大跨曲線連續剛構橋施工誤差影響因素分析

周軍杰

1 概述

為了減小橋梁與道路連接部分線路的長度，降低整個工程的造價，有時需要修建彎橋以適應橋址受地形地物的限制。相對于直橋而言，彎梁橋因受彎扭耦合效應的影響，其受力更為復雜，由此導致其設計及施工上的諸多困難，對大跨曲線梁橋采用懸臂澆筑方法而言難度更大。故將大跨彎連續剛構作為一個整體進行研究是十分有必要的，具有很強的現實意義。

2 施工控制中的主要影響因素

大跨徑預應力曲線連續剛構橋施工階段比較多，各個階段的變形與諸多因素有關，有必要研究各種不同因素的作用。對曲線連續剛構橋而言，引起結構狀態偏差的主要因素有:結構幾何形態參數、截面特征參數、與時間相關的參數、荷載參數、材料特性參數。但是在以上五種設計參數中，對結構狀態的影響程度有所差異。因此為了在監控工作中抓住主要因素，本文以最大懸臂施工階段累計撓度作為比較目標，對以上五個主要參數的影響情況進行了敏感性分析。

3 大跨徑曲線連續剛構橋的施工仿真分析

3.1 工程簡介

312國道某大橋，主橋60 m+100 m+60 m預應力混凝土曲線連續剛構橋，橋寬0.5 m+11 m+0.5 m，橋高60 m，路線半徑R=582.963 m。主梁采用單箱單室斷面，支點處梁高5.2 m，跨中梁高2.2 m;頂板寬12 m，底板寬6 m;腹板厚度32 cm，頂板厚22 cm，底板為變厚度，從根部52 cm至跨中22 cm。橋墩類型為矩形薄壁空心板，高度30.1m～56.7m，橋墩尺寸4.4 m×6.0 m，壁厚50 cm(箱梁尺寸見圖1)。

3.2 仿真分析模型建立

本文利用Midas/Civil軟件建立了該橋在施工階段的仿真分析模型。全橋共劃分81個單元(其中，主梁共分為61個單元，每個懸澆段劃分為1個單元，0號塊每個劃分為5個單元，橋墩每個分為10個單元)。全部施工過程模擬為15個施工階段，其中，施工階段1～11分別為0號～10號塊的施工，施工階段12為左側滿堂施工階段，施工階段13為右側滿堂施工階段，施工階段14為中跨合龍階段。

3.3 施工誤差的影響因素分析

1)梁段自重的影響。現假設所有的梁段均超重3%，其他設計參數不變，計算得到施工階段11(即最大懸臂施工階段)的主梁豎向變形影響圖，見圖2。

由圖2可見，在梁段整體超重的情況下，會導致主梁撓度明顯增大，在容重增加3%的條件下，豎向變形最大增加18 mm，其影響不容忽視。且撓度增加最大的單元為9，27，36，54(即懸臂施工中的6號、7號、8號塊段)，主要因為此時懸臂彎矩最大。

2)主梁剛度的影響。假設主梁剛度增加10%，其他設計參數不變，計算得到施工階段11(即最大懸臂施工階段)的主梁豎向變形影響圖，見圖3。由圖3可見，隨著主梁剛度的增加主梁的豎向變形變小，但主梁剛度對變形的影響是很有限的。

3)預應力損失的影響。a.管道摩擦系數μ。規范規定當預應力鋼束為鋼絞線且管道成型方式是預埋金屬波紋管時，管道摩擦系數μ取值為0.25。假設管道摩擦系數增大10%(其他設計參數不變)，計算得到2號墩左幅T構主梁在最大懸臂階段的豎向變形影響圖，見圖4。由圖4可見，管道摩擦系數對豎向變形的影響是很小的，隨著管道摩擦系數的增大，主梁豎向變形增大。在墩頂處豎向變形沒有發生變化，這是因為預應力不引起墩頂豎向變形，在摩擦系數增大的情況下，34號單元的變形增量最大，該位置大概在距最大懸臂端1/5處。b.管道偏差系數k。規范規定當預應力鋼束為鋼絞線且管道成型方式是預埋金屬波紋管時，管道偏差系數k取值為0.001 5。假設管道偏差系數k增大10%(其他設計參數不變)，計算得到主梁在最大懸臂階段的變形影響圖見圖5。

由圖5可見，管道偏差系數對主梁懸臂施工階段的變形影響規律與摩擦系數類似。

4)混凝土收縮徐變的影響。本文只將在環境條件一致的情況下是否考慮收縮徐變影響的結構撓度和側向變形進行簡單比較。

不計收縮徐變與考慮收縮徐變對1號橋墩右幅T構施工段懸臂累計撓度的影響對比見圖6。

由圖6可見，不考慮混凝土徐變的情況下其豎向變形顯著減小，混凝土收縮徐變對主梁豎向變形的影響較大，混凝土徐變對線形控制很不利，因此其影響作用不容忽視。

5)溫度的影響。在本橋施工控制中，不考慮溫度變化的影響，因為合理選擇施工測量的時間，使相鄰兩次撓度觀測時的結構溫度相近，對消除溫度變化引起的撓度觀測誤差可以得到較滿意的結果，這也是目前此類橋型施工中普遍采取的一種行之有效的方法。

3.4 各種因素對變形的影響比較

通過以上的分析可以看出，對懸臂施工的曲線連續剛構橋豎向變形影響最大的因素是混凝土徐變系數，其次是主梁混凝土的容重，而主梁及橋墩的剛度對變形的影響次之，預應力損失的影響最小。所以，在進行參數修正時，將混凝土容重及收縮徐變作為主要參數，重點分析，對其進行參數估計與調整。而將主梁及橋墩剛度(彈性模量、截面面積)等作為次要參數，忽略其影響。

4 結語

本文具體討論了各種設計參數誤差對曲線連續剛構橋懸臂施工中豎向變形的影響情況，得出了針對曲線連續剛構橋這種橋型的敏感參數，以便有針對性的對主要設計參數進行修正和調整，對同類其他橋梁具有一定的指導意義。

［1］ 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］ 曲 國.預應力混凝土連續剛構設計［J］.東北公路，2003 (4):21.

［3］ 杜 洪，蔣 陳.連續剛構橋梁施工控制［J］.公路交通技術，2003(2):25-29.

［4］ 葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］ 徐艷秋，許克賓.薄壁彎梁橋空間有限元分析［J］.土木工程學報，2003(2):4-17.

［6］ 劉黎明，寧平華，熊正元，等.主跨138 m預應力混凝土連續梁橋的施工控制［J］.城市道橋與防洪，2002(1):3.

［7］ 朱 敏，許智焰.高墩大跨徑預應力混凝土連續梁橋線型控制研究［J］.工程結構，2005(2):11.

［8］ Adel Fam，Cart Turkstra.A Finite Element Scheme for box bridge analysis［J］.computer and structures，2010，5(2):3.