刘经伟

（云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

改革开放以来尤其是2010年以来，连续梁桥和连续刚构桥由于跨径大、结构良好的特点在高速公路、铁路中得到了较为广泛地应用，尤其是在西北、西南山区。自然环境、气候的长期作用，重车、超重超限车辆持续增加和人为事故的影响，相当数量的连续梁桥出现了不同程度的病害，对于连续梁桥的运营安全、耐久性和服役能力造成了较大的影响。为了成桥后桥梁结构的线形、合龙精度和结构内力满足设计要求，同时保证悬臂施工的安全，需要对连续梁桥的悬臂施工过程进行施工监控。施工监控是随着大跨径桥梁的发展而逐步发展推广起来的，已经成为当前桥梁尤其是连续梁桥建设中不可或缺的一部分。鉴于影响连续梁桥施工过程和成桥后线形和受力状况的系统参数较多，本文主要介绍连续梁桥系统参数的位移敏感性，并结合实例分析混凝土容重和施工工艺对于连续梁桥的位移敏感性的影响，研究结果对于未来类似桥梁的施工监控和后期维护提供了一定的理论和工程经验。

1 连续梁桥的施工监控

结合设计图纸和现场实际情况对桥梁进行建模计算分析，确定桥梁结构在分块浇筑过程以及成桥后的线形和受力情况，保障计算满足规范和设计要求。鉴于连续梁桥的施工过程较为复杂，施工中如浇筑块自重、结构强度、刚度、预应力和相对湿度以及外界环境因素对于连续梁桥的变形和内力有较大的影响，施工过程中需要给予重视，避免桥梁施工过程中或者成桥后受力情况和结构变形与理论计算差别太大，从而导致成桥后的线形和受力状况不满足设计要求和服役要求。对于施工监控过程，需要在施工的每一个过程，通过理论计算得到结构内力和线形，同时通过现场测量得到实际值。如果现场实测数据与理论计算值差别较大，应及时查找原因，在未处理之前不得进一步施工作业，保证桥梁结构在施工过程和成桥后的线形和受力情况处于安全范围之内。

2 敏感性分析

对于连续梁桥的线形和受力状况，不同参数的影响程度，尤其是同一个参数对于不同的桥梁结构的影响程度也是不同的，因此对于连续梁桥的系统参数需要进行敏感性分析，即状态参数发生一定程度的变化后，研究对应的结构关键控制截面的位移（内力）的变化幅度。对于系统参数敏感性分析，需要根据结构状态影响的系统参数的不同，将影响参数分为主要状态参数和次要状态参数，即主要状态参数对于结构的影响较为显著，而次要状态参数的影响相对较弱，从而对施工监控过程和成桥后线形控制进行参数的针对性处理，确保结构在施工过程中和成桥后均能满足服役要求和相关规范。

2.1 分析步骤

本文主要介绍连续梁桥系统参数的位移敏感性。关于位移敏感性的分析步骤如下：

（1）调整系统参数，控制变化幅度在5%以内；

（2）确定关键截面和控制目标，建立不同参数与控制目标的关系式；

（3）根据系统参数对关键截面和控制目标的影响程度不同，区分主要状态目标和次要状态目标；

（4）根据以上步骤，列出以下具体过程：

取任一状态参数x，控制目标位y，可得关键截面的挠度或者应力等，则y=f( )x，给予x一个微变量Δx（参数基准值5%以内），可以得到以下关系式：

上式中，x0为参数基准值。

对于系统参数敏感性分析的目标值，则可以选择下式表示：

从（3）式可知，β值越大，参数对于控制目标的影响越大，即控制目标对于该参数变化越敏感。

2.2 控制指标

选择桥梁线形作为主要控制目标，进行混凝土容重和施工控制参数的位移敏感性分析。选择单梁在最大悬臂状态下的累计挠度差值的绝对值相加，取绝对值之和作为控制目标β1，具体如下式所示：

式中：

n——单梁段数；

d——累计挠度，其中di0为参数取基准值时的挠度，di1为参数调整一定程度后的累计挠度。

对于关键截面的控制目标值，当前主要存在挠度和应力两种情况，由于其性质、大小和单位均有一定程度的差别，因此对于参数的敏感性进行分析时，需要对于关键截面的控制目标值进行归一化处理，关键表达式如下式所示：

对于归一化取值，本文选择取值不小于0.3的参数为主要状态参数。

3 工程背景

3.1 工程概况

某桥梁上部结构采用116m+220m+116m 三跨连续刚构结构，双幅布置；墩身采用双肢等截面布置，桩基采用钻孔灌注桩基础，D=2.50m，总体布置如图1所示。

图1 某桥梁总体布置（单位：m）

3.2 有限元模型

采用MIDAS Civil有限元软件建立桥梁结构模型，按照连续刚构桥悬臂浇筑施工顺序进行分段处理，桥墩和主梁均采用梁单元处理，墩身固结处理，计算时考虑时间依存效应[1-5]。模型浇筑段划分如图2所示。

图2 某桥梁施工节段划分（单位：m）

根据图2可知，0#段长度为18.0m，桥墩施工完毕后，托架浇筑施工，每个悬臂现浇“T”梁顺桥向分为28节段，悬臂节段最大重量2750kN，挂篮自重为1200kN。合龙顺序为先边跨后中跨。

关于一期恒载，按照桥梁实际构件进行计算；二期恒载选择为65kN∕m。公路-Ⅰ级荷载，计算考虑偏向荷载、冲击和车道折减系数的影响。

4 混凝土容重/施工控制参数敏感性分析

4.1 参数选取

结合连续梁桥的特点，混凝土弹性模量E、混凝土容重ρ、张拉龄期t、张拉控制应力σcon、管道摩阻系数μ、管道偏差系数k、预应力钢筋松弛率ξ、锚具回缩量ΔL、环境相对温度RH、徐变系数修正系数Cx、收缩系数修正系数Cs、混凝土热膨胀系数α和施工过程均会对桥梁结构的线形和受力情况造成影响，本文就混凝土容重和施工过程的位移敏感性进行分析。

4.2 容重均匀变化

对于连续刚构桥的自重误差，当前主要来源于混凝土容重、梁段成型误差[6-7]。对于当前混凝土设计采用的高等级混凝土而言，鉴于其密实度较高，多数混凝土的容重相比规范值大，对于某桥梁混凝土容重设计值γ=27.3kN∕m3，混凝土容重分别选择0.9γ、1.0γ和1.1γ时，单T主梁在最大悬臂状态下的应力值如表1所示。

表1 悬臂施工混凝土不同容重时主梁应力

从表1可知，在容重变化量为10%时，主梁控制截面下部的应力发生变化，幅度在1.5MPa左右。在容重发生变化时，主梁控制截面挠度变化对比如图3所示。

图3 容重取不同值时的主梁挠度

从图3可知，在容重变化幅度为10%时，主梁控制截面的挠度最大变化量为20mm。

在实际施工过程中，混凝土容重在施工中与设计规范往往有较大偏差。容重的增加会使得梁体控制截面挠度增大，同时施工过程中的模板刚度不足或者结构尺寸误差都会使主梁挠度增大，因此在施工过程中需要严格控制施工工艺，避免容重增加造成主梁挠度偏差超过规范误差范围。

4.3 T构两侧主梁自重不平衡

由于连续刚构桥以桥墩为对称中心，单T两侧梁段进行悬臂浇筑，由于容重或者尺寸不一致，会导致T梁梁段质量不对称，本文以主梁一侧取混凝土容重1.05γ、1.1γ，另一侧混凝土容重选择1.0γ，计算可以得到最大悬臂下的主梁控制截面挠度和应力，如图4和表2所示。

表2 T构两侧容重不平衡时主梁关键截面内力

图4 T端对称不平衡时超重侧主梁挠度

从图4和表2可知，单侧混凝土的容重增加10%，主梁控制截面、墩顶和墩底截面应力变化最大值为1.5MPa，挠度的最大变化值为50mm。

4.4 施工进度不一致时的应力和挠度

鉴于连续刚构桥悬臂施工过程中存在较大的不可控性，因此T构对称两面施工进度不一致是不可避免的，因此本工程考虑浇筑超前5.0m3、10.0m3，计算得到主梁在最大悬臂状态下的应力和挠度如表3所示。

从表3可知，当T构单梁单侧混凝土浇筑超前10.0m3时，主梁应力增加幅度为0.2MPa左右，主梁悬臂端挠度变化幅度在16.0mm。

5 结束语

在连续刚构桥悬臂施工过程中，参数敏感性分析和控制指标是工程质量控制的关键因素，以实际工程为例，对位移和应力敏感性进行分析，主要得到以下结论：

（1）在容重变化幅度为10%时，主梁控制截面的挠度最大变化量为20mm；

（2）当T构单梁单侧混凝土浇筑超前10.0m3时，主梁应力增加幅度为0.2MPa左右，主梁悬臂端挠度变化幅度在16.0mm。