丁廣煒

摘 要：以某雙塔雙索面矮塔斜拉橋?yàn)槔?，利用有限元軟件橋梁博士分析了施工階段在恒載及活載作用下?lián)隙茸冃?，探討了預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)計(jì)算參數(shù)、混凝土容重和彈性模量、收縮徐變等參數(shù)對(duì)施工預(yù)拱度的影響，最后綜合考慮以上因素確定為該類(lèi)橋型施工預(yù)拱度的確定，提出有效的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；撓度；參數(shù)；預(yù)拱度

一、概述

矮塔斜拉橋是介于梁橋與傳統(tǒng)斜拉橋之間的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，兼具連續(xù)梁（剛構(gòu)）橋與傳統(tǒng)斜拉橋的特性，且又獨(dú)具特點(diǎn)，是一種很具發(fā)展?jié)摿Φ臉蛐徒Y(jié)構(gòu)。

此類(lèi)橋梁上部結(jié)構(gòu)基本采用分節(jié)段懸臂施工，而對(duì)于懸臂施工的橋梁來(lái)說(shuō)，線(xiàn)形控制是關(guān)鍵內(nèi)容之一。若線(xiàn)形控制不當(dāng)將直接影響橋梁施工質(zhì)量和使用的壽命，甚至出現(xiàn)無(wú)法合攏的尷尬局面。線(xiàn)形控制是通過(guò)調(diào)整和控制模板高程及斜拉索索力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而斜拉索張拉力需控制在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍之內(nèi)，因此通過(guò)調(diào)整和控制模板高程成為線(xiàn)形控制的主要措施；而高程的控制是通過(guò)設(shè)置預(yù)拱度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此線(xiàn)形控制可以歸結(jié)為預(yù)拱度控制。

二、工程概況

某橋?yàn)殡p塔雙索面矮塔斜拉橋，主橋跨徑為100+160+100m，主梁截面為分離式單箱雙室箱梁，梁頂寬41m，塔、梁、墩固結(jié)。索塔高度22.8m，順橋向?qū)?.5m，橫橋向?qū)?m，全橋共有36對(duì)斜拉索，每塔九對(duì)，斜拉索采用扇形布置，最短索索長(zhǎng)為38.97m，最長(zhǎng)索索長(zhǎng)為71.69m。梁上索距為4m，塔上索距為0.8m，斜拉索穿過(guò)塔上索鞍錨固在箱梁上。斜拉索采用OVM250平行鋼絞線(xiàn)拉索體系，采用25ф15.24mm環(huán)氧涂層高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)，強(qiáng)度為1860MPa單塔對(duì)稱(chēng)布置18對(duì)斜拉索。

三、結(jié)構(gòu)模型的建立

計(jì)算程序采用橋梁博士3.03專(zhuān)用程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，結(jié)構(gòu)由主梁、索塔、橋墩、樁基及拉索組成。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。全橋共339單元338個(gè)節(jié)點(diǎn)。

邊界條件為：樁基底部固結(jié)，交界墩按活動(dòng)鉸支座模擬。

四、主要施工階段撓度變形分析

有限元解決結(jié)構(gòu)靜力分析問(wèn)題的基本理論可表達(dá)如下：

[K]={U}={P}。其中，[K]為整體剛度矩陣；{U}為全部自由度的位移向量；{P}為荷載向量。

（一）恒載撓度變形。全橋施工分為22個(gè)梁段，0#、1#塊滿(mǎn)堂支架現(xiàn)澆施工，2#～10#梁段屬于無(wú)索區(qū)，11#～19#梁段屬于有索區(qū)，22#梁段為合攏段，各主要施工階段的撓度變形如圖2～5所示，圖中撓度位移單位為m。

（二）活載撓度變形。在城—A級(jí)汽車(chē)及人群活載作用下的撓度見(jiàn)圖6所示。

五、參數(shù)影響分析

（一）預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)計(jì)算參數(shù)。從多座大跨度橋梁的實(shí)踐表明，超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失比規(guī)范規(guī)定值大，主要是由于參數(shù)k、u的取值影響較大。實(shí)際施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力管道偏差較大，規(guī)范取值為k=0.0015。當(dāng)取k=0.003和k=0.0045，全橋收縮徐變完成后的最大撓度比理論計(jì)算值相差分別為0.005、0.010m（均為向下），撓度比較見(jiàn)圖7示。

（二）混凝土容重和彈性模量。在實(shí)際施工過(guò)程中，由于內(nèi)壁脹模等因素結(jié)構(gòu)的斷面尺寸與設(shè)計(jì)值有偏差，這將引起主梁恒載和抗彎剛度的變化，這部分誤差主要反應(yīng)在混凝土容重參數(shù)的變化。將混凝土容重提高3%以近似模擬上述偏差，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，自重提高3%后，主梁的撓度最大增值為0.011m。

混凝土的彈性模量實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的差異將引起的主梁剛度的不同，因此導(dǎo)致按設(shè)計(jì)計(jì)算出的主梁施工撓度與實(shí)際撓度存在誤差。一般混凝土的實(shí)際強(qiáng)度和彈性模量均高于規(guī)范規(guī)定值。再則，由于混凝土中布置了較多的縱橫向普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，這也會(huì)使結(jié)構(gòu)的彈性模量增加。將混凝土的彈性模量提高5%進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)圖8所示，主梁的最大撓度減小0.005m。

（三）收縮徐變。混凝土的收縮徐變系數(shù)對(duì)分階段施工的混凝土橋梁的施工計(jì)算影響較為顯著。但混凝土的收縮徐變系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期及較大投資的設(shè)備，目前施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土，收縮徐變系數(shù)的測(cè)定目前尚無(wú)較滿(mǎn)意的方法。從圖8可見(jiàn)，當(dāng)將混凝土的收縮徐變系數(shù)提高0.5倍，主梁的最大撓度增大0.021m。

六、施工預(yù)拱度的確定

新規(guī)范《JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝上橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)預(yù)拱度的確定有詳細(xì)規(guī)定，當(dāng)預(yù)加應(yīng)力的長(zhǎng)期反拱值小于按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度時(shí)應(yīng)設(shè)預(yù)拱度，其值應(yīng)按該項(xiàng)荷載的撓度值與預(yù)加應(yīng)力長(zhǎng)期反拱值之差采用。汽車(chē)荷載頻遇值為汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍，人群荷載頻遇值等于其標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)拱度應(yīng)包括結(jié)構(gòu)施工階段最終累計(jì)變形、二期恒載（含橋面鋪裝及護(hù)欄）、汽車(chē)荷載、合攏以后所產(chǎn)生的后期長(zhǎng)期收縮徐變。

綜上所述，考慮預(yù)應(yīng)力管道偏差和混凝土容重修正，擬定計(jì)算方案為：

預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)k=0.003，混凝土容重按103%計(jì)算成橋階段的撓度，取最大活載（包括人群）撓度的0.5倍，上述撓度和的反向值作為施工預(yù)拱度。另外考慮到后期持續(xù)下?lián)弦蛩?，在上述?jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上跨中節(jié)點(diǎn)位置再抬高5cm，其余位置節(jié)點(diǎn)的抬高量按拋物線(xiàn)方式分配抬高值，以此作為施工控制的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。

七、結(jié)語(yǔ)

施工中掛藍(lán)變形應(yīng)作掛藍(lán)預(yù)壓實(shí)驗(yàn)，確定掛藍(lán)撓度變化值，在預(yù)拱度設(shè)置時(shí)予以考慮；掛藍(lán)立模標(biāo)高的確定應(yīng)在掛藍(lán)移動(dòng)就位后鋼筋綁扎前進(jìn)行設(shè)置，立模時(shí)應(yīng)充分考慮溫度的影響。預(yù)拱度設(shè)置僅能從理論上控制橋梁線(xiàn)形，施工質(zhì)量的控制才是問(wèn)題的核心所在。

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