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基于有限元模型的大跨径变高度桥梁施工方法设计
李 恒
（中交路桥北方工程有限公司，100011，北京）
摘 要： 在大跨径变高度连续刚构桥梁建设的过程中，由于常规的施工方法对外界因素的把控并不准确，
导致桥梁建设的抗干扰能力比较差，因此，提出基于有限元模型的大跨径变高度桥梁施工方法设计。采用有
限元分析法建立桥梁结构有限元模型，使其满足整体结构平衡要求，结合应力观测和挠度观测两方面，通过
设计观测方案获得施工相关参数并设计施工方案，依据该方案严格执行，完成桥梁的整体施工。通过试验结
果表明，在相同的试验参考案例下，设计的桥梁施工方法在不同程度的外界温度和施工材料弹性模量的影响
下，均能保持较高的抗干扰性能，箱梁挠度变化在 0.10 m以内，该方法适合应用在实际建设工程中。
关键词：连续刚构；桥梁施工；大跨径；仿真分析
中图分类号：U 44 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)06-0700-04
Study on conStruction releaSe of continuouS rigid Bridge with long Span
and variaBle height
LI Heng
(CCCC North Engineering Co., Ltd.,100011, Beijing, China)
abstract: In the process of continuous rigid analysis of bridge construction with long-span and
variable height, the conventional construction method is not strict to control external factors, which
leads to the poor anti-interference ability of bridge construction. Therefore, this paper proposes a
method design of construction of long-span and variable height Bridge Based on finite element model.
The finite element model of bridge structure is established by finite element analysis method to
meet the requirements of overall structure balance. Combining with stress observation and deflection
observation, the relevant parameters of construction are obtained through the design observation
scheme, and the construction scheme is designed. According to the scheme, the whole construction
of the bridge is completed. The experimental results show that under the same experimental reference
cases, the designed bridge construction method can maintain high anti-interference performance under
the influence of different degrees of external temperature and elastic modulus of construction materials.
The deflection of box girder changes within 0.10 m, which is suitable for practical construction
projects. Keywords: continuous rigid frame; bridge construction; long-span; simulation analysis
1 工程概况
采用有限元分析方法，分解连续刚构桥梁结构，
获得有限个单元，主要目的是模型化桥梁结构，建立
起桥梁整体的平衡关系，通过对不同施工状态的模拟，
更好地分辨和分析不同的施工状态
[1]。
在模型化处理后，依据结构受力情况，将建立的
模型结构通过离散操作切换分为多个有效的单元体，
在完成离散操作后，对不同施工状态的单元进行特性
分析
[2]。
在分析前，根据大跨径桥梁建设需求确定位移模 式，将应力矩阵定义为
{η
}，应变矩阵定义为 {γ
}，
所构建的模型内结点位移矩阵定义为 {σ
}
e，则得到基
于桥梁模型内各个单元导出的各项关系式如下：
{ } [ ] {} = ασ e N （1）
{ } [ ] { } = γσ e A （2）
{ } [ ][ ] { } = ησ e QA （3）
式 中：[ N
]为位置坐标的函数， {α
} 为位移列阵，
[A
]为单元应变矩阵， [Q
]为施工材料的弹性矩阵。
上述导出的各项关系式中，式（ 2）则是由式（1）与
几何方程相结合推导出的，基于以上公式即可建立起
桥梁结构模型内结点力与位移之间的关系，得到的关
系式同时也是大跨径刚构桥梁整体结构的平衡方程：
收稿日期：2023–02–24
作者简介：李恒（1972—），男，河北廊坊人，高级工程师， e-ma
il： 496169108@qq.com.
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Architecture Technology
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Vol.54 No.6 Mar. 2023
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{} [] {}σ = e
ee DG （4）
式中：[ G
]
e为大跨径桥梁结构有限元模型中单元
刚度矩阵， {D
}
e为有限元模型中的等效结点力，导
出该函数：
[ ] [][ ][ ] =∫∫∫
eT G A Q A dxdydz （5）
将经过上述过程得到的离散化连续体作集成处
理，要求所有单元节点处邻接触的位移相同，建立联
合方程组，得到桥梁结构有限元模型为：
{ } {} [] =Gw W （6）
式中：{ w
} 表示整个大跨径刚构桥梁结构的节点
位移向量， [G
]和 {W
}分别表示整个模型的总刚度矩
阵和总荷载向量。在适当修改上述方程后，即可求解
出上述方程，得到单元应力，以便向桥梁模型施加预
应力和荷载，仿真出满足整体
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