂篮104模拟成若干个挂篮单 元203，每个所述虚单元201和挂篮单元203各设有两个节点，相邻 的两个虚单元或挂篮单元共用一个节点，在本实施例中所述节点包括 虚单元节点202和挂篮单元节点204，仿真模拟的混凝土浇筑工过程 中，虚单元节点202与挂篮单元节点204耦合连接。请参考图2，随 着浇筑的进行，施工挂篮模型104发生自身的形变，由于其形变会使 得浇筑中的混凝土梁模型205发生形变，本实施例中，通过将虚单元 节点202与挂篮单元节点204耦合连接模拟其形变的过程，若干虚单 元节点202与对应的挂篮单元节点204拥有相同的起伏，从而保证了 虚单元的形变与挂篮单元的形变相吻合。

在混凝土浇筑工况阶段，如果引入虚单元201的刚度和重量，即 引入浇筑中的混凝土梁205的刚度和重量，则会影响其与挂篮单元的 耦合形变，同时，由于浇筑中的混凝土梁205也受到自身重力的影响， 而无法模拟其由于挂篮形变带来的混凝土梁的形变，故而所述虚单元 201在虚单元的节点与挂篮单元的节点耦合连接的过程中，忽略其刚 度和重量。

所述S01、S02步骤均在有限元分析软件中进行。

混凝土梁的形变受到多方面的影响，包括斜拉索拉力的影响、自 重的影响、荷载变化的影响和自身由于重力作用产生的形变等等，在 本实施例中仅仅就其形变进行模拟，而不细究其产生具体形变的具体 原因，并通过形变位移变化量进行理论预拱度的计算。同时，为了能 够准确模拟施工过程中发生的形变，本实施例将挂篮的变形通过单元 节点耦合的方式过渡成为施工中的混凝土梁的变形。

本实施例还提供了一种大跨径混凝土斜拉桥，包括主梁、主塔和 若干斜拉索，所述主塔与所述主梁互相垂直连接，所述斜拉索斜向连 接所述主塔和所述主梁，所述大跨径混凝土斜拉桥采用了本发明提供 的大跨径混凝土斜拉桥的施工控制方法进行施工的。

本实施例还提供了一种预拱度计算方法，采用了本实施例提供的 大跨径混凝土斜拉桥的施工控制方法中的步骤S01、S02和S03计算 预拱度。

综上所述，本发明通过采集施工现场的数据，并以此建立有限元 模型，通过有限元模型便于计算的特点，真实模拟包括斜拉索拉力、 混凝土自重等受力环境对斜拉桥的混凝土在施工过程中产生的形变 影响，尤其引入了对施工挂篮的模拟，将其对待浇混凝土在浇筑过程 中的形变的影响计算在内，包括了挂篮的自重和其本身的形变，进而 通过计算得到理论预拱度，最终将其实施到施工现场，实现了提供一 种能够准确适应施工现场的受力体系的大跨径砼斜拉桥的施工控制 方法。