大跨連續(xù)梁長(zhǎng)期下?lián)嫌绊懸蛩胤治?/h1>
2021-09-23 03:11:44劉歡
國(guó)防交通工程與技術(shù) 2021年5期
劉 歡
(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)
自1964年，主跨208 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁式橋Bendorf橋建成并運(yùn)營(yíng)后，大跨徑連續(xù)梁橋應(yīng)用愈發(fā)廣泛，目前最大跨徑達(dá)330 m，為2006年建成的中國(guó)重慶石板坡長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋[1]。
隨著大跨徑連續(xù)梁的發(fā)展，跨中下?lián)蠁?wèn)題逐漸凸顯，實(shí)際發(fā)生撓度與理論計(jì)算相差甚遠(yuǎn)，甚至在運(yùn)營(yíng)10 a后，撓度仍在快速發(fā)展，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)受力及行車舒適性等[2-4]。如1977年建成的(72+241+72)m Koror-Babeldaob混凝土連續(xù)梁橋，在當(dāng)時(shí)是世界上最大跨徑的后張法混凝土箱型梁橋，運(yùn)營(yíng)13 a后，撓度達(dá)1.2 m，6 a后對(duì)其進(jìn)行加固，但僅三個(gè)月后就發(fā)生垮塌[5]。目前國(guó)內(nèi)交通主要線路通行繁忙，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，使結(jié)構(gòu)下?lián)闲?yīng)愈發(fā)明顯，故明確引起長(zhǎng)期下?lián)显蚴谴罂鐝交炷吝B續(xù)梁橋設(shè)計(jì)與施工中亟需解決的問(wèn)題。
1 長(zhǎng)期下?lián)嫌绊懸蛩胤治?/h2>
大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨中長(zhǎng)期下?lián)蠁?wèn)題明顯，且橋梁跨中長(zhǎng)期撓度隨跨徑的增大而增大，本文針對(duì)引起主跨跨中長(zhǎng)期下?lián)现饕蛩赝ㄟ^(guò)Midas Civil進(jìn)行有限元模擬，并對(duì)比、分析計(jì)算結(jié)果。
從結(jié)構(gòu)受力角度來(lái)講，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋長(zhǎng)期撓度是由恒載、活載、預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期作用及混凝土收縮徐變引起的撓度變位產(chǎn)生的[6]，可表示為：
δ=(-δp+δd)[1+φ(t+t0)]+δL
(1)
式中：δ為合計(jì)變形；δd為恒載作用變形；δL為活載作用變形；δp為預(yù)應(yīng)力效應(yīng)變形；φ(t+t0)為加載齡期為t0、計(jì)算考慮的齡期為t時(shí)的徐變系數(shù)。
因此可知引起大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁長(zhǎng)期下?lián)系脑蛑饕校?/p>
(1)縱、豎向有效預(yù)應(yīng)力減小。預(yù)應(yīng)力抵抗結(jié)構(gòu)下?lián)?，隨著有效預(yù)應(yīng)力減小，貢獻(xiàn)降低，撓度增大，頂板和底板預(yù)應(yīng)力損失都會(huì)不同程度影響到梁橋跨中長(zhǎng)期撓度發(fā)展，且預(yù)應(yīng)力損失越大，橋梁跨中撓度的增加速率也越大[7]。
(2)混凝土收縮徐變及由其導(dǎo)致鋼束與混凝土產(chǎn)生滑移引起的預(yù)應(yīng)力損失是大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋跨中下?lián)系闹饕?，在某種程度上講，可以通過(guò)考慮此兩項(xiàng)因素預(yù)測(cè)主跨跨中撓度發(fā)展[8]。
(3)撓度隨加載齡期增長(zhǎng)而降低。
另外橋梁本身結(jié)構(gòu)剛度、使用階段結(jié)構(gòu)開裂、施工質(zhì)量及施工階段和成橋階段溫度變化的影響、鋼束布置都可對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中撓度產(chǎn)生較大的影響[9]。
其中對(duì)于徐變因素，通過(guò)對(duì)比《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10092-2017)、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)、美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)209委員會(huì)推出的易于電算且每個(gè)徐變系數(shù)都有具體數(shù)學(xué)表達(dá)式的ACI209系列徐變預(yù)測(cè)模型及相應(yīng)計(jì)算方法[10]，前兩者分別采用CEB-FIP(1978)徐變預(yù)測(cè)模型、CEB-FIP(1990)徐變預(yù)測(cè)模型，經(jīng)理論計(jì)算模型及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，第二種分析方法與實(shí)測(cè)值較為吻合，故本文章中基于第二種收縮徐變方法對(duì)比分析主梁剛度、縱向預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力兩種因素對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋長(zhǎng)期下?lián)嫌绊慬11]。
2 工程概述
2.1 工程概況
以某(95+162+95)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)槔?，?duì)引起長(zhǎng)期下?lián)弦蛩剡M(jìn)行對(duì)比分析，本橋?yàn)槭姓缆?，跨越鐵路線，橋跨布置如圖1所示。
圖1 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)(單位：m)
該連續(xù)梁采用單箱四室斜腹板截面，沿箱梁結(jié)構(gòu)中心線中支點(diǎn)處梁高9.5 m，邊支點(diǎn)等高段梁高3.5 m，中跨跨中梁高4.0 m，邊跨平直段長(zhǎng)15.34 m，中跨平直段長(zhǎng)17.0 m；其余梁底線形按1.6次拋物線變化。箱梁頂板寬34.4 m，邊跨底板寬20.503～25.957 m、中跨底板寬20.503～25.503 m。兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度為3.0 m；懸臂板端部厚0.2 m，根部厚0.6 m，橫橋向懸臂厚度線性變化；箱梁頂板厚0.3 m，中支點(diǎn)左右兩側(cè)25.5 m范圍頂板厚為0.52 m；底板厚度為0.3～1.0 m；邊腹板、中腹板厚度為0.45～0.75～1.0 m。中支點(diǎn)處對(duì)應(yīng)墩身設(shè)置中橫梁，厚為5.0 m，邊支點(diǎn)處端橫梁厚2.0 m，中跨跨中隔墻厚0.5 m。箱梁橫斷面如圖2所示。
2.2 計(jì)算參數(shù)
設(shè)計(jì)環(huán)境類別：Ⅱ類；重要性系數(shù)：1.1；縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)。
收縮徐變：環(huán)境條件按野外一般條件計(jì)算，相對(duì)濕度70%?；炷列熳儗?duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)按照規(guī)范(JTG 3362-2018)第4.3.9條辦理，收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失按照規(guī)范(JTG 3362-2018)第6.2.7條辦理。
混凝土及普通鋼筋材料性能指標(biāo)按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)執(zhí)行，預(yù)應(yīng)力鋼絞線力學(xué)性能指標(biāo)及相關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：彈性模量1.95×105MPa；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa；抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1 260 MPa；鋼絞線松弛系數(shù)0.3；孔道偏差系數(shù)0.001 5；孔道摩阻系數(shù)0.25，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；錨具變形及鋼束回縮每端按6 mm計(jì)。
3 下?lián)嫌绊懸蛩氐挠邢拊治?/h2>3.1 橋梁剛度對(duì)比分析
橋梁結(jié)構(gòu)剛度與位移直接相關(guān)，通過(guò)改變梁體不同位置結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)長(zhǎng)期跨中撓度影響效應(yīng)進(jìn)行分析。為減小其他因素影響，僅通過(guò)改變梁高來(lái)調(diào)整主梁剛度，提取自重及均布載下的長(zhǎng)期跨中撓度。
針對(duì)(95+162+95)m連續(xù)梁擬定了11種結(jié)構(gòu)尺寸組，對(duì)應(yīng)不同的跨中梁高及中支點(diǎn)梁高組合，分別固定中支點(diǎn)和跨中截面梁高，頂板、腹板、底板標(biāo)準(zhǔn)斷面厚度不變，梁底均1.6次方拋物線過(guò)渡，鋼束布置、荷載、邊界、收縮徐變、加載齡期及其他外部條件均保持一致。通過(guò)分析不同的結(jié)構(gòu)高度及高差比，計(jì)算出跨中長(zhǎng)期撓度值，并進(jìn)行對(duì)比分析。
(1)在跨中截面高度固定的情況下，改變中支點(diǎn)梁高，梁底線形按拋物線過(guò)渡，得到表1數(shù)據(jù)及圖3、圖4曲線。
表1 中支點(diǎn)梁高變化撓度結(jié)果分析
由表1及圖3、圖4可知，對(duì)于等高梁，增大中支點(diǎn)梁高調(diào)整為變高梁，自重及均布載撓度與高差比基本成二次曲線關(guān)系，高差比越大，撓度越?。辉黾又兄c(diǎn)梁高對(duì)跨中自重影響相對(duì)較小，故對(duì)撓度降低效應(yīng)較為明顯；撓度減小速率在高差比為0.5前均較大，撓度減小比較明顯，隨著高差比越來(lái)越大，撓度減小速率逐漸變小，當(dāng)高差比達(dá)到一個(gè)界值，在自重及均布載作用下，跨中撓度降低效應(yīng)不再顯著，即當(dāng)中支點(diǎn)達(dá)到一定高度后，對(duì)跨中撓度影響效應(yīng)相對(duì)較小。
圖3 不同跨中、支點(diǎn)高差比下自重引起撓度對(duì)比
圖4 不同跨中、支點(diǎn)高差比下均布載引起撓度對(duì)比
(2)在中支點(diǎn)截面高度固定的情況下，改變跨中截面梁高，梁底線形按拋物線過(guò)渡，得到表2數(shù)據(jù)及圖3、圖4曲線。
表2 跨中梁高變化撓度結(jié)果分析
由圖3、圖4可知，當(dāng)中支點(diǎn)梁高固定，增大跨中截面高度，雖整體剛度增大，但在自重作用下跨中撓度也在增大，與整體剛度增大對(duì)跨中撓度效應(yīng)相比，自重增加引起的效應(yīng)更大；當(dāng)中支點(diǎn)高度固定的情況下，中支點(diǎn)高度與均布載引起的跨中撓度基本成線性關(guān)系，跨中支點(diǎn)高度越大，均布載引起的跨中撓度越??；在高差比相同的情況下，在均布載作用下增加中支點(diǎn)高度比增大跨中截面高度引起的跨中撓度減小效果更為顯著。
(3)通過(guò)改變結(jié)構(gòu)平直段長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整主梁剛度并使結(jié)構(gòu)自重基本一致，結(jié)構(gòu)尺寸及跨中10 a徐變撓度(含其它荷載、不含鋼束影響)見表3。
由表3可知，結(jié)構(gòu)尺寸2相比結(jié)構(gòu)尺寸1跨中梁高加大，中支點(diǎn)梁高不變，梁底按1.6次拋物線過(guò)渡，跨中平直段由3 m延長(zhǎng)至17 m，進(jìn)而降低了底板厚度及平均梁高，雖然結(jié)構(gòu)整體高度加大，但底板厚度降低；結(jié)構(gòu)3相比結(jié)構(gòu)4，僅平直段增加，但整體剛度減小、自重減小。
表3 不同結(jié)構(gòu)高度撓度結(jié)果分析
由有限元模擬結(jié)果可知，不考慮鋼束的情況下，跨中和支點(diǎn)梁高分別增高0.5 m，平直段均延長(zhǎng)至17 m及僅中支點(diǎn)梁高增高0.5 m、平直段不變?nèi)N結(jié)構(gòu)尺寸，相對(duì)中支點(diǎn)梁高為9.5 m、跨中梁高為3.5 m、3 m平直段的結(jié)構(gòu)，10 a收縮徐變引起的跨中撓度分別降低約7.8%、8.5%、6.5%，10 a跨中總撓度分別降低約4.6%、9.3%、7.5%?？梢?，增大跨中支點(diǎn)或跨中梁高對(duì)減小跨中撓度效果均較顯著，故當(dāng)大跨連續(xù)梁中支點(diǎn)截面高度受限時(shí)，在保持整體結(jié)構(gòu)自重基本一致的情況下，適當(dāng)加大跨中截面高度能有效的降低結(jié)構(gòu)跨中撓度，且對(duì)結(jié)構(gòu)收縮徐變引起的跨中下?lián)嫌忻黠@的改善。適當(dāng)增加平直段長(zhǎng)度雖整體剛度降低，但由于自重減小，在一定范圍內(nèi)對(duì)總跨中撓度降低也會(huì)貢獻(xiàn)有利效應(yīng)，且平直段延長(zhǎng)后跨中鋼束損失減小，也會(huì)減小跨中長(zhǎng)期撓度。
本工程最終因中支點(diǎn)范圍梁高受限，故選用中支點(diǎn)梁高9.5 m、跨中梁高4.0 m、平直段17.0 m長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尺寸，二恒作用下跨中撓度為60.2 mm，10 a收縮徐變引起的跨中撓度為4.7 mm。且根據(jù)上述結(jié)論，中支點(diǎn)及跨中斷面高差比也在合理范圍內(nèi)。
3.2 預(yù)應(yīng)力損失影響
大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束較多，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)由于預(yù)應(yīng)力松弛、混凝土收縮徐變等因素導(dǎo)致管道之間滑移，從而有效預(yù)應(yīng)力減小[12]。預(yù)應(yīng)力損失不僅會(huì)引起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期下?lián)?，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)開裂。本文通過(guò)改變頂?shù)装宀煌课坏匿撌行ьA(yù)應(yīng)力損失，對(duì)比分析跨中10 a后徐變撓度見表4。
表4 有效預(yù)應(yīng)力損失引起長(zhǎng)期撓度值
正?？紤]鋼束損失時(shí)，梁體10 a收縮徐變撓度為4.7 mm。由表4可知，整體、頂板及底板鋼束損失10%分別引起的跨中長(zhǎng)期撓度增長(zhǎng)倍數(shù)為3.9、2.7、3.1，而相應(yīng)的損失20%、30%引起的跨中長(zhǎng)期撓度分別約為損失10%的1.8、2.5倍。綜合可知，預(yù)應(yīng)力鋼束的位置、預(yù)應(yīng)力損失水平對(duì)大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋主跨跨中長(zhǎng)期撓度有較大的影響；對(duì)于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，底板縱向預(yù)應(yīng)力損失較頂板預(yù)應(yīng)力損失對(duì)橋梁主跨跨中長(zhǎng)期撓度的影響更顯著。
4 結(jié)論
經(jīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)尺寸、鋼束損失不同工況進(jìn)行有限元分析，可知：
(1)對(duì)于等高梁，增大中支點(diǎn)梁高調(diào)整為變高梁，自重及均布載引起的撓度與高差比基本成二次曲線關(guān)系，高差比越大，長(zhǎng)期撓度越小。
(2)增加中支點(diǎn)梁高對(duì)跨中自重影響相對(duì)較小，故對(duì)長(zhǎng)期撓度降低效應(yīng)較為明顯；當(dāng)高差比達(dá)到一個(gè)界值，對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響效應(yīng)相對(duì)較小。
(3)在跨中及支點(diǎn)截面高差比相同的情況下，在均布載作用下增加中支點(diǎn)高度比增大跨中截面高度引起的跨中長(zhǎng)期撓度減小效果更為顯著。
(4)在結(jié)構(gòu)自重基本一致時(shí)，適當(dāng)增加跨中梁高與增加支點(diǎn)梁高對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響程度接近。
(5)預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響較大，其中本工程實(shí)例整體、頂、底板鋼束損失20%、30%引起的跨中長(zhǎng)期撓度基本一致，分別約為相應(yīng)損失10%的1.8、2.5倍。
(6)底板預(yù)應(yīng)力損失相比頂板預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響更為顯著。
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劉 歡
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1 長(zhǎng)期下?lián)嫌绊懸蛩胤治?/h2>
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δ=(-δp+δd)[1+φ(t+t0)]+δL
(1)
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因此可知引起大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁長(zhǎng)期下?lián)系脑蛑饕校?/p>
(1)縱、豎向有效預(yù)應(yīng)力減小。預(yù)應(yīng)力抵抗結(jié)構(gòu)下?lián)?，隨著有效預(yù)應(yīng)力減小，貢獻(xiàn)降低，撓度增大，頂板和底板預(yù)應(yīng)力損失都會(huì)不同程度影響到梁橋跨中長(zhǎng)期撓度發(fā)展，且預(yù)應(yīng)力損失越大，橋梁跨中撓度的增加速率也越大[7]。
(2)混凝土收縮徐變及由其導(dǎo)致鋼束與混凝土產(chǎn)生滑移引起的預(yù)應(yīng)力損失是大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋跨中下?lián)系闹饕?，在某種程度上講，可以通過(guò)考慮此兩項(xiàng)因素預(yù)測(cè)主跨跨中撓度發(fā)展[8]。
(3)撓度隨加載齡期增長(zhǎng)而降低。
另外橋梁本身結(jié)構(gòu)剛度、使用階段結(jié)構(gòu)開裂、施工質(zhì)量及施工階段和成橋階段溫度變化的影響、鋼束布置都可對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中撓度產(chǎn)生較大的影響[9]。
其中對(duì)于徐變因素，通過(guò)對(duì)比《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10092-2017)、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)、美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)209委員會(huì)推出的易于電算且每個(gè)徐變系數(shù)都有具體數(shù)學(xué)表達(dá)式的ACI209系列徐變預(yù)測(cè)模型及相應(yīng)計(jì)算方法[10]，前兩者分別采用CEB-FIP(1978)徐變預(yù)測(cè)模型、CEB-FIP(1990)徐變預(yù)測(cè)模型，經(jīng)理論計(jì)算模型及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，第二種分析方法與實(shí)測(cè)值較為吻合，故本文章中基于第二種收縮徐變方法對(duì)比分析主梁剛度、縱向預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力兩種因素對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋長(zhǎng)期下?lián)嫌绊慬11]。
2 工程概述
2.1 工程概況
以某(95+162+95)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)槔?，?duì)引起長(zhǎng)期下?lián)弦蛩剡M(jìn)行對(duì)比分析，本橋?yàn)槭姓缆?，跨越鐵路線，橋跨布置如圖1所示。
圖1 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)(單位：m)
該連續(xù)梁采用單箱四室斜腹板截面，沿箱梁結(jié)構(gòu)中心線中支點(diǎn)處梁高9.5 m，邊支點(diǎn)等高段梁高3.5 m，中跨跨中梁高4.0 m，邊跨平直段長(zhǎng)15.34 m，中跨平直段長(zhǎng)17.0 m；其余梁底線形按1.6次拋物線變化。箱梁頂板寬34.4 m，邊跨底板寬20.503～25.957 m、中跨底板寬20.503～25.503 m。兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度為3.0 m；懸臂板端部厚0.2 m，根部厚0.6 m，橫橋向懸臂厚度線性變化；箱梁頂板厚0.3 m，中支點(diǎn)左右兩側(cè)25.5 m范圍頂板厚為0.52 m；底板厚度為0.3～1.0 m；邊腹板、中腹板厚度為0.45～0.75～1.0 m。中支點(diǎn)處對(duì)應(yīng)墩身設(shè)置中橫梁，厚為5.0 m，邊支點(diǎn)處端橫梁厚2.0 m，中跨跨中隔墻厚0.5 m。箱梁橫斷面如圖2所示。
2.2 計(jì)算參數(shù)
設(shè)計(jì)環(huán)境類別：Ⅱ類；重要性系數(shù)：1.1；縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)。
收縮徐變：環(huán)境條件按野外一般條件計(jì)算，相對(duì)濕度70%?；炷列熳儗?duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)按照規(guī)范(JTG 3362-2018)第4.3.9條辦理，收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失按照規(guī)范(JTG 3362-2018)第6.2.7條辦理。
混凝土及普通鋼筋材料性能指標(biāo)按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)執(zhí)行，預(yù)應(yīng)力鋼絞線力學(xué)性能指標(biāo)及相關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：彈性模量1.95×105MPa；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa；抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1 260 MPa；鋼絞線松弛系數(shù)0.3；孔道偏差系數(shù)0.001 5；孔道摩阻系數(shù)0.25，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；錨具變形及鋼束回縮每端按6 mm計(jì)。
3 下?lián)嫌绊懸蛩氐挠邢拊治?/h2>3.1 橋梁剛度對(duì)比分析
橋梁結(jié)構(gòu)剛度與位移直接相關(guān)，通過(guò)改變梁體不同位置結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)長(zhǎng)期跨中撓度影響效應(yīng)進(jìn)行分析。為減小其他因素影響，僅通過(guò)改變梁高來(lái)調(diào)整主梁剛度，提取自重及均布載下的長(zhǎng)期跨中撓度。
針對(duì)(95+162+95)m連續(xù)梁擬定了11種結(jié)構(gòu)尺寸組，對(duì)應(yīng)不同的跨中梁高及中支點(diǎn)梁高組合，分別固定中支點(diǎn)和跨中截面梁高，頂板、腹板、底板標(biāo)準(zhǔn)斷面厚度不變，梁底均1.6次方拋物線過(guò)渡，鋼束布置、荷載、邊界、收縮徐變、加載齡期及其他外部條件均保持一致。通過(guò)分析不同的結(jié)構(gòu)高度及高差比，計(jì)算出跨中長(zhǎng)期撓度值，并進(jìn)行對(duì)比分析。
(1)在跨中截面高度固定的情況下，改變中支點(diǎn)梁高，梁底線形按拋物線過(guò)渡，得到表1數(shù)據(jù)及圖3、圖4曲線。
表1 中支點(diǎn)梁高變化撓度結(jié)果分析
由表1及圖3、圖4可知，對(duì)于等高梁，增大中支點(diǎn)梁高調(diào)整為變高梁，自重及均布載撓度與高差比基本成二次曲線關(guān)系，高差比越大，撓度越?。辉黾又兄c(diǎn)梁高對(duì)跨中自重影響相對(duì)較小，故對(duì)撓度降低效應(yīng)較為明顯；撓度減小速率在高差比為0.5前均較大，撓度減小比較明顯，隨著高差比越來(lái)越大，撓度減小速率逐漸變小，當(dāng)高差比達(dá)到一個(gè)界值，在自重及均布載作用下，跨中撓度降低效應(yīng)不再顯著，即當(dāng)中支點(diǎn)達(dá)到一定高度后，對(duì)跨中撓度影響效應(yīng)相對(duì)較小。
圖3 不同跨中、支點(diǎn)高差比下自重引起撓度對(duì)比
圖4 不同跨中、支點(diǎn)高差比下均布載引起撓度對(duì)比
(2)在中支點(diǎn)截面高度固定的情況下，改變跨中截面梁高，梁底線形按拋物線過(guò)渡，得到表2數(shù)據(jù)及圖3、圖4曲線。
表2 跨中梁高變化撓度結(jié)果分析
由圖3、圖4可知，當(dāng)中支點(diǎn)梁高固定，增大跨中截面高度，雖整體剛度增大，但在自重作用下跨中撓度也在增大，與整體剛度增大對(duì)跨中撓度效應(yīng)相比，自重增加引起的效應(yīng)更大；當(dāng)中支點(diǎn)高度固定的情況下，中支點(diǎn)高度與均布載引起的跨中撓度基本成線性關(guān)系，跨中支點(diǎn)高度越大，均布載引起的跨中撓度越??；在高差比相同的情況下，在均布載作用下增加中支點(diǎn)高度比增大跨中截面高度引起的跨中撓度減小效果更為顯著。
(3)通過(guò)改變結(jié)構(gòu)平直段長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整主梁剛度并使結(jié)構(gòu)自重基本一致，結(jié)構(gòu)尺寸及跨中10 a徐變撓度(含其它荷載、不含鋼束影響)見表3。
由表3可知，結(jié)構(gòu)尺寸2相比結(jié)構(gòu)尺寸1跨中梁高加大，中支點(diǎn)梁高不變，梁底按1.6次拋物線過(guò)渡，跨中平直段由3 m延長(zhǎng)至17 m，進(jìn)而降低了底板厚度及平均梁高，雖然結(jié)構(gòu)整體高度加大，但底板厚度降低；結(jié)構(gòu)3相比結(jié)構(gòu)4，僅平直段增加，但整體剛度減小、自重減小。
表3 不同結(jié)構(gòu)高度撓度結(jié)果分析
由有限元模擬結(jié)果可知，不考慮鋼束的情況下，跨中和支點(diǎn)梁高分別增高0.5 m，平直段均延長(zhǎng)至17 m及僅中支點(diǎn)梁高增高0.5 m、平直段不變?nèi)N結(jié)構(gòu)尺寸，相對(duì)中支點(diǎn)梁高為9.5 m、跨中梁高為3.5 m、3 m平直段的結(jié)構(gòu)，10 a收縮徐變引起的跨中撓度分別降低約7.8%、8.5%、6.5%，10 a跨中總撓度分別降低約4.6%、9.3%、7.5%?？梢?，增大跨中支點(diǎn)或跨中梁高對(duì)減小跨中撓度效果均較顯著，故當(dāng)大跨連續(xù)梁中支點(diǎn)截面高度受限時(shí)，在保持整體結(jié)構(gòu)自重基本一致的情況下，適當(dāng)加大跨中截面高度能有效的降低結(jié)構(gòu)跨中撓度，且對(duì)結(jié)構(gòu)收縮徐變引起的跨中下?lián)嫌忻黠@的改善。適當(dāng)增加平直段長(zhǎng)度雖整體剛度降低，但由于自重減小，在一定范圍內(nèi)對(duì)總跨中撓度降低也會(huì)貢獻(xiàn)有利效應(yīng)，且平直段延長(zhǎng)后跨中鋼束損失減小，也會(huì)減小跨中長(zhǎng)期撓度。
本工程最終因中支點(diǎn)范圍梁高受限，故選用中支點(diǎn)梁高9.5 m、跨中梁高4.0 m、平直段17.0 m長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尺寸，二恒作用下跨中撓度為60.2 mm，10 a收縮徐變引起的跨中撓度為4.7 mm。且根據(jù)上述結(jié)論，中支點(diǎn)及跨中斷面高差比也在合理范圍內(nèi)。
3.2 預(yù)應(yīng)力損失影響
大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束較多，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)由于預(yù)應(yīng)力松弛、混凝土收縮徐變等因素導(dǎo)致管道之間滑移，從而有效預(yù)應(yīng)力減小[12]。預(yù)應(yīng)力損失不僅會(huì)引起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期下?lián)?，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)開裂。本文通過(guò)改變頂?shù)装宀煌课坏匿撌行ьA(yù)應(yīng)力損失，對(duì)比分析跨中10 a后徐變撓度見表4。
表4 有效預(yù)應(yīng)力損失引起長(zhǎng)期撓度值
正?？紤]鋼束損失時(shí)，梁體10 a收縮徐變撓度為4.7 mm。由表4可知，整體、頂板及底板鋼束損失10%分別引起的跨中長(zhǎng)期撓度增長(zhǎng)倍數(shù)為3.9、2.7、3.1，而相應(yīng)的損失20%、30%引起的跨中長(zhǎng)期撓度分別約為損失10%的1.8、2.5倍。綜合可知，預(yù)應(yīng)力鋼束的位置、預(yù)應(yīng)力損失水平對(duì)大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋主跨跨中長(zhǎng)期撓度有較大的影響；對(duì)于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，底板縱向預(yù)應(yīng)力損失較頂板預(yù)應(yīng)力損失對(duì)橋梁主跨跨中長(zhǎng)期撓度的影響更顯著。
4 結(jié)論
經(jīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)尺寸、鋼束損失不同工況進(jìn)行有限元分析，可知：
(1)對(duì)于等高梁，增大中支點(diǎn)梁高調(diào)整為變高梁，自重及均布載引起的撓度與高差比基本成二次曲線關(guān)系，高差比越大，長(zhǎng)期撓度越小。
(2)增加中支點(diǎn)梁高對(duì)跨中自重影響相對(duì)較小，故對(duì)長(zhǎng)期撓度降低效應(yīng)較為明顯；當(dāng)高差比達(dá)到一個(gè)界值，對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響效應(yīng)相對(duì)較小。
(3)在跨中及支點(diǎn)截面高差比相同的情況下，在均布載作用下增加中支點(diǎn)高度比增大跨中截面高度引起的跨中長(zhǎng)期撓度減小效果更為顯著。
(4)在結(jié)構(gòu)自重基本一致時(shí)，適當(dāng)增加跨中梁高與增加支點(diǎn)梁高對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響程度接近。
(5)預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響較大，其中本工程實(shí)例整體、頂、底板鋼束損失20%、30%引起的跨中長(zhǎng)期撓度基本一致，分別約為相應(yīng)損失10%的1.8、2.5倍。
(6)底板預(yù)應(yīng)力損失相比頂板預(yù)應(yīng)力損失對(duì)跨中長(zhǎng)期撓度影響更為顯著。
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