淺析不同張拉順序對斜梁橋豎向位移影響分析

摘要：隨著我國社會經濟的發展進步以及交通運輸行業的快速發展，斜梁橋在我國的城市建設中得到了更加廣泛的應用。本文主要以某三跨預應力混凝土連續斜交箱梁橋作為研究的工程實例，運用縱向預應力對稱張拉、交錯張拉和單側張拉等三種模型進行分析研究。比較張拉順序不同，預應力混凝土連續斜交箱梁在豎向位移上的變化情況，進而找出最有效的預應力鋼筋的張拉順序。

關鍵詞：斜梁橋;預應力;張拉順序

一、引言

隨著我國社會經濟以及交通運輸行業的飛速發展，在城市建設中由于受到線路和線形等方面的限制下，斜橋梁由于其具有抗彎強度大、穩定性能好、抗震能力強等優點而得到了人們更加廣泛的關注。在橋梁建設過程中，由于不同的張拉順序其預應力效應會對梁體產生不同的影響，所以預應力的張拉順序是橋梁建筑中十分關鍵的影響因素。

二、工程概況

執行橋作為試驗橋，其采用預應力混凝土A型連續型的斜支撐梁，橋梁的跨徑組合長度為17.5m+32m+16m。橋梁兩端的斜度分別為一端30°、另一端15°的傾斜角度，所以歸屬于異形斜梁橋。橋梁的橫斷面的結構為單箱雙室，箱梁頂板的寬度為12m，底板寬度為7.5m，梁高為1.45m。箱梁的梁體采用C50混凝土作為原材料，預應力鋼絞線采用的是標準抗拉強度的鋼絞線，采用后張法作為本次施工的施工技術。梁體使用縱向預應力鋼絞線9束，橫梁處分別使用橫向預應力鋼絞線8束、負彎矩預應力鋼筋24束。橋梁的設計荷載等級為公路Ⅱ級。全橋總體布置見圖1，箱梁橫截面及縱向預應力鋼筋布置見圖2。

三、有限元分析

3.1、基本方法

與正橋相比，斜梁橋的結構相對更為復雜一些，通常需要建立本橋有限元的模型。建立此模型的基本原理是如果梁格節點與結構重合的點具有相同的轉角和撓度，那么由梁格節點產生的局部靜力與結構本身產生的內力等效。

3.2、模型的建立

利用Midas/civil軟件來建立一個一端斜度為30°、另一端斜度為15°的預應力混凝土斜橋梁的有限元空間實體模型。箱梁和鋪裝層采用彈性模量E_c=3.45×10⁴MPa的C50混凝土。管道間和預應力鋼筋的相關參數為摩阻系數取μ=0.25，每米管道的偏差系數為k=0.0015。模型的上部結構是單箱雙室，主要分成橫向的梁格單元和縱向的梁格單元兩部分。橫向的梁格單元是縱向梁格之間連接的媒介，連接時要根據原始結構來建構模型，橫隔梁則要根據橋梁的位置來構建模型，模仿真實的橫梁單元的剛度，此外，模型其他位置的橫向梁格單元的建設也要與頂板的剛度相同，虛擬的橫梁間隔為1.5m。如果斜度超過20°，就應該在整體結構具有主導作用的方向上設置相關構件，并采用正交的網格分析。

3.3、有限元模型的試驗驗證

為驗證Midas梁格法建模是否具有準確性，通常采用將此項工程實例在受到成橋狀態恒載作用下的模型數據與實測應力值進行對比的方法，試驗時選取a和b截面進行測量截面變形（見圖1），成橋時為初始值，拆除支架7d后所測得的數據作為分析終值，進而計算對比結果見表1，表2。

箱梁橫向位置/cm

230

500

600

700

960

模型數據/ ×10^-2mm

1439

1487

1502

1525

1543

實測值/×10^-2mm

1436

1463

1485

1512

1520

誤差/%

4.7

4.6

5.3

5.1

7.3

表1 箱梁 a—a 截面變形數值表

箱梁橫向位置/cm

230

500

600

700

960

模型數據/ ×10^-2mm

1672

1705

1735

1732

1753

實測值/×10^-2mm

1672

1681

1720

1731

1729

誤差/%

4.6

4.3

5.2

5.0

7.2

表2" 箱梁 b—b 截面變形數值表

由表1，表2可以看出，模型數據與實測數據相比最大誤差為7.3%，滿足工程的基本要求，因此可以證明Midas梁格法建立模型是準確的。

3.4、縱向預應力的張拉順序對豎向位移產生的影響

數值模型中有交錯張拉、單側張拉以及對張拉三種張拉順序，進而研究腹板預應力鋼束作用對于連續斜梁橋產生的影響后果。下圖中，圖①表示的是第一批張拉縱向預應力的鋼束，圖②表示的是第二批張拉縱向預應力的鋼束，圖③表示的則是第三批張拉縱向預應力的鋼束，圖a）表示的是對稱的張拉預應力鋼筋，表示的是靠近中性軸處的預應力，圖4為交錯張拉，圖5為單側張拉。

可以看出，不管是斜梁的對稱張拉、交錯張拉、或是單側張拉方式，在受到斜交的作用的影響下，整個結構都會處在彎、剪、扭三種同時受力的狀態：左、右腹板會出現明顯的豎向位移的偏差，箱梁也會發生扭轉變形現象，左、右腹板豎向位移的走向呈相反趨勢。這種現象表明：在張拉作用相同的情況下，張拉預應力鋼筋越靠近中性軸就能夠獲得越多的有效預應力。為了更為有效的研究不同張拉順序對左右腹板造成的不同影響效果，通常的做法是依據模型數據制作出三種不同張拉順序的全橋的扭轉角對比圖，通過對比圖的分析可以得出：在對稱的張拉作用狀態下，左右腹板在沿橋的縱向方向上的扭轉角呈現相反的方向，中跨的中部部位也不會出現扭轉變形現象，且在邊跨的中部部分產生的扭轉角的值最大;與對稱的張拉作用狀態相比，由交錯張拉所產生的扭轉角在方向上沒有發生任何變化，而且數值也比對稱的張拉順序要小一些;而在單側張拉順序的情況下，橋梁的扭轉角呈現的也是不對稱的分布情況，中跨中部處會出現明顯的扭轉。

腹板處出現的位移圖，從圖中可以看出，縱向預應力鋼束在靠近中性軸的部位的張拉順序與從上至下的張拉順序而產生的豎向變形相比，其預應力表現的更為平緩。

圖6不同對稱張拉順序下中腹板位移圖

四、結論

不管是斜梁的對稱張拉、交錯張拉、或是單側張拉方式，在受到斜交的作用的影響下，整個結構都會處在彎、剪、扭三種同時受力的狀態：左、右腹板會出現明顯的豎向位移的偏差，箱梁也會發生扭轉變形現象，左腹板豎向位移與右腹板豎向位移的走向呈相反趨勢。在選擇預應力鋼束的張拉順序時，最好使用交錯張拉與對稱的張拉方式相結合或者只使用對稱張拉的方法，盡量避免單側張拉產生的不利影響。

五、結束語

隨著我國社會經濟的不斷發展進步，橋梁工程已經逐漸成為我國經濟建設中十分重要的組成部分之一，橋梁建筑不僅會對交通運輸產生有力作用，對經濟的發展也具有積極意義。所以，要想加快交通運輸行業以及經濟的快速發展，就必須對預應力技術進行不斷地完善，除了不斷提高相關的施工工藝之外，還要不斷提高施工人員的專業技術水平，只有這樣才能緊跟時代的快速發展，運用新技術、新工藝使得預應力技術的作用在公路橋梁建設中可以得到更加充分的發揮，進而提高公路橋梁的質量。

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