预应力混凝土连续梁桥悬臂施工监控研究

2020-09-26刘海波刘朝辉

工程建设与设计 2020年17期

刘海波，刘朝辉

（1.中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司，辽宁大连 116033；2.湖北交投十巫高速公路有限公司，湖北十堰 442000）

1 引言

在桥梁设计时，一般都是取规定的理论值作为设计的参数以确保桥梁受力的合理性。但在实际施工时，理论值会与实际值存在一定的差异，因此，若全部按照规范所推荐的理论值指导实际的施工，将会导致实际状态与设计要求有所偏离，因此，为了使成桥后的状态与设计状态相符，必须将偏差控制在一定范围内。

2 最大悬臂状态的参数分析

2.1 混凝土容重敏感性分析

图1 最大悬臂状态下混凝土容重变化对挠度的影响

如图1 所示，最大悬臂状态下，混凝土的容重是引起自重误差的主要原因。该种误差形式呈现出偏态发布，导致系统有偏差出现。本文所依靠的背景桥梁采用的混凝土为C55 型，容重r=26kN/m3。在分析混凝土的容重敏感性时，将控制变量以上下10%的偏差作为对比组合，以研究在最大悬臂状态下主梁的挠度变化值【1】。

在桥梁合龙前，2 个T 型钢构的悬臂挠度值具有一致的变化情况，如图2 所示，并且各个主墩的T 型悬臂变化情况也一致。本文所选取的研究对象为71#墩的T 型悬臂，以对挠度与混凝土容重之间的关系进行研究分析。图1 中的10%即表示混凝土容重上升10%时所引起的挠度变化值与原来未调整混凝土容重时所引起的挠度之间的差值，-10%则表示混凝土容重降低10%时所引起的挠度与原来未调整混凝土容重时所引起的挠度之间的差值，其中，挠度降低的用正值来表示，挠度增大的用负值来表示。

图2 主梁竖直挠度变化量对比曲线

对比图1 和图2 可得到主梁挠度与混凝土容重之间的关系。主梁的挠度在混凝土容重上升时也有所增加，在9#、10#梁段存在最大的变化量为7mm，并且挠度的变化量随着两侧逐渐下降；主梁的挠度随着混凝土容重的下降而降低，且挠度变化的极值点所在位置以及数值大小与混凝土容重上升时基本相似。

2.2 混凝土弹性模量敏感性分析

当梁段的长度一定时，梁结构的刚度主要取决于结构材料的弹性模量以及几何特性等，但一般情况下，梁段的几何特性在设计阶段就已明确，因此，本文在分析敏感性时仅针对混凝土的弹性模量进行，以对结构的刚度与弹性模量之间的关系进行研究分析，主要以最大悬臂状态下的主梁位移来体现。根据文中桥梁所采用的混凝土类型，其弹性模量为E=35 500MPa。

主梁的挠度随着混凝土弹性模量的上升而下降，在9#、10#有1.5mm 的最大的挠度变化量，并且随着两侧逐渐降低；主梁的挠度随着混凝土弹性模量的下降而增加，并且挠度变化的极值以及数值与容重上升时的结果基本相似。比起容重的变化所引起的挠度变化值而言，弹性模量的变化所引起的挠度变化值较小。

2.3 预应力敏感性分析

悬臂施工时，仅有0#梁段有竖向支撑，在合龙前主要依靠钢束的预应力承担梁体自重以及施工时所产生的荷载，以确保无拉应力或仅有较小的拉应力出现在主梁内，以保证梁体不至于开裂破坏。随着不断伸长的悬臂段，梁体的变形也不断增加，此时在控制变形以及应力方面的预应力就显得尤为重要。所以，在进行敏感性分析时需针对主梁钢束的预应力进行。文中桥梁项目所采取的钢绞线为弹性模量为1.95×105MPa 的预应力钢绞线，标准强度1 860MPa。按照规范规定，确定初始的张拉强度为1 395MPa，以上下10%的波动为对比组合，研究最大悬臂状态下的挠度变化【2】。

3 成桥参数影响分析

3.1 混凝土容重的敏感性分析

以同样的变化参数研究成桥状态下的参数变化。从实验数据可知，成桥状态下，主梁的竖向挠度随着混凝土容重的上升而有所上升，其挠度在9#、10#梁段有11mm 的最大变化量，并且随着两侧不断下降，呈现出M 型的趋势；主梁的竖向挠度随着混凝土的容重下降而呈现出下降的趋势，并且挠度变化的极值以及变化位置均与容重上升时的相似。

3.2 混凝土弹性模量的敏感性分析

主梁的挠度随着弹性模量的上升而有所降低，随着弹性模量的下降而有所上升。对比成桥状态下弹性模量变化所导致的竖直挠度变化与容重变化所导致的竖直挠度变化可知，梁段容重在主梁成桥状态下的挠度变化比弹性模量所引起的挠度影响较大，挠度具有2.1mm 的最大变化量。

3.3 预应力敏感性分析

桥梁成桥后还需承受桥面铺装以及车辆荷载等的作用，结构变形以及应力的变化一直为动态过程，预应力可以起到较为重要的调节作用，确保了桥梁的线形以及安全。成桥状态下，初始张拉强度的影响较大。成桥状态下主梁的挠度随着初始张拉强度的上升而有所下降，随着初始张拉强度的下降而有所上升。主梁梁段的挠度最大有7mm 的变化量，因此，应加强对初始张拉强度的控制【3】。

4 修正后的计算结果及分析

根据修正后的参数对结构在施工前的变形以及应力进行理论计算，以实现对桥梁的有效控制。

从实验数据可知，主梁挠度在前几个梁段施工时较小，挠度的差值随着悬臂段的增加而逐渐增大，并且挠度增加得越来越明显，速度也越来越快。梁体在张拉预应力之后呈现上翘的趋势，并且随着不断增加的梁段，上翘的位移也在不断上升。对张拉导致的挠度进行拟合发现，因张拉所导致的挠度上升也表现出指数形式。该种情况均表明，采用有限元软件Midas Civil 所建立的有限元模型模拟结果与实际情况相符，即说明了该次建立的有限元模型是可靠的。