大跨度连续刚构桥梁施工技术参数分析
摘要：大跨度预应力混凝土连续刚构桥的实际施工过程中，由于受环境和施工技术的影响，对桥梁结构的受力状态产生很大影响。文章以某在建桥梁为依托，分析了桥梁截面特性、容重、预张力误差、收缩徐变等参数的变化对桥梁结构受力的影响程度。
关键词：结构刚度；预应力；收缩徐变；参数分析；连续刚构
预应力混凝土连续刚构桥是在预应力混凝土连续梁桥和T型刚构桥基础上发展起来的墩梁固结的一种新型连续结构。因其无需设置支座和伸缩缝、行车平顺、施工方便、跨越能力强，在我国得到了广泛的应用。从受力角度，连续钢桥有很强的抗弯刚度和抗扭刚度，同时较高的薄壁墩适应了结构由预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移，满足了特大跨径桥梁的受力要求。在实际施工过程中，受环境和施工技术的影响，桥梁结构的实际状态不能与设计理想状态吻合，需要在施工过程中对桥梁的状态进行控制。
一、工程概况
所选大桥为高墩大跨度预应力混凝土连续钢桥桥，跨径设置为78m+135m+78m，桥面纵坡为单向3.1％，无竖曲线，桥面横坡为双向2％。上部结构箱梁为双向预应力结构，采用单箱单室截面，箱梁顶板宽8.5m，底板宽5.5m，箱梁跨中梁高3m，墩顶0号梁段高为8m。从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化。设计荷载等级为汽车-20级，挂车-100级。主墩采用双薄壁墩身与单箱形墩身相结合的形式，两主墩高分别96m和100m。
二、分析模型的建立
桥梁的计算分析分别采用了桥梁博士和MIDAS两种分析软件进行正装模拟分析。全桥共分为128个单元。全桥结构有限元三维模型如图1所示。计算分析时，不考虑基础的沉降、偏移，不考虑承台和桩基与土的联合作用，墩底设置成固结；箱墩与薄壁墩连接处以及薄壁墩与梁部连接处采用刚性连接。梁部每个施工节段，分为混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮移动四个工况。
三、技术参数敏感性分析
（一）结构自重的影响
在桥梁施工过程中，结构自重出现误差是最常见的事情，并且有不少桥梁误差还比较大，如天津永和桥的自重误差就达5％以上。混凝土的容重偏大以及施工过程中模板的胀模现象是出现自重误差的主要原因。由于现在桥梁结构设计中钢筋数量普遍偏多，实际施工中钢筋混凝土的容重就偏高，而设计规范中的取值则偏低。施工过程中，模板的放样也存在很大的误差，加上模板有一定的刚度，容易出现胀模现象，这些都有可能导致结构截面尺寸偏大，造成结构自重增大。根据国内外多座桥的经验，桥梁结构自重普遍超过设计值，超出幅度在5％左右。现考虑全桥结构自重增大5％，计算成桥状态下的挠度和应力差值如图2、图3所示。从图2、图3中可看出，结构自重误差对主梁的挠度影响比较明显，对主梁截面的应力影响也比较大，不容忽视。基于结构自重对桥梁的较大影响，在监控过程中要对其进行必要的参数估计和调整。
（二）结构刚度的影响
结构的刚度主要由结构材料的弹性模量E、截面几何特性A和I以及结构的支撑条件来决定。在实际施工中，只有支撑条件是不会变的，而弹性模量E和截面的几何特性都会发生变化，与设计值总存在一定的差异。施工中的混凝土强度普遍偏高，导致弹性模量往往要比规范的取值大，根据实际经验，弹性模量一般偏高10％左右。在成桥状态下，主梁的挠度、应力变化值如图4、图5所示。
图4显示，在混凝土弹性模量E增加10％的情况下，结构主梁的挠度都减小了10％左右。混凝土弹性模量与结构变形大小基本上成反比例关系。图5显示，在混凝土弹性模量E增加10％的情况下，主梁截面应力变化较小，变化幅度不到1％。
（三）预应力误差的影响
预应力误差主要有两种误差，一是施加预应力时存在的初始控制应力误差，二是预应力损失计算的误差。假设初始控制应力减少10％，成桥状态下主梁的挠度、应力差值如图6、图7所示。
从图6、图7可以看出，初始施加预应力误差对主梁挠度影响非常大，对主梁截面应力的影响也是非常大的。
（四）收缩徐变的影响
在桥梁施工过程中，混凝土养护龄期短，收缩徐变较大，容易产生较大变形，对施工控制有较大影响，甚至产生裂缝。现有的计算理论都不能较好地反映其演化历程，即使施工时考虑了收缩徐变问题，但许多桥梁在运行多年甚至才几年时间，就出现了跨中严重下挠的现象。本文仅从环境湿度误差来分析混凝土收缩徐变对对结构的影响程度。三种环境下的徐变系数比较如图8所示。
研究发现，不同的相对湿度对主梁挠度影响比较大，并且影响的大小随混凝土龄期的增大而增大；相对湿度对主梁截面应力有一定影响，并且随着时间增长，其差别大小也在增长，但相对于挠度来说其变化敏感性不大。
四、结论
结构自重误差在大跨度桥梁中普遍存在，并且对结构的变形和应力影响都很大，施工中应严格控制自重误差。
混凝土的弹性模量与结构变形大小成反比例关系，弹性模量的变化幅度直接影响结构变形的变化幅度。弹性模量的变化对结构的应力影响较小。
无论是初始张拉应力误差还是预应力损失误差对结构变形和应力的影响都相当大。在施工控制中应严格控制初始应力，正确估计预应力损失影响参数。
收缩、徐变对结构的影响主要表现在主梁的变形上，对跨中挠度的影响很明显，并且混凝土的龄期越长，影响越大。收缩徐变产生对结构应力有一定的影响，时间越长，徐变越大，结构应力变化就越大，但相对于挠度来说，变化幅度比较小。
参考文献：
1、向中富.桥梁施工控制技术[M].人民交通出版社,2001.
2、颜东煌.斜拉桥合理设计状态确定与施工控制[D].湖南大学,2001.
3、车惠民,邵厚昆,李霄萍.部分预应力混凝土[M].西南交通大学出版社,1992.
4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62－2004)[M].人民交通出版社,2004.
5、李乔.混凝土结构设计原理[M].中国铁道出版社,2001.
6、王跃西.混凝土收缩徐变对施工控制的影响[J].甘肃科技,2007(1).
7、刘三元,曹阳,王波等.薄壁墩混凝土水化热及收缩徐变分析[J].世界桥梁,2006(3).
8、王培金,盛洪飞,赵尚栋.大跨连续钢桥桥预应力混凝土箱梁的长期挠度预测探讨[J].公路交通科技,2007(1).
9、杨志平,朱桂新,李卫.预应力混凝土连续钢桥桥挠度长期观测[J].公路,2004(8).
（作者单位：王建宏，上海市第二市政工程有限公司；金红艳，黄石理工学院土木建筑工程学院；周新坤，浙江建正工程咨询有限公司）
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