大跨度連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)參數(shù)影響性分析

仇天天,吳 哲,吳 賓

(浙江大港橋梁科學(xué)研究有限公司，杭州 310012)

大跨度連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)參數(shù)影響性分析

仇天天,吳 哲,吳 賓

(浙江大港橋梁科學(xué)研究有限公司，杭州 310012)

大跨徑梁橋施工工序繁多，影響參數(shù)較多，而對(duì)施工參數(shù)的準(zhǔn)確把握對(duì)最終合理的成橋狀態(tài)也起著關(guān)鍵作用。以某大跨度連續(xù)鐵路梁橋?yàn)槔?，借助有限元分析軟件Midas/Civil 建立該橋的計(jì)算模型，結(jié)合模型對(duì)施工控制中涉及的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，并研究了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)成橋受力和變形的影響。按照各個(gè)參數(shù)對(duì)成橋狀態(tài)的作用大小判別出主、次影響因素，并概括出規(guī)律，為今后同類型橋梁的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

大跨度連續(xù)梁橋；參數(shù)分析；施工控制

0 引 言

橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)包含了與橋梁整體狀況變化密切相關(guān)的因素，改變參數(shù)必將對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生影響，而使施工過(guò)程中的真實(shí)狀況無(wú)限的接近于目標(biāo)狀態(tài)是施工控制的最終目標(biāo)[1]。由于在大跨度連續(xù)梁橋的整個(gè)施工過(guò)程中，流程繁瑣，現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，影響因素較多，所以在施工控制中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形變化規(guī)律極為復(fù)雜，難以把握[2-3]。所以，在橋梁的施工監(jiān)控中，有必要對(duì)引起結(jié)構(gòu)變化的參數(shù)進(jìn)行歸納和分類，并對(duì)結(jié)構(gòu)的影響大小進(jìn)行誤差分析，以便得到滿意的成橋效果[4]。本文以某大跨度連續(xù)鐵路梁橋?yàn)檠芯磕繕?biāo)并結(jié)合有限元模型，分析了主梁剛度、主梁截面面積、主梁自重、施工荷載、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力等參數(shù)的變化對(duì)成橋狀態(tài)的影響程度。

1 工程概況

該橋是一座跨徑組合為(50+90+90+50)m四跨雙幅四線鐵路梁橋，單幅全寬10.64m，設(shè)計(jì)為主通航孔，橋梁全長(zhǎng)279.8m。上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用樁接承臺(tái)基礎(chǔ)。梁體采用C50的高性能混凝土，封錨采用C50的補(bǔ)償收縮混凝土。主梁最大懸臂長(zhǎng)度45m，共分11個(gè)懸臂節(jié)段施工，其中0#塊長(zhǎng)度12m，1～4#塊長(zhǎng)度3.0m，5～8#塊長(zhǎng)度3.5m，9～11#塊長(zhǎng)度4.0m，中、邊跨的合攏段長(zhǎng)度均為2.0m。橋梁設(shè)計(jì)使用年限為100年，最高行車速度為120km/h，列車豎向靜活載采用ZK活載。橋型布置圖如圖1所示。

2 空間有限模型的建立

根據(jù)橋梁的真實(shí)狀況以及主要設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)用橋梁計(jì)算軟件Midas/Civil 建立了完整的仿真計(jì)算模型，全橋共計(jì)100個(gè)單元，106個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中主梁采用C50混凝土，容重取26.0kN/m3；預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-φs15.2mm、12-φs15.2mm鋼絞線，張拉控制應(yīng)力均為1320MPa；主梁、橫隔板均采用梁?jiǎn)卧M，邊界條件采用一般支承模擬。為了確保施工過(guò)程的安全和精確，全橋共劃分48個(gè)階段，其計(jì)算模型如圖2所示。

圖1 橋型布置圖(單位：cm)

圖2 Midas/Civil計(jì)算模型

3 參數(shù)影響性分析

在借助模型的分析計(jì)算中，為了真實(shí)的模擬出參數(shù)變化對(duì)成橋體系的影響，通過(guò)修改彈性模量、截面面積、容重、掛籃和合攏吊架荷載、加載齡期和張拉控制應(yīng)力等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5-6]。

3.1 主梁剛度變化影響分析

圖3 主梁上緣應(yīng)力變化

圖4 主梁下緣應(yīng)力變化

由圖3和圖4可知，主梁的上、下緣應(yīng)力在不同剛度變化情況下有所差異，剛度變化越大主梁應(yīng)力則變化越大，變化最大值均為0.06MPa，但出現(xiàn)在不同截面位置處，對(duì)應(yīng)的變化幅度均為0.75%，且變化幅度均不足1%。

圖5 主梁豎向位移變化

從圖5可以看出，隨著主梁剛度變化量的增大，豎向位移的變化值也隨之增大且位移隨主梁剛度的增大而減少。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，且邊跨較中跨影響更為敏銳。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)是關(guān)于橋墩基本對(duì)稱且數(shù)值大小也基本相同，且當(dāng)剛度變化范圍為±10%時(shí)變化最大，其值分別為1.38mm和-1.69mm，對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為7.02%和8.60%。

3.2 主梁截面變化影響分析

圖6 主梁上緣應(yīng)力變化

圖7 主梁下緣應(yīng)力變化

從圖6和圖7可以看出，主梁的上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)基本一致，即應(yīng)力隨截面面積的增加而減小。且在不同截面面積變化情況下變化不同，截面面積變化越大主梁應(yīng)力則變化越大，最大變化值均為-0.77MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為11.24%和10.05%，且均出現(xiàn)在主墩和主跨跨中截面處。

圖8 主梁豎向位移變化

從圖8可以看出，隨著截面面積的增大，主梁豎向位移的變化值也相應(yīng)的增大且位移隨主梁截面的增加而增大。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，邊跨位移波動(dòng)較小，而中跨位移波動(dòng)較大，表明中跨位移較邊跨位移對(duì)截面面積更敏感。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)是關(guān)于橋墩基本對(duì)稱且數(shù)值大小也基本相同，且當(dāng)面積變化范圍為±10%時(shí)變化最大，其值為±0.33mm，對(duì)應(yīng)的變化幅度為4.49%，發(fā)生在主跨跨中位置處。

3.3 主梁自重變化影響分析

從圖9和圖10可以看出，主梁的上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)正好相反，即上緣應(yīng)力隨自重的增加而減小，下緣應(yīng)力隨自重的增加而增大。但自重變化越大主梁應(yīng)力則變化越大，變化最大值分別為-0.87MPa和0.97MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為14.19%和11.95%，且都發(fā)生在主墩位置處。

圖9 主梁上緣應(yīng)力變化

圖10 主梁下緣應(yīng)力變化

圖11 主梁豎向位移變化

從圖11可以看出，主梁豎向位移隨主梁自重的增加而增大，自重變化越大主梁位移則變化越大。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，且在邊跨和中跨跨中位置變化最大，其值分別為±4.55mm和±5.41mm，與其對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為23.14%和37.78%。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)是關(guān)于橋墩基本對(duì)稱且數(shù)值大小也基本相同。

3.4 施工荷載變化影響分析

圖12 主梁上緣應(yīng)力變化

圖13 主梁下緣應(yīng)力變化

從圖12和圖13可以看出，主梁的上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)正好相反，即上緣應(yīng)力隨施工荷載的增加而減小，下緣應(yīng)力隨施工荷載的增加而增大。但施工荷載變化越大主梁應(yīng)力則變化越大，最大變化值分別為0.05MPa和±0.06MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為0.74%和0.73%，且變化幅度均不足1%。

圖14 主梁豎向位移變化

從圖14可以看出，隨著施工荷載的增加，主梁豎向位移的變化值也相應(yīng)的增大且位移隨施工荷載的增加而減少。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，且中跨主梁位移較邊跨主梁位移變化更顯著。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)是關(guān)于橋墩基本對(duì)稱且數(shù)值大小也基本相同，且當(dāng)施工荷載變化范圍為±10%時(shí)變化最大，其值為±1.16mm，對(duì)應(yīng)的變化幅度為43.28%，發(fā)生在主跨跨中截面附近。

3.5 混凝土收縮徐變變化影響分析

圖15 主梁上緣應(yīng)力變化

圖16 主梁下緣應(yīng)力變化

從圖15和圖16可以看出，主梁的上、下緣應(yīng)力在不同收縮徐變天數(shù)下變化不同，且均在收縮徐變3天時(shí)應(yīng)力變化最大，其值分別為-0.05MPa和0.04MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為0.67%和0.52%，且變化幅度均不足1%。

圖17 主梁豎向位移變化

從圖17可以看出，主梁豎向位移在不同收縮徐變天數(shù)下變化不同，收縮徐變天數(shù)變化越大主梁位移則變化越大。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，且邊跨位移較中跨位移變化較大，表明邊跨位移比中跨位移受收縮徐變的影響更顯著。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)是關(guān)于橋墩基本對(duì)稱，且當(dāng)收縮徐變天數(shù)為3天時(shí)變化最大，其值為0.55mm，對(duì)應(yīng)的變化幅度為2.80%。

3.6 預(yù)應(yīng)力變化影響分析

圖18 主梁上緣應(yīng)力變化

圖19 主梁下緣應(yīng)力變化

從圖18和圖19可以看出，主梁的上、下緣應(yīng)力變化趨勢(shì)相同，即主梁應(yīng)力隨預(yù)應(yīng)力的增加而增大，但發(fā)生的位置不同。上緣應(yīng)力最大變化值為1.68MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度為21.65%，且發(fā)生在主墩附近位置處；下緣應(yīng)力變化最大值為1.02MPa，對(duì)應(yīng)的變化幅度為12.86%，且發(fā)生在主跨跨中位置處。

由圖20可知，主梁豎向位移隨預(yù)應(yīng)力的增加而減小，預(yù)應(yīng)力變化越大主梁位移則變化越大。主梁豎向位移在全橋范圍內(nèi)均產(chǎn)生了不同程度的影響，且在邊跨和中跨跨中位置變化最大，其值分別為-2.63mm和-4.90mm，與其對(duì)應(yīng)的變化幅度分別為21.75%和34.22%。主梁豎向位移變化值的變化趨勢(shì)關(guān)于橋墩基本對(duì)稱且數(shù)值大小也基本相同。

圖20 主梁豎向位移變化

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)不同的參數(shù)變化對(duì)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的影響分析，得出以下結(jié)論：

(1)在各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)中，主梁自重和預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移影響最大；而除了主梁截面偏差對(duì)分析結(jié)果有一定的影響外，其余各參數(shù)偏差對(duì)其應(yīng)力的結(jié)果影響甚微，變化幅度均不足1%，基本可以忽略不計(jì)，但位移均產(chǎn)生了不同程度的變化，而施工荷載對(duì)位移的作用最大。

(2)通過(guò)對(duì)自重的參數(shù)分析，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形對(duì)主梁自重的變化靈敏性較高，但自重對(duì)主梁線形的影響更為顯著。因此在施工現(xiàn)場(chǎng)要嚴(yán)格的控制材料的容重與理論值的誤差，使其符合設(shè)計(jì)要求。

(3)通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力的參數(shù)分析，預(yù)應(yīng)力的變化對(duì)主梁應(yīng)力及線形控制影響明顯，因此在施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格仔細(xì)操作，保證預(yù)應(yīng)力張拉到位。

(4)隨著混凝土收縮徐變天數(shù)的縮短，成橋線形的控制就變得越發(fā)困難，而加載齡期對(duì)后期結(jié)構(gòu)的受力和變形起著關(guān)鍵性作用，因此有必要按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和施工進(jìn)度來(lái)增加混凝土收縮徐變天數(shù)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度再施工。

[1]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]蘇智.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的施工仿真計(jì)算和參數(shù)影響分析[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2005.

[3]向東剛.高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制及影響參數(shù)分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2014.

[4]柴尚鋒.客運(yùn)專線大跨度連續(xù)施工監(jiān)控與參數(shù)影響敏感性分析研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué),2012.

[5]孫艷艷.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工仿真計(jì)算和影響參數(shù)分析[D].重慶：重慶大學(xué),2012.

[6]陳焰焰.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋靜力仿真計(jì)算及設(shè)計(jì)參數(shù)影響分析[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2010.

InfluenceAnalysisofStructuralParametersofLongSpanContinuousBeamBridge

QIU Tian-tian，WU Zhe，WU Bin

(Zhejiang Port Bridge Science Research Co., Ltd., Hangzhou 310012,China)

The long span girder bridge has many construction procedures and many influencing parameters, and the accurate grasp of construction parameters also plays a key role in the final reasonable bridge forming state. The author of a long span continuous railway bridge as an example, using finite element analysis software Midas/Civil to establish the calculation model of the bridge, combined with the model has carried on the analysis to the related parameters of construction control, and study the different structure parameters of stress and deformation of the impact on the bridge. According to the effect of each parameter on the condition of the completed bridge, the main and secondary influencing factors are identified, and the rules are summarized, which will provide some reference for the design and construction of the same type of bridge in the future.

Long-span continuous beam; parameter analysis; construction control

U448.215

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.03.001

1671-234X(2017)03-0001-06

2017-05-27

仇天天(1990-)，男，黑龍江嫩江人，碩士，E-mail：1073682673@qq.com。