大跨度PC连续梁桥施工力学仿真技术

大跨度PC连续梁桥施工力学仿真技术报告人：叶小强主要内容一、现代桥梁施工力学的基本概念二、大跨度PC连续梁桥施工力学三、连续梁桥悬臂施工仿真计算四、实例介绍五、仿真计算的关键点一、现代桥梁施工力学的基本概念施工力学是结合施工工艺，研究几何形状和内部参数随时间变异结构的力学特性与规律。1、土木工程施工力学效应可分为三种（1）时效时间因素（2）路效应力路径（3）不计上诸因素几何或边界时变的内力重分布效应第三种施工力学效应简例设计内力悬浇内力结构简图2、大跨度PC连续梁桥的施工工艺特点自架设悬臂体系施工方法3、连续梁桥施工过程中的结构体系T型刚构墩梁固结成T型连续刚构梁上部结构为连续梁，墩梁固结连续梁墩梁铰接T构悬臂边跨合拢落梁中跨合拢斜拉桥自架设悬臂施工示意图大跨度PC连续梁桥现场施工图大跨度PC连续梁桥的施工比T型刚构和连续刚构桥要复杂：1、悬臂浇筑节段形成主梁的过程2、体系转换和拆除临时固结落梁的过程，即由对称的单“T”静定结构转变为超静定结构。3、梁体结构产生较为复杂的内力和位移变化。二、大跨度PC连续梁桥施工力学根据连续梁桥施工及其力学特点，分为：1、空间域的施工力学2、时间域的施工力学1、空间域的施工力学分析根据桥梁模型几何变化的特点，分为三种施工过程的力学仿真分析：（1）悬臂浇注阶段（2）合拢阶段（3）落梁阶段（1）悬臂浇注施工力学分析（2）合拢施工力学分析a、桥梁合拢施工后，结构成为超静定体系b、预应力荷载、砼收缩徐变将产生赘余力，即所谓的‘二次内力矩’。综合力矩＝初预矩+二次内力矩c、荷载对应的几何模型是静定结构还是超静定结构。（3）落梁施工力学分析主墩墩顶的临时固结拆除，致使桥梁结构的边界约束变化（固结约束转为铰结约束），所产生的结构状态的改变量。弯矩分配法：利用中跨、边跨的劲度系数和传递系数计算落梁引起的内力重分布。分析桥梁施工材料性能的时间变化效应和预应力荷载随时间的变化效应。（1）弹性模量（2）徐变受荷龄期短（3）预应力损失全过程损失2、时间域的施工力学分析三、连续梁桥悬臂施工仿真计算1、施工力学仿真计算流程2、仿真计算的关键技术1、施工力学仿真计算流程兼合考虑桥梁悬臂施工的空间和时间效应，其计算流程有七项因素：(1)挂篮(支架)行走(2)块件重量(3)预应力张拉(4)预应力损失(5)损失卸载效应(6)混凝土收缩(7)混凝土徐变。大跨度PC连续梁桥施工力学仿真计算流程图2、ANSYS仿真计算的关键技术（1）预应力钢筋混凝土有限元的实现（2）梁体节段施工的单元累计（1）预应力钢筋混凝土有限元的实现a、桥梁预应力混凝土有限元的特点桥梁实体板梁是长厚比很大的薄板，横截面划分稍密，纵向节点将几何级数增加。b、组合式RC有限元借鉴节点耦合理论，根据有限元法分片插值的基本思想，将PC体元内预应力筋作为空间杆单元，预应力筋和混凝土的相互作用通过杆单元的节点力综合表现。四、实例介绍某京杭运河特大桥为80＋140＋80m三跨预应力混凝土变截面连续梁桥，共19个悬臂块，83个施工阶段。-50-40-30-20-100梁段号挠度（mm）理论值-44.7-39.40-24.50-13.20-5.88-0.350.00-0.35-5.88-13.20-24.50-39.40-44.70测量值-41-37.50-24.40-13.00-7.40-0.340.00-0.33-5.60-12.60-22.80-36.40-40.00191815129202912151819-5.05.015.025.035.0梁段号挠度（mm）理论值38.032.118.49.74.30.20.00.24.39.718.432.138.0测量值27.214.413.16.94.80.30.00.34.610.316.127.831.5191815129202912151819悬臂混凝土浇注、预应力筋张拉的挠度效应-11-1919梁段号挠度（mm）理论值0.0012.1015.2017.5012.005.980.100.00-0.03-1.31-2.00-2.78-3.40-3.50测量值0.009.409.1011.109.304.500.100.00-0.03-2.90-6.00-6.80-10.00-9.50221918151292029121518190102030梁段号挠度（mm）理论值0.002.603.234.294.233.481.120.001.110.84.1611.716.416.9测量值0.000.500.203.805.702.851.000.0015.713.311.320.120.622191815129202912151819边、中跨合拢引起的梁体挠度效应比较落梁施工引起梁体挠度效应比较-100-80-60-40-2002040梁段号挠度（mm）理论值0.010.613.819.720.717.65.90.0-6.2-22.3-31.6-40.8-50.0-53.0测量值0.00-2.20-0.906.307.503.90-3.00-9.50-15.30-29.30-50.70-65.70-73.10-86.9022191815129202912151819五、仿真计算的关键点1、材料参数的选取混凝土弹模：至少需提供28d的实测弹模徐变系数：一般误差在20％预应力损失系数：设计规范孔道摩阻系数过低，需提高1.5～2.0倍。2、施工结构力学分析（1）落梁施工的内力重分布效应计算比较困难。落梁施工阶段的位移应在理论计算值的基础上考虑在支座处10mm的下沉。（2）对超长索张拉计算时，估计偏高在15％的范围内。谢谢！！