大跨度连续梁桥施工阶段受力特性数值模拟分析

一、引言

大跨度连续梁桥以其独特的结构优势 代桥梁建设中得到广泛应用。与其他桥型相比，大跨度连续梁桥具有较好的整体性和稳定性，能够 适应复杂的地形条件 在交通基础设施建设不断发展的背景下，对大跨度连续梁桥的需求 到关注。施工阶段是桥梁结构形成的关键时期，该阶段桥梁结构的受 到成桥后的结构性能和安全性。数值模拟作为种有效的分析手段，能够对大跨度连续 阶段的受力特性进行深入研究，为施工过程的优化和控制提供科学依据，确保桥梁施工的顺利进行和结构的安全可靠。

二、大跨度连续梁桥的特点与施工方法

（一）结构特点

大跨度连续梁桥上部结构连续，通过支座传力[1]。自重作用下，跨中为正弯矩，支点为负弯矩且通常更大，内力分布较简支梁更均匀，利于材料发挥作用。其为超静定结构，行车更平顺，但非线性温度变化、预应力、混凝土收缩徐变及基础沉降等会引发附加内力。

（二）常见施工方法及其影响

• 悬臂浇筑法：从桥墩两侧对称逐段浇筑，完成一段后张拉预应力并移动挂篮[2]。合龙前呈 T 构静定状态，受力类似悬臂梁，随悬臂增长，根部弯矩和剪力增大，结构体系与内力不断变化，正负弯矩可能交替。

• 悬臂拼装法：将预制梁段悬臂逐段拼装，施工较快但对预制和拼装精度要求高。拼装中连接质量影响体受力，受力状态与悬臂浇筑法类似，体系随拼装逐步转换。

不同的施工方法在施工过程中会使桥梁结构呈现出不同的受力状态，因此在进行数值模拟分析时，需要根据具体的施工方法准确模拟结构的受力过程和体系转换。

三、数值模拟在大跨度连续梁桥施工阶段的重要性

（一）弥补理论分析不足

大跨度连续梁桥结构复杂，理论分析难全面考量施工中边界条件变化、荷载动态作用及混凝土收缩徐变等因素。数值模拟通过建立详细模型纳入这些因素，更真实反映施工阶段受力。

（二）优化施工方案

模拟不同施工顺序、工艺及参数下的结构受力与变形，对比评估方案优劣，为优化提供依据，如选择最优合龙顺序以减小内力和变形，提高安全性。

（三）指导施工控制

为施工控制提供理论计算值，与监测数据对比，及时发现偏差并调整，确保施工中结构受力和变形符合设计，实现成桥目标。

四、大跨度连续梁桥施工阶段受力特性数值模拟方法

（一）有限元方法概述

有限元方法是目前大跨度连续梁桥施工阶段受力特性数值模拟中应用最为广泛的方法[13]。其基本思想是将连续的结构离散为有限个单元，通过对每个单元的力学分析，再将各单元的结果进行组装，从而得到整个结构的力学响应。在大跨度连续梁桥的模拟中，常用单元有：梁单元适用于主梁等一维构件，计算高效，反映整体受力；板单元模拟桥面板等二维结构，考虑平面内受力；实体单元体现三维受力，适用于复杂部位分析，但计算量大。

（二）模型建立过程中的关键问题

• 单元选择与网格划分：根据桥梁结构的特点和分析目的，合理选择单元类型。在网格划分时，需兼顾计算精度和计算效率。对于关键部位，如悬臂根部、合龙段等，应适当加密网格，以提高计算精度；而对于一些对整体结果影响较小的区域，可采用相对稀疏的网格 。

• 材料参数确定：准确确定材料的力学参数是保证模拟结果准确性的关键。混凝土的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数，以及预应力钢筋的弹性模量、屈服强度等参数，需根据实际使用的材料通过试验或参考相关规范确定。同时，还需考虑材料参数随时间的变化，如混凝土的收缩徐变（三）施工过程模拟步骤

• 确定施工工况：根据实际施工顺序，将施工过程划分为若干个施工工况。每个工况包括挂篮移动、混凝土浇筑、预应力张拉、体系转换等具体施工操作 。

• 荷载施加与计算：针对每个施工工况，按照实际情况施加相应的荷载，如结构自重、施工荷载、预应力荷载等。在施加预应力荷载时，需考虑预应力损失的影响。然后，采用有限元软件对每个工况下的结构进行力学计算，得到结构的内力、应力和变形等结果 。

五、影响大跨度连续梁桥施工阶段受力特性的因素

（一）材料特性

混凝土收缩徐变：混凝土的收缩和徐变是一个长期的过程，在大跨度连续梁桥施工阶段及成桥后的运营阶段都会对结构受力产生影响。在施工阶段，混凝土收缩徐变会导致结构的内力重分布，使预应力损失增加，影响结构的变形和应力状态。例如，在悬臂浇筑施工过程中，早期浇筑的梁段由于混凝土收缩徐变，会对后续梁段的施工产生影响，导致结构的实际受力状态与设计预期产生偏差 。

： 钢材性能：对于预应力钢筋，其弹性模量、松弛性能等对结构的预应力效果有重要影响。预应力钢筋的松弛会导致预应力损失，降低结构的承载能力。此外，钢材的屈服强度和极限强度等性能指标也直接关系到结构在施工阶段和使用阶段的安全性 。

（二）施工荷载

• 挂篮荷载：在悬臂浇筑施工中，挂篮是重要的施工设备。挂篮的自重以及在其上进行的施工操作所产生的荷载，会对悬臂梁段的受力产生影响。挂篮荷载的大小和分布情况会随着施工进度的推进而发生变化，在数值模拟中需准确模拟其对结构的作用 。

： 人群及设备荷载：施工过程中，桥上的施工人员、施工设备等会产生临时荷载。这些荷载虽然在整个结构受力中所占比例相对较小，但在某些关键施工阶段，如在进行预应力张拉等操作时，其对结构局部受力的影响可能不可忽视，在模拟中也应予以考虑 。

（三）温度变化

： 均匀温度变化：结构整体的均匀温度变化会引起桥梁结构的热胀冷缩。在大跨度连续梁桥中，由于梁体较长，均匀温度变化产生的纵向变形较大。若结构的约束条件限制了这种变形，就会在结构内产生附加应力，对结构的受力产生影响 。

• 非线性温度梯度：太阳辐射等因素会导致桥梁结构产生非线性温度梯度，使得梁体的不同部位温度不同。这种温度差异会引起梁体的翘曲和弯曲变形，产生温度应力。在施工阶段，非线性温度梯度对结构的内力和变形影响较为复杂，在数值模拟中需精确考虑其分布规律 。

六、结论

大跨度连续梁桥施工阶段的受力特性复杂，受到多种因素的影响。数值模拟作为一种有效的分析手段，在研究大跨度连续梁桥施工阶段受力特性方面具有重要意义。通过合理选择数值模拟方法，准确建立模型，考虑各种影响因素，能够为大跨度连续梁桥的施工方案优化、施工控制提供有力的支持。随着科技的不断进步，对大跨度连续梁桥施工阶段受力特性的数值模拟研究将朝着多物理场耦合分析、精细化模型与参数研究以及实时监测与数值模拟融合的方向发展，为桥梁工程的建设提供更坚实的理论基础和技术保障。

参考文献

[1] 翟云锋.非对称连续梁桥施工过程力学性能分析及预拱度设置[J].安徽建筑,2025,32(07):64-67.

[2] 陈志亮.钢混连续梁桥数字施工技术优化与应用[J].粘接,2025,52(08):170-172+176.

[3] 李宏远.简支变连续梁桥施工控制参数敏感性分析[J].建筑机械,2025,(07):235-238.

作者简介：肖雯雯 (1991.10-) ，女，汉族，山东烟台福山区人，大专，建设工程助理工程师，研究方向：道路桥梁。