摘 要: 以某预应力混凝土连续梁桥为例,采用有限元计算软件,选定6 个对连续梁桥线形控制有影响的因素,分析这些因素变化时,梁段节点标高的变化情况。并对各影响因素提出相应的控制建议,为相似桥梁的线形控制工作提供一定的借鉴。
关键词: 连续梁桥; 线形控制; 影响因素; 标高
1 桥梁概况
某45 m + 80 m + 45 m 三跨预应力混凝土连续梁桥,采用挂篮悬臂现浇法施工。主梁为单箱单室结构,箱梁底宽7. 74 m ,顶宽13. 74 m ,墩中心处平均梁高4. 4 m ,跨中及端支座处梁高为2. 0 m ,纵桥向箱梁底采用二次抛物线变化,底板厚度从57 cm变化到跨中26 cm ,腹板厚度从55 cm 变化到36cm ,顶板厚度32 cm 不变。主墩临时固结采用钢管混凝土支撑的形式,承受箱梁悬浇过程中的不平衡弯矩。T 构悬臂施工结束后,边跨率先与用满堂支架法现浇的梁段合龙,中跨合龙后拆除临时支撑完成体系转换,全桥成桥。
2 线形控制主要影响因素分析
预应力混凝土连续梁桥线性控制影响因素众多[ 1 ] ,选定6 个重要影响因素,分析这些因素变化时,梁段节点标高的变化情况。计算软件采用Mid2asPcivil 。
2. 1 混凝土容重变化对主梁线形控制的影响
该桥主梁采用C50 混凝土,由于这种高标号混凝土空隙少,容重实测值均较规范值大一些,故将混凝土容重在规范值基础上提高5 %和10 %,对主梁关键点标高变化进行敏感性分析。计算结果见表1。
注: ①为成桥时节点标高变化值; ②A 点为主梁预拱度最大的节点; B1PB2 点为中跨合拢段两侧节点; C 点为该因素变化引起主梁标高变化最大的节点。下同。
由表1 可知,混凝土容重每增加5 % , C 点标高降低5 mm ,为A 点预拱度的9. 3 % ,可见混凝土容重对主梁线形控制影响明显。
2. 2 预应力变化对主梁线形控制的影响
预应力是影响连续梁桥标高控制的重要结构参数,但预应力施加后,会有一部分预应力发生损失。由于影响预应力损失的因素众多,因此以最主要、最直观的钢束张拉力Ncon 为控制对象,分别计算张拉力减少5 %和10 %时主梁关键点标高的变化。计算结果见表2 。
由表2 可知,钢束张拉力每减少5 % , C 点标高降低5. 5 mm ,为A 点预拱度的10. 2 % ,可见预应力对主梁线形控制影响明显。
2. 3 混凝土弹性模量变化对主梁线形控制的影响
结构材料的弹性模量与结构变形具有直接的关系,但由于钢材的弹性模量比较稳定,而混凝土为非线性材料,且混凝土弹性模量具有随时间增长的特性,因此以规范值为基准,分别计算28 d 混凝土弹性模量在- 20 %～ + 20 %变化时主梁关键点标高的变化。计算结果见表3 。
由表3 可知,混凝土弹性模量每变化10 % , C点标高大约变化1. 7 mm ,为A 点预拱度的3. 1 % ,可见其对线形控制影响相对较小。
2. 4 温度变化对主梁线形控制的影响
白天箱梁顶面温度高,混凝土膨胀,底面温度低,混凝土收缩,从而使悬臂箱梁产生下挠变形;到黑夜,箱梁顶底面散热较快,而箱梁内由于空气不流通散热较慢,从而形成箱内和箱外的温差,箱内温度高混凝土膨胀,而箱外温度低混凝土收缩,使得悬臂箱梁又产生上挠变形。温度对桥梁结构变形的影响随温度变化量的增大而增大,也随T 构悬臂梁段的增长而增大,且采取不同的梯度温度模式计算结果差异较大[ 2 ] 。文中以J TG D60 —2004 规范中推荐的竖向梯度温度模式(图2 中T1 = 25 ℃、T2 = 6. 7℃,尺寸单位:mm) ,计算温度荷载引起最大悬臂T构的主梁变形。计算结果见图3 。
由图3 可知,悬臂端点标高变化为- 21. 4 mm ,为A 点预拱度的39. 6 % ,可见温度变化对线形控制影响显著。在降温梯度荷载作用下,主梁产生上挠变形,限于篇幅,这里将不在详述。
2. 5 混凝土收缩徐变对主梁线形控制的影响
国内外关于混凝土收缩徐变具有多种计算模式,我国交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》( J TJ 023 —85 ) 采用的是CEB —FIP1978 模式,而《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》(J TG D62 —2004) 采用的是CEB —FIP1990 模式。由于CEB —FIP1990 模式考虑了徐变系数随混凝土强度提高而降低的规律,而混凝土的徐变效应相比于收缩效应对主梁的线形影响要显著的多, 因此采用CEB —FIP1990 模式较CEB —FIP1978 模式计算出的结果要小[ 3 ] 。分别采用上述两种规范,计算主梁从悬壁施工到成桥3 年的收缩徐变位移,其计算结果见图4 。
由图4 可知,收缩徐变引起的主梁位移最大值分别为30. 3 mm 和45. 4 mm ,分别为A 点预拱度的56. 1 %和84. 1 %;而2 种规范计算结果最大差值达15. 1 mm ,为A 点预拱度的28 %。可见混凝土收缩徐变对主梁线形控制影响显著,且不同的计算模式结果差异较大。
2. 6 施工荷载对主梁线形控制的影响
连续梁桥施工荷载主要有挂篮自重、合龙配重、平衡压重、施工用材等,仅以平衡压重为例来说明施工荷载对主梁线形控制的影响。
边跨合龙段锁定前需对边跨悬臂端施以合龙配重,同时对中跨悬臂端施以平衡压重。若边跨合龙过程中远端无平衡压重,则与有平衡压重的工况相比,成桥时中跨梁段上挠,边跨梁段下挠,2 种工况成桥时位移差值见图5 。
由图5 可知, 中跨节点位移最大差值达5. 7mm ,边跨节点位移最大差值达4. 2 mm ,分别为A点预拱度的10. 6 %和7. 8 % ,可见施工荷载对主梁线形控制影响明显。
3 降低影响因素干扰的经验建议
1) 根据现场实际试验数据对混凝土容重和弹性模量的初值进行调整,消除理论值和实际值的偏差。
2) 钢束张拉力采取千斤顶油表和伸长量双重控制,减少由于预应力的不足造成的梁段下挠。在施工中也可进行超张拉,一般采用0. 05 ,但具自锚性能的锚具采用0. 03 ,皆为经验数据,其值是否与预应力损失一致,直接影响到预拱度的大小。
3) 采用固定时间观测法和相对立模标高法来降低温度对线形控制的不利影响[ 4 ] ;对温度变化引起的主梁变形进行了敏感性分析,得到各个施工阶段温度变化与主梁变形的关系曲线,根据温度变化幅度进行插值计算,对测量结果进行修正。
4) 进行混凝土小梁徐变试验,以选取合适的计算模式,该桥最后按照J TG D62 —2004 规范计算混凝土徐变效应。同时在施工阶段可将混凝土加载龄期由3 d 改7 d ,以降低混凝土徐变对主梁线形的影响。
5) 减少不必要的施工荷载,避免T 构两侧出现过大的不平衡弯矩。合龙前清除桥面荷载,施工用材或拆卸的挂篮构件可移至墩顶处有序排放。
4 结 论
a. 混凝土容重、预应力、温度效应、混凝土收缩徐变、施工荷载对预应力混凝土连续梁桥线形控制影响显著,而混凝土弹性模量的影响相对较小。
b. 就目前连续梁桥在使用阶段存在跨中下挠现象,若现场缺乏混凝土小梁徐变试验条件,建议采用J TJ 023 —85 规范进行计算,以使主梁在使用阶段具有更大的下挠储备。
c. 成桥实测数据表明, B1PB2 实测标高与成桥设计标高误差为2P- 1 mm , A 点实测标高与成桥设计标高误差为3 mm ,全桥梁段节点实测标高与成桥设计标高最大误差为14 mm ,皆符合高程误差精度要求。
参考文献
[1 ] 向中富. 桥梁施工控制技术[M] . 北京:人民交通出版社,2001.
[2 ] 张明远,卢哲安,刘飞鹏,等. 某大跨预应力混凝土连续梁桥的温度效应分析[J ] . 武汉理工大学学报,2007 ,29 :1102113.
[3 ] 文永奎,陈政清. 考虑预应力损失的混凝土梁徐变计算方法[J ] . 中国铁道科学,2005 , (3) :36240.
[4 ] 刘成龙,陈强,李振伟. 温度对悬臂法施工桥梁长悬臂箱梁标高的影响及其对策[J ] . 桥梁建设,2003 (1) :23225.
