摘要：論文結合工程實例，采用通用的橋梁結構分析軟件M}AS建立空間有限元模型，進行施工全過程結構受力仿真分析，仿真過程簡單、結果可靠。同時，得出一些對工程實際有益的結論。
　　關鍵詞：鋼管混凝土；拱橋；施工；仿真；
　　
　　我國原是拱橋的故鄉，雖然最早的鋼管混凝土拱橋建造在前蘇聯，但真正發展壯大卻在中國。鋼管混凝土拱橋跨徑的增大，無疑推動了橋梁結構分析設計理論和施工技術的發展。本文以J大橋為工程背景，針對施工過程中的荷載變化，運用大型有限元軟件MIDAS對該拱橋的施工過程進行了理論計算，對這座拱橋的施工全過程進行模擬仿真。
　　1工程概況
　　本文以J大橋為計算模型。橋跨組合為(22+28+22)米(連續梁引橋)+284米(中承式拱主橋橋面)+(6x22)米(連續梁引橋)，橋梁全長501米。主孔為凈跨徑260米、矢跨比為1/4.5、拱軸系數m=1.4的中承式鋼管混凝土拱橋。采用MmAS軟件建立全橋有限元模型
　　2拱肋吊裝階段的仿真分析
　　2.1拱肋吊裝階段線形預測
　　采用纜索吊裝方法施工的拱橋，一般將拱肋分成若干節段。在拱肋吊裝施工時，按多個施工階段起吊安裝，而這些施工階段的運輸和架設均以已經完成的結構部分作為支撐體系，這樣直到全橋完成。纜索吊裝施工方法的采用必然給橋梁結構帶來復雜的內力與位移變化，大跨度鋼管混凝土拱橋一般采用纜索吊裝這一施工方法。在拱肋吊裝階段，施工控制一般應以線形控制為主，關鍵是要保證施工中拱軸線的幾何形狀符合設計要求，且確保拱橋準確合攏。
　　2.2鋼管拱肋節段吊裝施工工藝
　　J大橋主拱采用斜拉扣掛懸臂拼裝方法施工，拱肋為變高等寬的鋼管混凝土析構，肋總高4.0-6.5米，(拱頂4.0米)。弦管采用功102016毫米鋼管。腹桿有豎直腹桿和斜腹桿兩種，均采用45710毫米鋼管，平聯采用綴板連接。全橋橋面以上設6道鋼管析架橫撐，橋面以下設兩道橫撐，其主管為72012毫米鋼管。每肋分13段吊裝，每段吊重約50噸，全橋共分26個拱肋節段。根據施工實際情況，拱肋吊裝時拱腳處處理為鉸支座。拱肋拼接處的模擬可根據實際施工工藝采用剛接方法。扣索與拱肋、扣塔的連接采用鉸接。考慮到結構的對稱性，本文僅給出一岸的吊裝過程。
　　根據施工的實際情況建立拱肋吊裝階段的有限元模型，對施工階段進行劃分。在滿足施工控制要求的精度內，施工階段應劃分的越少越好。
　　2.3計算結果分析
　　在本文的計算中，扣索由多束15.24低松弛高強度鋼絞線組成，扣索張拉端設在交換梁上，每組扣索采用上下游對稱同步張拉和調整索力的張拉方案。節段安裝以高程控制為主，各扣段扣點標高的控制，應采取預抬標高的方式，各扣點控制標高應按設計標高加上8個吊裝階段的累計下撓值和空鋼管拱攏階段的預拱度值。采用有限元軟件MroAS建立拱肋吊裝階段的模型，計算各施工階段扣點下撓值與扣索力，見表1與表2。
　　表1各施工階段扣點累計下撓值單位mm表2各施工階段索力值單位:kN
　　
　　從以上計算結果可以看出:
　　（1）各吊裝階段索力計算值和扣點下撓值是對施工過程不同階段標高和索力狀態的預測，它們可以作為施工控制的重要依據。
　　（2）整個吊裝過程中扣索索力值都在控制索力范圍值之內，滿足施工的安全性要求。
　　（3）各扣索在開始的施工階段索力變化均比較大，而在隨后的施工階段中，變化量逐漸減小。
　　3拱上荷載安裝階段的仿真分析
　　拱的變形不僅影響到結構的受力，還影響到使用性能，因此，變形計算就顯得十分重要。變形對彎矩的影響很大。在傳統的壇工拱橋和鋼筋混凝土拱橋中，由于采用實體截面，材料的受拉性能又較弱，所以對拱軸線型的控制十分重視。
　　3.1 施工階段劃分
　　施工階段的計算采用大型有限元軟件MmAS進行，全橋共劃分為3869個單元，其中析架單元184個，用來模擬吊桿，梁單元3685個，分別用來模擬拱肋、綴板、斜豎腹桿、吊桿橫梁及橋面板等，橋面鋪裝及欄桿僅考慮其重力作用，將其作為均布荷載加在縱梁上。在鋼管混凝土灌注階段，將混凝土自重作為荷載作用在空鋼管拱肋上。鋼管內混凝土灌注后28天形成剛度，此時鋼管內的混凝土參與受力，同時考慮混凝土所貢獻的剛度。吊裝結束后拱腳處采用固定約束。拱上加載應分階段進行，遵循均衡與對稱的加載原則。對稱原則即以拱頂為對稱線，橋兩半跨對稱加載。均衡加載即沿橋跨均勻加載，不允許在一個部位過分集中加載。
　　3.2 施工過程內力分析
　　在計算過程中，各施工階段的模型按施工信息逐階段生成。在每個施工階段中，新安裝的結構用激活相應的單元號來模擬，增減的支座用激活或鈍化相應節點的邊界條件來模擬。在有限元程序中，考慮了幾何非線性對鋼管混凝土拱橋受力及變形的影響。
　　由于各施工過程比較獨立，因此分析中給出施工過程的累計效應。在施工過程中主拱肋上下弦截面受力不同，不少文獻都將其簡化為一根軸線單元考慮，這樣會帶來比較大的計算模型誤差。由于拱肋上下弦之間的距離較大，為了更能真實地反映整個拱肋截面的內力和腹桿的作用，本文將拱肋上下弦管分開考慮。根據施工過程內力數據繪制軸力、彎矩隨施工過程的變化上、下弦管的軸力并非都一直隨施工過程增大，拱肋的軸力在某些施工階段是變小的。產生這一現象的原因是由于拱橋特有的反拱現象所引起的。在混凝土灌注階段，軸力的變化比較明顯。
　　3.3施工過程拱肋變形分析
　　在鋼管拱肋仿真計算中，拱肋坐標設置必須以逼近施工實際為準。通常一座鋼管混凝土拱橋的坐標有兩種設置方式:設計成橋坐標和設計放樣坐標。
　　由于鋼管拱肋合攏成形以后，橋梁施工控制的可調因素很少，所以空鋼管拱肋線形的確定是保證成橋狀態與設計狀態一致的關鍵問題。鋼管混凝土拱橋施工中拱肋的線形變化十分復雜，幾乎每時每刻都在發生變化，本文將伴隨施工工序產生的撓度變化計算曲線如下：
　　1/4斷面隨施工過程的進行，撓度變化較小，撓度變化曲線比較平緩。1/2斷面在混凝土灌注階段撓度增大很快，在安裝拱上立柱及蓋梁、安裝吊桿及吊桿橫梁、安裝縱梁階段均出現反拱現象，這說明在拱上荷載安裝階段，拱頂撓度并不是一直增大的，這是由拱式結構的特殊受力狀態決定的。
　　
　　參考文獻：
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