縱向預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中撓度的影響

趙 超

（湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭 411201）

0 引 言

從目前來(lái)看，隨時(shí)間發(fā)展大部分橋梁都存在嚴(yán)重的跨中下?lián)线^(guò)大的問(wèn)題，并嚴(yán)重影響到它的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，這一問(wèn)題一直廣泛的被國(guó)內(nèi)外橋梁研究者所關(guān)注.但是，這個(gè)難題目前還沒(méi)有一個(gè)完美的解決方案.

對(duì)于大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的跨中下?lián)蠁?wèn)題亟待改善，一般都從預(yù)應(yīng)力損失對(duì)其進(jìn)行分析.預(yù)應(yīng)力的損失不僅會(huì)引起下?lián)系脑鲩L(zhǎng)，還會(huì)導(dǎo)致梁身開(kāi)裂，而這又將降低梁體剛度導(dǎo)致惡性循環(huán)，從而進(jìn)一步會(huì)加劇下?lián)系脑鲩L(zhǎng).

在本文中，主要是研究了預(yù)應(yīng)力損失對(duì)撓度的影響，通過(guò)建立MIDAS空間模型來(lái)進(jìn)行具體的分析.分析時(shí)以宜賓天池金沙江大橋?yàn)槔?

1 工程概況

宜賓天池金沙江主橋?yàn)?25m＋220m＋115m的大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主要結(jié)構(gòu)尺寸：

主墩采用鋼筋混凝土雙薄壁墩，單壁寬8m.箱梁截面為單箱單室截面，箱梁頂面寬14.9m，底面寬8m，在各墩與箱梁相接的根部斷面梁高14.0m，在各跨跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段斷面梁高為3.8m，其間梁底下緣按二次拋物線變化.梁高均以距橋面中心線5.0m處腹板外緣線為準(zhǔn).墩頂零號(hào)梁段長(zhǎng)8.25m，梁底緣在箱梁與墩身對(duì)應(yīng)13.5m范圍內(nèi)為直線，兩邊各1.25m范圍內(nèi)則處于二次拋物線上，兩個(gè)T構(gòu)各劃分30對(duì)梁段，13×3＋7×3.5＋10×4.15，累計(jì)懸臂總長(zhǎng)105.0m，合龍段均為2m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)各為13.78m.

本橋采用大型有限元軟件Midas／Civil進(jìn)行計(jì)算分析.共建立單元139個(gè)，節(jié)點(diǎn)144個(gè)，劃分40個(gè)施工階段，其中包括30個(gè)懸臂澆筑階段，每個(gè)懸臂澆筑階段均包括移動(dòng)掛籃、澆筑懸臂梁段以及張拉縱向預(yù)應(yīng)力三個(gè)主要階段.模型中的施工階段荷載主要考慮了結(jié)構(gòu)以及掛籃的自重、鋼束的荷載、合龍時(shí)的吊籃以及配重等.橫隔板的重量采用集中力來(lái)模擬，二期恒載采用均布荷載來(lái)模擬.模型按照設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)圖紙的要求建立，模擬出其實(shí)際施工工況，分別對(duì)橋梁的內(nèi)力、位移進(jìn)行了分析，計(jì)算參數(shù)取值均按照規(guī)范執(zhí)行.

1.1 計(jì)算模型

宜賓天池金沙江大橋主橋采用的計(jì)算模型如圖1所示.

圖1 宜賓天池金沙江大橋計(jì)算模型圖

1.2 豎向撓度變化

宜賓天池金沙江大橋在成橋時(shí)最大上撓4.0 cm，成橋十年最大上撓變?yōu)?.8cm，使用階段考慮長(zhǎng)期效應(yīng)影響的主跨長(zhǎng)期撓度值為－12.6cm，遠(yuǎn)小于規(guī)范容許值－22000cm／600＝－36.7cm；隨著時(shí)間的發(fā)展，各橋撓度值也在繼續(xù)發(fā)展，如圖2所示.

圖2 相對(duì)于成橋狀態(tài)各橋長(zhǎng)期撓度發(fā)展情況（計(jì)算值）

2 預(yù)應(yīng)力損失對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系挠绊?/h2>

2.1 背景

從宜賓天池金沙江大橋的監(jiān)測(cè)資料來(lái)看，主梁收縮徐變、縱向預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力降低、主梁剛度變化、施工缺陷、橋面鋪裝不合理等是導(dǎo)致各跨跨中下?lián)系闹饕绊懸蛩兀菊撐闹饕治隹v向預(yù)應(yīng)力對(duì)跨中下?lián)系挠绊?

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋縱向預(yù)應(yīng)力索長(zhǎng)索比較多，長(zhǎng)索的預(yù)應(yīng)力損失主要為摩阻損失［44］.由于波紋管與鋼絞線束之間的摩擦系數(shù)難以控制，所以摩阻損失并不能通過(guò)理論分析準(zhǔn)確得出，實(shí)際上做現(xiàn)場(chǎng)精確實(shí)測(cè)也是相當(dāng)困難的工作.

縱向預(yù)應(yīng)力束的摩阻損失的計(jì)算在新橋規(guī)中采用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：σcon——預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力（MPa）；

μ——預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)，按表1采用；

θ——從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和（rad）；

κ——管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，按表1采用；

x——從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，可近似地取該管道在構(gòu)件縱軸上的投影長(zhǎng)度（m）.

2.2 κ和μ變化對(duì)撓度的影響

為了分析參數(shù)κ和μ的改變對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系挠绊懀疚慕Y(jié)合上文建立了宜賓天池金沙江大橋的實(shí)橋模型，采用四種κ，μ參數(shù)組合模擬其對(duì)跨中下?lián)系挠绊?，第一種組合為κ＝0.0015，μ＝0.2；第二種組合為κ＝0.0015，μ＝0.35；第三種組合為κ＝0.004，μ＝0.2；第四種組合κ＝0.004，μ＝0.35.

圖3 宜賓天池金沙江大橋k，u參數(shù)變化影響圖

對(duì)圖3中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，以κ＝0.0015，μ＝0.2為基準(zhǔn)，其他三種情況跨中最大相對(duì)位移如表1所示.

表1 κ，μ參數(shù)變化對(duì)跨中最大相對(duì)位移影響表

通過(guò)以上分析可知：規(guī)范中參數(shù)κ和μ會(huì)影響跨中撓度，但并不是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁下?lián)系闹饕?同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)κ和預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)μ取值偏小并不會(huì)直接導(dǎo)致成橋后主跨跨中的持續(xù)下?lián)?，而是?huì)導(dǎo)致施工和成橋時(shí)的即時(shí)下?lián)?盡管這樣，它還是會(huì)影響成橋之后縱向預(yù)應(yīng)力，由于預(yù)應(yīng)力的松弛、混凝土的收縮徐變等因素的影響可能導(dǎo)致管道之間的滑移，從而導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力變小.

2.3 預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中下?lián)系挠绊?/h3>

為了分析縱向預(yù)應(yīng)力損失，金沙江大橋模型的基礎(chǔ)上分別考慮預(yù)應(yīng)力損失10%、30%、50%.分析基本模型的主邊跨跨中下?lián)狭?，在模型中利用張拉量模擬預(yù)應(yīng)力損失值.

圖4 賓天池金沙江大橋預(yù)應(yīng)力損失對(duì)撓度的影響圖

表2 宜賓天池金沙江大橋預(yù)應(yīng)力損失對(duì)中跨撓度影響表

表3 宜賓天池金沙江大橋預(yù)應(yīng)力損失對(duì)邊跨撓度影響表

由表2、表3可知，宜賓天池金沙江大橋中跨在預(yù)應(yīng)力損失10%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?.43cm，達(dá)原撓度值的27.2%，在預(yù)應(yīng)力損失30%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?.33cm，達(dá)原撓度值的50.2%，在預(yù)應(yīng)力損失50%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?5.37cm，達(dá)原撓度值的121.9%；邊跨在預(yù)應(yīng)力損失10%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?.36cm，達(dá)原撓度值的6.9%，在預(yù)應(yīng)力損失30%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?.64cm，達(dá)原撓度值的31.4%，在預(yù)應(yīng)力損失50%的情況下?lián)隙戎翟黾樱?.55cm，達(dá)原撓度值的67.9%.

3 結(jié) 論

由以上分析成果可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論以及建議：

（1）規(guī)范中參數(shù)κ和μ普遍偏小，對(duì)κ，μ參數(shù)取值建議放大，孔道長(zhǎng)度偏差影響系數(shù)κ取0.003～0.004／m，孔道摩擦系數(shù)μ取0.3～0.35比較合適.在施工中，我們可以采取以下措施來(lái)減少摩擦損失：①兩端同時(shí)張拉，能有效減少預(yù)應(yīng)力損失值；②采用超張拉，即在張拉時(shí)按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，在原張拉力基礎(chǔ)上超張拉5%～10%.這樣即使在錨固后產(chǎn)生回松應(yīng)力，也會(huì)由于摩擦的影響，不會(huì)傳到中間截面，從而保持較高的張拉應(yīng)力.

κ和μ取值偏小并不會(huì)直接導(dǎo)致成橋后主跨跨中的持續(xù)下?lián)?，而是?huì)導(dǎo)致施工和成橋時(shí)的即時(shí)下?lián)?盡管這樣，它還是會(huì)影響成橋之后縱向預(yù)應(yīng)力，由于預(yù)應(yīng)力的松弛、混凝土的收縮徐變等因素的影響 可能導(dǎo)致管道之間的滑移，從而導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力變小.

（2）通過(guò)模型的分析可以得知，跨中下?lián)想S預(yù)應(yīng)力損失的增大而增大，當(dāng)損失值達(dá)到一定時(shí)，跨中下?lián)蠒?huì)急劇增長(zhǎng)，這也是由于梁體開(kāi)裂，自身剛度下降等因素互相耦合所導(dǎo)致的.

［1］戴 維.懸灌箱梁0號(hào)塊及1號(hào)塊段裂縫整治［J］.世界橋梁，2000.

［2］范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［3］陸中元，李建華，朱念清.廣東南海金沙大橋的維修加固［J］.鐵道建筑，2004.

［4］詹建輝，陳 卉.特大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋主梁下?lián)霞傲芽p原因分析［J］.中外公路，2005（2）.

［5］楊志平，朱桂新，李 衛(wèi).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)撓度長(zhǎng)期觀測(cè)［J］.公路，2004（8）.

［6］廖小文.大跨寬箱連續(xù)剛構(gòu)橋空間效應(yīng)分析研究［M］.重慶交通大學(xué)，2007.

［7］周軍生，樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2000.

［8］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60－2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004（6）.