連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度設(shè)計方法研究

安坤

（錦州鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧錦州 121000）

連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度設(shè)計方法研究

安坤

（錦州鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧錦州 121000）

連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制主要通過合理設(shè)置預(yù)拱度來實現(xiàn)，通過系統(tǒng)分析影響連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度設(shè)置的多種因素，根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形和時間的不同，將預(yù)拱度分為施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度，根據(jù)連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，提出了施工預(yù)拱度各種影響因素的計算原理。

連續(xù)剛構(gòu)橋 預(yù)拱度 成橋預(yù)拱度 余弦曲線分配法

很多大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在通車運(yùn)行過程中出現(xiàn)跨中的下?lián)线^大及橋面線形成波浪曲線變化等問題。主要的原因是預(yù)拱度設(shè)置不合理，所以有必要對連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)拱度設(shè)置進(jìn)行認(rèn)真深入的研究。

1 影響預(yù)拱度的主要因素

連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)拱度可分為施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度。設(shè)置施工預(yù)拱度主要是為消除施工過程中各種何在對線形的影響。成橋預(yù)拱度主要是為消除后期運(yùn)營過程中的收縮徐變、后期預(yù)應(yīng)力的損失、活載變形等而設(shè)置。

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在大多數(shù)情況下的施工方法，基本上都是采用掛籃懸臂施工法。預(yù)拱度設(shè)置時，考慮的主要影響因素如表1所示。

表1 連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度的主要影響因素

圖1 成橋預(yù)拱度的分配曲線

2 設(shè)置施工預(yù)拱度的原理和計算方法

2.1 結(jié)構(gòu)的自重作用、預(yù)應(yīng)力作用下的預(yù)拱度設(shè)置

結(jié)構(gòu)自重的計入方法是本節(jié)段塊件生成后和以后各階段撓度的累計值，特點是先澆段完成本身自重變形，不再對后澆段起到影響：預(yù)應(yīng)力作用的計入方法是本次澆筑梁段及后澆筑梁段縱向預(yù)應(yīng)力張拉后對該點撓度的影響值，特點是需要計入后張拉應(yīng)力對已生成節(jié)段產(chǎn)生的影響。因此結(jié)構(gòu)節(jié)段i在自重的作用下預(yù)拱度數(shù)值∑f1i為：

∑f1i=fi1+f1

i+1+f1i+2+…+f1

n（上標(biāo)1表示結(jié)構(gòu)的自重影響）節(jié)段i在預(yù)應(yīng)力作用下預(yù)拱度值∑f2i為：∑f2i=fi2+f2

i+1+f2i+2+…+f2

n（上標(biāo)2表示預(yù)應(yīng)力作用影響）

2.2 體系轉(zhuǎn)換、二期恒載的預(yù)拱度設(shè)置

施工過程中的體系轉(zhuǎn)換，大多采用壓重或頂推的方法。壓重時，與結(jié)構(gòu)等量的配重隨著梁部結(jié)構(gòu)的合攏而同步拆除，施工預(yù)拱度值要剔除其所產(chǎn)生的影響，但是為了保證合攏段兩端的標(biāo)高的一致，附加配重一定要等到合攏段混凝土達(dá)到規(guī)定放人強(qiáng)度后才卸載。

結(jié)構(gòu)加載二期恒載后經(jīng)過計算所產(chǎn)生的撓度值，按反向計入預(yù)拱度設(shè)置值中便可。

2.3 前期收縮和徐變的影響

施工階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件所產(chǎn)生的變形，可以按構(gòu)件的自重和預(yù)加力產(chǎn)生的初始彈性變形乘以［1+（t，t0）］求得。前期徐變主要是施工階段的徐變，所以，前期徐變可根據(jù)規(guī)范規(guī)定計算，收縮的影響也按規(guī)范執(zhí)行。

2.4 溫度影響

連續(xù)剛構(gòu)橋一般采用分 段施工，橋梁結(jié)構(gòu)計算模型中的荷載，含有溫度荷載。通過對施工各階段的敏感性分析，計算得到隨日照溫差變化的變形曲線后，對其進(jìn)行插值計算，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行調(diào)整。

2.5 施工荷載的影響

施工荷載主要包括掛籃自重、人員設(shè)備等荷載，屬于臨時荷載?？梢圆捎谜{(diào)整立模標(biāo)高的方法來抵消因臨時荷載引起的墩身變形，掛籃自重發(fā)生的彈性變形，以及偏載引起的轉(zhuǎn)角影響等。

3 成橋預(yù)拱度的設(shè)置原理和計算方法

3.1 經(jīng)驗曲線分配法

目前，徐變對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的影響程度，還沒有得到一個較可靠，較廣泛認(rèn)可的結(jié)論。在橋梁通車運(yùn)營過程中，徐變撓度與運(yùn)行中產(chǎn)生的幾何非線性變形耦合效應(yīng)顯著?，F(xiàn)在成橋預(yù)拱度設(shè)置的計算方法，大多根據(jù)理論計算值和經(jīng)驗值求出跨中撓度后，按某種曲線對全跨進(jìn)行分配。

根據(jù)實踐經(jīng)驗，跨中最大預(yù)拱度一般取L/1500～L/1000左右，目前成橋預(yù)拱度的曲線分配方式普遍采用二次拋物線曲線，但采用二次拋物線曲線存在如下問題：

（1）采用二次拋物線曲線作為成橋曲線，曲線的線形不順暢、不協(xié)調(diào)。如圖1所示，二次拋物線曲線，在各橋墩頂點處出現(xiàn)尖點，導(dǎo)致行車不平順。

（2）采用二次拋物線曲線與徐變計算方法的結(jié)論不相符合。計算徐變的基本方法為建立在線形徐變理論基礎(chǔ)上的徐變系數(shù)法，即應(yīng)力水平不是很高時，徐變應(yīng)變應(yīng)與應(yīng)力成正比，由于初始的彈性應(yīng)變在此范圍內(nèi)與應(yīng)力成正比，因此，徐變應(yīng)變與彈性應(yīng)變存在的比例關(guān)系。

建立數(shù)學(xué)模型通過有限元計算，中跨L/4處所產(chǎn)生的彈性變形約為跨中所產(chǎn)生變形值的1/2：所以，徐變的變形變化值應(yīng)符合類似的規(guī)律。二次拋物線曲線分配預(yù)拱度時，跨中的預(yù)拱度值與L/4處的預(yù)拱度值，它們的比值為3/4，與簡支梁橋的計算結(jié)果相近，但與連續(xù)剛構(gòu)橋理論計算值相比較，相差較大。

根據(jù)上述分析，按余弦曲線分配預(yù)拱度的方法較合理，原因為：

首先，余弦曲線在各橋墩墩頂?shù)膬汕€連接處、最大預(yù)拱度處的切線斜率均為零，滿足成橋曲線平順的要求。

其次，余弦曲線在梁的L/4處與梁體預(yù)拱度最大值處的比值為0.5，與有限元計算結(jié)果非常相近。如圖1所示坐標(biāo)系中，中跨成橋預(yù)拱度余弦曲線方程為：

y=（1-cos）

式中：L為中跨跨徑：fcz為中跨跨中成橋預(yù)拱度

邊跨成橋預(yù)拱度的設(shè)置：通過對使用理論算法進(jìn)行計算得到的結(jié)果進(jìn)行分析，我們可以得到邊跨撓度的最大值為中跨撓度的1/4，位置為3L/8處。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，中跨長度與邊跨長度的比值一般在0.52～0.60之間。橋梁在后期運(yùn)營中，橋墩墩頂會向中跨產(chǎn)生位移。由變形協(xié)調(diào)可知，轉(zhuǎn)角位移使跨中撓度向下，邊跨撓度向上。所以，邊跨成橋預(yù)拱度設(shè)置較小。邊跨可按理論計算的方法，如圖1所示，在邊跨3L/8處設(shè)置大小為fcz/4左右的預(yù)拱度，分配方式采用余弦曲線變化。

3.2 公式算法

安坤（1981—），男，漢族，遼寧錦州人，職稱是中級工程師，研究方向：橋梁工程設(shè)計。