預應力混凝土連續(xù)梁橋線形控制研究

作者簡介：

沈青青（1986—），工程師，主要從事公路橋梁設(shè)計工作。

摘要：文章以某預應力混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，采用有限元軟件Midas Civil建立數(shù)值模型，分析了影響橋梁線性控制的因素，并以該橋第4跨為例，對各測點在澆筑前后以及張拉前后標高的施工控制值和實測值進行了對比，得到以下結(jié)論：澆筑前后和預應力張拉前后1#～5#測點均呈現(xiàn)出隨著測點跨度的增大，實測值增大的趨勢，且1#～3#測點實測值與控制值之間差值均未超過15 mm，4#～5#測點實測值與控制值之間差值均未超過5 mm，差值處于容許范圍內(nèi);混凝土澆筑后懸臂端同一截面處的標高實測值明顯低于混凝土澆筑前，混凝土澆筑后和預應力張拉前懸臂端同一截面處的標高值基本保持一致，預應力張拉后懸臂端同一截面處的標高值相比于張拉前標高略有提升，但增幅很小，這與設(shè)計理論相吻合，說明本文模擬和監(jiān)測方法的合理性與正確性。

關(guān)鍵詞：預應力;混凝土連續(xù)梁橋;線性控制;數(shù)值分析

中國分類號：U448.35A291093

0 引言

近年來，預應力混凝土連續(xù)梁橋在國內(nèi)很多地方應用廣泛，其線形控制是施工過程中非常重要的一環(huán)，因此對其線形控制研究具有重要的意義。國內(nèi)學者對此進行了一些研究，主要有：李衛(wèi)東、羅書舟等[1-2]以某地區(qū)跨河大橋引橋左線為研究對象，針對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋施工要點，重點研究了該預應力大橋在施工過程中的預拱度設(shè)置手段以及線性控制方法，并對現(xiàn)場施工過程中的掛籃進行了監(jiān)測分析;趙慶武、王玲等[3-4]以某鐵路大跨度連續(xù)梁橋為研究對象，描述了控制橋梁施工線形精度的主要影響因素，并結(jié)合近年來連續(xù)梁橋施工特點與施工工藝，總結(jié)了鐵路預應力連續(xù)梁橋線形控制對策;楊富余、王麗娟[5-6]介紹了連續(xù)梁橋的多種施工方法，并對主要的施工方法進行了簡要分析，重點對懸臂法澆筑施工需要注意的事項進行了總結(jié)分析;晏江馳、王景全等[7-8]以大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，重點分析采用懸臂梁法施工過程中線形控制要點，并采用正裝分析法，重點分析了各施工過程中的位移變形值和施工預拱度。本文主要以某預應力混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，采用有限元軟件Midas Civil建立數(shù)值模型，重點分析影響橋梁線形控制的因素，并以該橋第4跨為例，對各測點在澆筑前后以及張拉前后標高的施工控制值和實測值進行對比，研究結(jié)果可為類似工程設(shè)計和施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

某預應力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計時速為250 km/h，為雙向兩車道，兩車道間距為4.8 m，設(shè)計活載類型為ZK活載。梁體采用C55標號混凝土，自重為26.0 kN/m3。預應力鋼絞線的容重為78.5 kN/m3，摩阻系數(shù)為0.15。二期恒載包括鋼軌、人行道板、軌道板、防撞裝置等。

2 數(shù)值建模

2.1 模型建立

圖1所示為采用有限元軟件Midas Civil建立的橋梁全橋有限元模型，以梁截面橫向方向為x軸，以梁截面高度方向為y軸，以向上為z軸，且規(guī)定以x軸向右、y軸向內(nèi)以及z軸向上為正方向。梁橋上部為（75+150+75） m的三跨結(jié)構(gòu)形式，寬為10.6 m。模型中共有96個節(jié)點、95個單元。表1和表2為相關(guān)材料參數(shù)。

2.2 結(jié)構(gòu)變形控制

根據(jù)《鐵路橋涵工程質(zhì)量檢驗評定標準》（TB 10415-1998）等規(guī)范規(guī)定，懸臂澆筑混凝土梁允許偏差如表3所示。

3 結(jié)果分析

3.1 影響因素分析

實際施工過程中，影響預應力混凝土連續(xù)梁橋線形控制的因素主要有：

（1）結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。主要包括結(jié)構(gòu)的彈性模量、施工外荷載、結(jié)構(gòu)斷面尺寸、材料的重度以及混凝土徐變等因素。

（2）灌注施工過程中引起的撓度變化。

（3）外部環(huán)境溫度變化。

（4）施工過程中的監(jiān)測方法。

（5）施工技法及工藝。

（6）結(jié)構(gòu)分析計算模型。

（7）混凝土的應變滯后等相關(guān)因素影響。

3.2 撓度觀測點布置

圖2所示為撓度監(jiān)測點布置示意圖，由圖2可知，監(jiān)測點呈現(xiàn)出對稱分布，上部有1#～3#測點，下部有4#、5#測點，測點分別布置在塊件前端約10 cm處，預埋16 mm豎直方向鋼筋并裸露出2 cm，噴上紅漆用以標記。每個T構(gòu)每邊分平均為7塊段（共8個監(jiān)測斷面，從T構(gòu)中間向兩端，即0#～7#塊），合龍段為7#塊。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.3.1 澆筑前后標高對比分析

本節(jié)以該橋第4跨為研究對象，對混凝土澆筑前后標高的施工控制值和實測值進行對比分析。如圖3所示，為澆筑前1#～3#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線。由圖3可知，隨著測點跨度的增大，實測值呈現(xiàn)出隨之增大的趨勢，且實測值均略大于施工控制值，1#測點對應的4#塊、2#測點對應的5#塊、3#測點對應的0#塊間差值最大，依次為14.98 mm、12.24 mm和14.68 mm，最大值與施工控制值間差值均未超過15 mm。圖4所示為澆筑前4#、5#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線，由圖4可知，4#測點對應的0#塊和4#塊、5#測點對應的6#塊間差值最大，依次為4.67 mm和4.83 mm，但最大值與施工控制值間差值均未超過5 mm。

綜上可知，隨著測點跨度的增大，澆筑前各實測值變化規(guī)律是一致的，且實測值與施工控制值差值處于容許范圍內(nèi)。

圖5所示為澆筑后1#～3#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線，由圖5可知，隨著測點跨度的增大，實測值呈現(xiàn)出隨之增大的趨勢，且實測值均略大于施工控制值，1#測點對應的2#塊、2#測點對應的6#塊、3#測點對應的0#塊間差值最大，依次為10.82 mm、9.26 mm和7.12 mm，但最大值與施工控制值間差值均未超過15 mm。圖6所示為澆筑后4#、5#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線，由圖6可知，4#測點對應的0#塊、5#測點對應的0#塊和5#塊間差值最大，依次為4.86 mm和4.85 mm，但最大值與施工控制值間差值均未超過5 mm。

綜上可知，隨著測點跨度的增大，澆筑前后標高的各實測值變化規(guī)律是一致的，且實測值與施工控制值差值處于容許范圍內(nèi)。

3.3.2 預應力張拉前后標高對比分析

圖7所示為預應力張拉前1#～3#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線，由圖7可知，隨著測點跨度的增大，實測值呈現(xiàn)出隨之增大的趨勢，且實測值均略大于施工控制值，1#測點對應的3#塊、2#測點對應的7#塊、3#測點對應的3#塊間差值最大，依次為9.62 mm、10.02 mm和12.38 mm，但最大值與施工控制值間差值均未超過15 mm。由于篇幅所限，未列出4#測點和5#測點，其差值同樣控制在了5 mm以內(nèi)。

圖8所示為預應力張拉后1#～3#測點標高的施工控制值與實測值對比曲線，由圖8可知，隨著測點跨度的增大，實測值呈現(xiàn)出隨之增大的趨勢，且實測值與控制值之間一直存在差值，1#測點對應的1#塊、2#測點對應的6#塊、3#測點對應的2#塊間差值最大，依次為11.16 mm、9.98 mm和13.03 mm，但最大值與施工控制值間差值均未超過15 mm。由于篇幅所限，未列出4#測點和5#測點，其差值同樣控制在了5 mm以內(nèi)。

綜上可知，隨著測點跨度的增大，張拉前后標高的各實測值變化規(guī)律是一致的，且實測值與施工控制值差值處于容許范圍內(nèi)。

此外，對比圖3和圖5、圖4和圖6可知，相比于混凝土澆筑前，混凝土澆筑后懸臂端同一截面處的標高實測值明顯降低;對比圖5和圖7可知，在混凝土澆筑完成以后和預應力張拉前，懸臂端同一截面處的標高值基本保持一致;對比圖7和圖8可知，在預應力張拉后，懸臂端同一截面處的標高值相比于張拉前標高略有提升，但增幅很小。上述這些規(guī)律與設(shè)計理論相吻合，說明了本文模擬和監(jiān)測方法的合理性與正確性。

4 結(jié)語

本文主要以某預應力混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，采用有限元軟件[JP+1]Midas Civil建立數(shù)值模型，重點分析了影響橋梁線形控制的因素，并以該橋第4跨為例，對各測點在澆筑前后以及張拉前后標高的施工控制值和實測值進行了對比，得到以下結(jié)論：

（1）澆筑前后1#～5#測點均呈現(xiàn)出隨著測點跨度的增大，實測值增大的趨勢，且1#～3#測點實測值與控制值之間差值均未超過15 mm，4#測點、5#測點實測值與控制值之間差值均未超過5 mm，差值處于容許范圍內(nèi)。

（2）預應力張拉前后1#～5#測點呈現(xiàn)出隨著測點跨度的增大，實測值增大的趨勢。且1#～3#測點實測值與控制值之間差值控制在了15 mm以內(nèi)，4#測點、5#測點實測值與控制值之間差值控制在了5 mm以內(nèi)，差值處于容許范圍內(nèi)。

（3）相比于混凝土澆筑前，混凝土澆筑后懸臂端同一截面處的標高實測值明顯降低;混凝土澆筑以后和預應力張拉前，懸臂端同一截面處的標高值基本保持一致;在預應力張拉后，懸臂端同一截面處的標高值相比于張拉前標高略有提升，但增幅很小。這與設(shè)計理論相吻合，說明了本文模擬和監(jiān)測方法的合理性與正確性。

參考文獻：

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