Midas软件在连续梁线形控制中的技术运用

　　广深港客运专线楼村2#特大桥在DK84+000～DK84+080之间跨过体育公园路(通向光明公众高尔夫球场)，该处以(40+72+40)m预应力连续梁跨越，墩号是45#-48#墩，计算跨度为40.75+72+40.75m，中支点处梁高6.2m,每个T构有9个节段，合拢段为第10个节段。梁底下缘按圆曲线变化，梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽13.4m，底宽6.7m。顶板厚度40-50cm折线变化，底板厚度40～100cm曲线变化，腹板厚度48～90cm折线变化，设计合拢顺序为先中跨后边跨。

　　3模型的建立

　　模型建立步骤：

　　1、建立结构模型：建立结构模型中的节点和单元，节点一般建在支撑部位、变截面、集中何载、两个单元的连接处、边界条件等部位，节点坐标要定义三维空间坐标。

　　2、定义材料和截面特性：材料、截面、定义时间依存性材料(收缩和徐变)、时间依存性材料连接。

　　3、输入PSC截面特性：安设计图断面尺寸对应输入，通过节点连接，建立空间有限元混凝土空载模型。

　　4、输入荷载：恒荷载(自重和二期恒载)，预应力荷载(包括钢束特性值和钢束布置形状以及钢束预应力荷载输入等)，温度荷载(包括对系统温度，节点温度，单元温度，温度梯度，以及梁截面温度输入等)，节点何载(挂蓝自重等)，移动荷载(选择规范、定义车道、定义车辆、移动荷载工况等)。

　　5、定义施工阶段：一般每个T构节段有三个步骤，第一、激活挂蓝自重;第二、激活节段混泥土湿重，钝化挂蓝自重;第三、激活所在节段所张拉预应力荷载，钝化节段混泥土湿重;

　　6.定义边界条件

　　边界条件包括临时支座的永久固结;永久支座单向支撑、单向承压和固结;以及对直线段支架弹性约束的虚拟模拟和竖向约束等。

　　7.运行结构分析

　　8.查看分析计算结果

　　4立模标高的确定

　　悬臂梁施工线型控制的关键是要分析每一施工阶段、每一施工步骤的结构挠度变化状态，控制立模标高。先计算出各梁段的立模预拱度，结合前一梁段的挠度实测值，修正预拱度值后调整立模标高，修正根据MIDAS软件的计算。

　　立模预拱度计算:立模预拱度=各种因素引起梁体变形的挠度计算值+挂蓝变形+挠度观测调整值

　　4.1影响梁体变形的挠度因素根据施工过程主要有以下几种：

　　(1)单T形成阶段由以下因素产生的悬臂挠度：

　　梁段混凝土自重;挂篮及梁上其它施工荷载作用;张拉悬臂预应力筋的作用。

　　(2)合拢阶段，将继续发生以下因素产生的连续挠度：

　　合拢段混凝土重量及配重作用;模板吊架或梁段安装设备的拆除;张拉连续预应力束的作用。

　　在以上过程中，同时还会发生由于混凝土弹性压缩、收缩、徐变、预应力筋松驰、孔道摩阻预应力损失等因素引起的挠度。

　　4.2梁体变形的挠度计算

　　(1)基本假设

　　混凝土为均质材料。

　　施工及运营过程中梁体截面的应力бh<0.5Ra，并可认为在这种应力范围内，徐变、应变与应力成线性关系。叠加原理适用于徐变计算，即应力增量引起的徐变变形可以累加求和。

　　(2)挠度计算

　　在上述假设的基础上考虑到各节段混凝土龄期不同所导致的收缩徐变差异将连续刚构梁施工所经历的收缩徐变过程划分为与施工过程相同的时段即：浇筑新梁段、张拉预应力筋、移动挂篮、体系合拢等。每一时段结构单元数与实际结构梁段数一致，在每一时段都对结构进行一次全面的分析，求出该时段内产生的全部节点位移增量，对所有时段进行分析，即可叠加得出最终挠度值。

　　4.3挂篮变形计算

　　挂篮变形包括：桁架弹性变形、前吊带弹性变形及非弹性变形。

　　桁架弹性变形、前吊带弹性变形及非弹性变形测试通过挂篮试压试验来实测，在预压过程中详细记录各预压及卸载阶段的变形值，通过数据分析得出桁架弹性变形、前吊带弹性变形及非弹性变形值。对于未经试压的挂篮，参考已试压挂篮(各套挂篮为同一型号、同一工厂，同一工艺加工)的变形值在第一次挂篮施工时设置。

　　4.4箱梁挠度观测

　　挠度观测是箱梁施工观测的主要内容。箱梁分段悬浇时，影响挠度变化的因素有：①挂篮的弹性变形和非弹性变形产生的挠度;②预拱度;③各梁段自重的挠度;④各梁段预应力产生的挠度;⑤挂篮自重及施工荷载变化引起挠度;⑥混凝土徐变引起的挠度;⑦温度变化引起的挠度变化;这些因素均是挠度观测计算的依据，观测方法如下：

　　挠度观测采用自动安平水准仪在每一节段施工完成后与下一节段底模标高定位前的桥面标高观测，均安排在早晨太阳出来以前进行。混凝土浇筑前后预应力张拉前后，挂篮行走前后都要进行挠度观测。

　　温度观测是影响主梁挠度的主要因素之一。温度包括日温和季节温度。由于温度变化的复杂性，挠度在理想状态下计算时不可能考虑温度的影响，温度的影响只能通过实时的观测加以修正。

　　4.4立模标高

　　立模标高=f0+f1+f2+f3+f4+f5+f6

　　f0---为截面设计高程;f1---为挂蓝弹性变形量(通过挂篮实验，确定线性函数，然后通过对节段荷载，计算抛高调整量);f2---为挂蓝塑性变形量;f3---混泥土湿重作用调整量;f4---恒载、预应力、收缩徐变、施工何载和体系转换作用的调整量(通过软件计算);f5---其他因素调整量，包括施工过程中T构上不平衡杂物的放置，不同时间测量标高而导致测量温度误差以及仪器读数误差还有各个阶段混凝土强度变化的影响等，它的调整一般根据浇注前、浇注后、张拉前、张拉后标高与理论计算的偏差，来调整下个节段抛高;f6---1/2ZK活载变形量(通过软件计算)。

　　5合拢段的理论高差调整

　　Midas软件是通过建立桥梁线性模型，输入何载，模拟施工步骤和边界条件，通过对体系转化成桥后结构的分析和计算，查看结果的位移变化来反方向调节指导连续梁节段施工的抛高，不难发现在实际施工合拢段后，预应力张拉多，临时支座以及直线段支架拆坼除等诸多变化的边界条件，而我们的抛高又根据成桥后的模型纯位移的的变化来反方向调节抛高的，显然合拢段理论高差是必然存在的，下面通过模拟施工阶段来具体说明：

　　软件中CS14阶段成桥后变形情况如下(位移单位是mm)：

　　从

边合拢挂荷激活合拢前的状态

图中看出，9#段变形位移达到-30mm，在徐变抛高中,9#段f4也达到了30mm。

　　若9#段按照此进行抛高，不考虑挂篮变形，则浇筑后将高于设计值约30mm，而直线段，按照支架预压的数据进行抛高，但抛高量不会太大，两段之间必然会有高差，必须进行合拢标高调整,调整的方法大概有以下几种：

　　1、通过配重进行调整

　　合拢段两端配重的目的是：1)减少混凝土浇筑时的挠度变形，保证混凝土质量;2)保持T构两端的不平衡弯矩小于主墩顶临时固结所能提供的不平衡弯矩。但是由于调整理论高差，不得不增加不平衡弯矩，两则又相互矛盾，只有通过计算来适当的进行不平衡配重。

　　合拢段两端配重的方法是合拢段一侧用水箱压重，使合拢段两端标高达到允许值，待混凝土强度达到50MPa后，方可取消配重。

　　2、通过钢束张拉顺序调整

　　对本桥来说边跨合拢时，实际9#节段比直线段高30mm,通过配重很难达到预期效果，所以在进行中跨合拢时就要考虑钢束张拉顺序，通过软件模拟，计算哪些钢束提前张拉能时合拢高差相对减少，调整的原则是：合拢的段钢束张拉顺序基本不变，进行部分张拉顺序调整。

　　本桥合拢施工及体系转换过程如下：

　　1、中跨合拢段进行临时锁定(焊接型钢支撑及张拉临时束);

　　2、浇注中跨合拢段混凝土，待其强度和弹性模量得到设计值时，张拉中跨顶板预应力筋T12，再张拉底板的Z5、Z6、Z7以及对应横向竖向预应力。

　　3、拆除主墩临时支座，使箱梁结构由两个刚结悬臂梁转换为中间简支，两边悬臂梁;

　　4、将边跨合拢段临时锁定;

　　5、浇筑边跨合拢段混凝土，张拉边跨连续预应力筋;

　　6、按照设计要求，先长后短，先边后中的顺序，依次对称张拉各跨的第二批预应力筋。

　　说明：其中在第2步，通过模拟计算张拉了F15钢束，F15钢束实际分布和走向是;从46#主墩跨中6#段的顶板腹板合拢段的底板腹板47#主墩跨中6#段的顶板。其中第3步拆除主墩临时支座后，对全桥进行观测，结果显示，中跨9#节段标高平均升高15mm,边跨9#节段平均下降22mm，比合拢前，这时边跨合拢高差只有8毫米，达到理论预测的效果，使边跨合拢顺利的进行。

　　6结束语

　　经过全桥合拢后线型复测，成桥后线形与设计线形误差均控制在15mm之内，线型平顺、美观，运用Midas软件建模在楼村2#特大桥连续梁线型的控制达到了预期效果。在施工中应注意以下几点：

　　(1)对每套挂篮都要进行预加载来消除其非弹性变形，测出其弹性变形，为确定立模高程提供基本依据。

　　(2)在墩、承台和0#段布设基础沉降观测点和墩身压缩观测点，定测基础沉降和墩身压缩情况，并将结果反应在合拢前4个梁段和边跨段的高程中。

　　(3)经观测分析，挂篮与滑道之间、滑道与钢(木)枕之间、钢(木与梁顶混凝土之间的非弹性变形造成的挂篮前端沉降达5～8mm，不应忽视。

　　参考文献：

　　[1]铁道第四勘察设计院提供的广深港客运专线广深港施图(桥)-Ⅱ-19楼村2#特大桥施工图;

　　[2]《无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁(双线)》(通桥[2005]236)

　　[3]《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB1002.3-2005)

　　[4]《高速与客运专线铁路施工工艺手册》

　　[5]《MidasCivil2006帮助手册》