李建偉（平輿縣交通運輸局，河南平輿 463400）

混凝土徐變對橋梁施工中撓度控制的影響研究

李建偉
（平輿縣交通運輸局，河南平輿 463400）

橋梁施工中撓度是施工控制的關(guān)鍵因素之一，雖然變化量小，但對成橋質(zhì)量影響很大，通過對徐變基本理論中徐變性質(zhì)、徐變與影響因素之間關(guān)系以及徐變的相關(guān)理論介紹，分析了徐變的時效性，最后具體研究了懸臂施工中標高、斷面尺寸、中線控制，提出以有限元分析徐變的影響更為貼近實際。

徐變 橋梁施工 施工控制 撓度

橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其撓度的計算包含了許多非線性因素，我國在上世紀50年代開始進行徐變對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響研究，經(jīng)過多年的理論和實踐，雖然徐變已較為深入，但徐變對橋梁施工中撓度的研究卻較為少見，隨著交通荷載的增加，對成橋質(zhì)量的要求越來越高，徐變對撓度的影響分析，在橋梁施工中也越來越受到重視。

徐變是混凝土在一定的應(yīng)力持續(xù)作用下發(fā)生的變形問題，影響徐變的因素有持續(xù)應(yīng)力的大小、加載時間長短、混凝土配合比、養(yǎng)護條件及外部環(huán)境等幾方面因素?，F(xiàn)代大型橋梁通常采用懸臂法施工，在施工過程中由于荷載、混凝土齡期、集合特征的不斷變化，以及徐變的影響，造成橋梁的內(nèi)力會隨著狀態(tài)不斷變化，嚴重時會導(dǎo)致橋梁不能按照預(yù)期的線形合龍，給成橋質(zhì)量造成隱患。

1　徐變的基本理論

1.1混凝土徐變性質(zhì)

混凝土徐變對結(jié)構(gòu)物影響很大，能夠使結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)部應(yīng)力不斷發(fā)生重分布，在混凝土結(jié)構(gòu)中，徐變可能會降低混凝土承受的應(yīng)力，相反增加鋼筋的應(yīng)力，在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中還會使預(yù)應(yīng)力受到一定的損失。

混凝土的徐變包括可恢復(fù)部分和不可恢復(fù)兩部分，恢復(fù)部分指在長期荷載作用下，卸荷后發(fā)生的瞬時彈性恢復(fù)，以及一段時間后的徐變恢復(fù)。而在應(yīng)力作用下發(fā)生的變形，雖然在卸荷后仍然有一部分不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)?；炷恋男熳儾粌H與當前應(yīng)力有關(guān)，還與應(yīng)力歷史有一定的聯(lián)系。

1.2徐變與影響因素之間的關(guān)系

徐變是與時間有關(guān)的變形，受到混凝土組成材料、配合比、溫度濕度、構(gòu)件截面幾何形狀、養(yǎng)護條件、混凝土齡期等的影響。

徐變與加載齡期的關(guān)系為加載齡期越短，徐變越大，所以要盡量避免過早的給結(jié)構(gòu)施加長期荷載。徐變與配合比的關(guān)系主要為水灰比和水泥用量的影響，水灰比越大，水泥用量越多，徐變變形就越大。養(yǎng)護、濕度主要影響混凝土的密實性、水泥膠凝體結(jié)晶化的速度，從而造成對徐變的影響。

徐變對結(jié)構(gòu)撓度變形的影響主要為，在受壓區(qū)徐變會增大結(jié)構(gòu)物的撓度，增大偏壓柱的彎曲，降低柱的承載力，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，組合截面的結(jié)構(gòu)構(gòu)件會使應(yīng)力發(fā)生重分布，在超靜定結(jié)構(gòu)中會引起結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力。

1.3徐變的相關(guān)理論

超靜定結(jié)構(gòu)在長期荷載的作用下，會因徐變產(chǎn)生變形約束，在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起次內(nèi)力，截面處的初始應(yīng)力會隨著時間而變化，產(chǎn)生新的應(yīng)變，所以有必要注意任意時刻應(yīng)力引起的應(yīng)變增量，也即是彈性應(yīng)變增量和徐變應(yīng)變增量。

“我覺得……你現(xiàn)在需要好好睡一覺，恢復(fù)體能，這才有利于你繼續(xù)尋找答案?！泵锥嚅_著玩笑，“不過，我倒不希望你一直這么清醒，反倒希望你是糊涂狀態(tài)，因為我是個喜歡聽‘謝謝’的人?！?/p>

在結(jié)構(gòu)中荷載的加載時間會有一定的不同，所以研究徐變系數(shù)與加載齡期的關(guān)系是必要的，相關(guān)的理論有老化理論，其基本假設(shè)為隨著加載齡期的推遲，徐變系數(shù)會不斷的減少，當加載齡期無限大時，徐變系數(shù)變?yōu)榱?，徐變系?shù)在這種理論下只與起算齡期和計算時間有關(guān)，這是不符合實際情況的。先天理論，其假定在不同的加載齡期情況下，徐變的變化規(guī)律是一樣的，通過在坐標上水平平移徐變曲線就能夠獲得不同加載齡期的徐變曲線?；旌侠碚?，將老化理論和先天理論相結(jié)合，老化理論比較符合初期混凝土的加載情況，先天理論則適合后期的混凝土加載理論，將兩者兼顧能夠合理的變現(xiàn)出混凝土徐變的變化情況。

2　徐變的時效分析

2.1徐變的時效性

橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變都是根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的變化而不斷改變的，橋梁自重荷載也是分階段不斷增加，根據(jù)徐變的性質(zhì)，在混凝土加載初期發(fā)展較快，為了準確的了解結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變變化，需要按照施工過程不斷的分析徐變帶來的影響，特別是對于大型橋梁，混凝土的齡期相差較大，在施工過程中分析徐變的變化，對控制橋梁變形和應(yīng)力具有重要的作用。

徐變的時效應(yīng)力分析有有效彈性模量法、齡期調(diào)整有效彈性模量法、徐變率法、流動率法以及迭加法幾種。其中齡期調(diào)整有效彈性模量法計算方法較為完善，能夠克服微積分方程求解難的缺陷，實用性強。計算原理為得到徐變的總體增量平衡方程，表示出在當前應(yīng)力狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移等效荷載以平衡徐變和收縮增量，然后將位移和內(nèi)力增量累計就可以得到任意時刻的徐變應(yīng)力和應(yīng)變。

2.2齡期調(diào)整有效模量法原理

混凝土可以是看作為線粘彈性的時效材料，可以采用疊加原理，也即是包括溫度應(yīng)變和收縮應(yīng)變在內(nèi)的響應(yīng)之和。懸臂施工時橋梁的體系不同，可以根據(jù)實際施工將過程分為若干時段，施工的開始和結(jié)束時刻、結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換、加載和卸載時刻作為各階段的分界點，在每個階段進行一次全面分析，得到全部節(jié)點的位移和增量，通過各節(jié)點的相加得到整個結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點位移和節(jié)點應(yīng)力狀況。

3　橋梁施工中撓度控制

3.1控制方案的制定

以懸臂橋梁施工為例，在施工過程當中要全程檢測高程的變化，根據(jù)測量記錄調(diào)整線型變化，保證截面的應(yīng)力測量值、預(yù)應(yīng)力的上撓度、掛籃的下?lián)隙葷M足規(guī)范及設(shè)計要求。分段施工時由于各段的齡期不同，橋梁施工體系也不斷變化，所以荷載也是一直改變的，在施工過程當中要分段計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，記錄各段的撓度值，以便更準確的掌握結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

············

攏前要在兩個T構(gòu)同一水準點聯(lián)測模板標高，保證合攏的精度；測量0號段和邊跨的沉降量；檢測基頂?shù)臉烁?，檢查是否有沉降。

3.2標高控制

懸臂施工時影響撓度的原因有結(jié)構(gòu)自重、混凝土產(chǎn)生的徐變、施工荷載以及氣溫影響，設(shè)計及計算時要考慮適當抬高模板高程來抵消這些因素產(chǎn)生的變形。預(yù)提高高程要考慮的有結(jié)構(gòu)截面產(chǎn)生的撓度；施工荷載產(chǎn)生的撓度；掛籃的吊點彈性變形；掛籃支點壓縮產(chǎn)生的豎向變形；掛籃后錨點抬高引起前吊點的豎向變形；氣溫變化引起的豎向變形等。

觀測點的設(shè)置，在連續(xù)梁頂面中部設(shè)置臨時水準點，將臨時水準點和其他水準點聯(lián)測，保證觀測精度。

施工控制上，量測現(xiàn)場高程，整理數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整模板標高，做好預(yù)抬量，具體的現(xiàn)場撓度量測分為四個部分：混凝土澆筑前的模板設(shè)立、澆注后模板標高的復(fù)測、澆筑后預(yù)應(yīng)力施加前各節(jié)段的梁頂高程量測、預(yù)應(yīng)力施加后梁頂?shù)母叱塘繙y。

3.3中線和斷面尺寸控制

直線橋可以直接利用導(dǎo)線點計算出各節(jié)塊的端截面中心點坐標。掛籃模板要適當減少底模已完成的搭接長度，待澆段增加橫向?qū)U，以保證各節(jié)段的具有平順的接縫，嚴格檢查符合模板尺寸，保證結(jié)構(gòu)尺寸的準確性。

3.4混凝土結(jié)構(gòu)撓度變化的有限元分析

混凝土結(jié)構(gòu)屬于剛性構(gòu)件，其應(yīng)力和撓度的變化量很小，利用有限元原理和計算機工具能夠明確的觀測到結(jié)構(gòu)的變化狀態(tài)。通過分析可知混凝土構(gòu)件在是否施加徐變因素下，變形有一定的不同，雖然徐變引起的撓度變形較小，但施加后其撓度變化更為接近實際。

［1］呂志濤，劉釗，孟少平.《淺談我國預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的技術(shù)與發(fā)展》.橋梁建設(shè)，2000.1.

［2］竹學(xué)葉，王新民，壽楠春.《施工過程與鹼徐變對建筑結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響》.華北水利水電學(xué)院院報，1995.4.

［3］高政國，黃達海，趙國藩.《混凝土結(jié)構(gòu)徐變應(yīng)力分析的全量方法》.土木工程學(xué)報，2001.40.

［4］吳小平，宋一凡，賀拴海.《公路鋼筋混凝土梁橋的長期撓度分析》.交通運輸工程學(xué)報，2001.40.

［5］潘立本，王春武.《用有限元法求解鑰筋混凝土梁長期荷載下的撓度》.河海大學(xué)學(xué)報，1998.60.