矮塔斜拉橋施工預拱度的確定

丁廣煒

摘 要：以某雙塔雙索面矮塔斜拉橋為例，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撓度變形，探討了預應力鋼絞線計算參數、混凝土容重和彈性模量、收縮徐變等參數對施工預拱度的影響，最后綜合考慮以上因素確定為該類橋型施工預拱度的確定，提出有效的計算方法。

關鍵詞：矮塔斜拉橋；撓度；參數；預拱度

一、概述

矮塔斜拉橋是介于梁橋與傳統斜拉橋之間的一種新型橋梁結構，兼具連續梁（剛構）橋與傳統斜拉橋的特性，且又獨具特點，是一種很具發展潛力的橋型結構。

此類橋梁上部結構基本采用分節段懸臂施工，而對于懸臂施工的橋梁來說，線形控制是關鍵內容之一。若線形控制不當將直接影響橋梁施工質量和使用的壽命，甚至出現無法合攏的尷尬局面。線形控制是通過調整和控制模板高程及斜拉索索力來實現的，而斜拉索張拉力需控制在設計規定范圍之內，因此通過調整和控制模板高程成為線形控制的主要措施；而高程的控制是通過設置預拱度來實現的，因此線形控制可以歸結為預拱度控制。

二、工程概況

某橋為雙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。索塔高度22.8m，順橋向寬5.5m，橫橋向寬2m，全橋共有36對斜拉索，每塔九對，斜拉索采用扇形布置，最短索索長為38.97m，最長索索長為71.69m。梁上索距為4m，塔上索距為0.8m，斜拉索穿過塔上索鞍錨固在箱梁上。斜拉索采用OVM250平行鋼絞線拉索體系，采用25ф15.24mm環氧涂層高強鋼絞線，強度為1860MPa單塔對稱布置18對斜拉索。

三、結構模型的建立

計算程序采用橋梁博士3.03專用程序對結構進行離散，結構由主梁、索塔、橋墩、樁基及拉索組成。結構計算簡圖如圖1所示。全橋共339單元338個節點。

邊界條件為：樁基底部固結，交界墩按活動鉸支座模擬。

四、主要施工階段撓度變形分析

有限元解決結構靜力分析問題的基本理論可表達如下：

[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個梁段，0#、1#塊滿堂支架現澆施工，2#～10#梁段屬于無索區，11#～19#梁段屬于有索區，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級汽車及人群活載作用下的撓度見圖6所示。

五、參數影響分析

（一）預應力鋼絞線計算參數。從多座大跨度橋梁的實踐表明，超長預應力束的預應力損失比規范規定值大，主要是由于參數k、u的取值影響較大。實際施工過程中，預應力管道偏差較大，規范取值為k=0.0015。當取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算值相差分別為0.005、0.010m（均為向下），撓度比較見圖7示。

（二）混凝土容重和彈性模量。在實際施工過程中，由于內壁脹模等因素結構的斷面尺寸與設計值有偏差，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在混凝土容重參數的變化。將混凝土容重提高3%以近似模擬上述偏差，其計算結果見圖8。計算結果說明，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際值與設計值的差異將引起的主梁剛度的不同，因此導致按設計計算出的主梁施工撓度與實際撓度存在誤差。一般混凝土的實際強度和彈性模量均高于規范規定值。再則，由于混凝土中布置了較多的縱橫向普通鋼筋和預應力鋼絞線，這也會使結構的彈性模量增加。將混凝土的彈性模量提高5%進行分析，其結果見圖8所示，主梁的最大撓度減小0.005m。

（三）收縮徐變?；炷恋氖湛s徐變系數對分階段施工的混凝土橋梁的施工計算影響較為顯著。但混凝土的收縮徐變系數的試驗測試需要一個較長的周期及較大投資的設備，目前施工現場的混凝土，收縮徐變系數的測定目前尚無較滿意的方法。從圖8可見，當將混凝土的收縮徐變系數提高0.5倍，主梁的最大撓度增大0.021m。

六、施工預拱度的確定

新規范《JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝上橋涵設計規范》對預拱度的確定有詳細規定，當預加應力的長期反拱值小于按荷載短期效應組合計算的長期撓度時應設預拱度，其值應按該項荷載的撓度值與預加應力長期反拱值之差采用。汽車荷載頻遇值為汽車荷載標準值的0.7倍，人群荷載頻遇值等于其標準值。

根據規范要求，預拱度應包括結構施工階段最終累計變形、二期恒載（含橋面鋪裝及護欄）、汽車荷載、合攏以后所產生的后期長期收縮徐變。

綜上所述，考慮預應力管道偏差和混凝土容重修正，擬定計算方案為：

預應力管道偏差系數k=0.003，混凝土容重按103%計算成橋階段的撓度，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拱度。另外考慮到后期持續下撓因素，在上述計算結果的基礎上跨中節點位置再抬高5cm，其余位置節點的抬高量按拋物線方式分配抬高值，以此作為施工控制的依據。計算結果見圖9。

七、結語

施工中掛藍變形應作掛藍預壓實驗，確定掛藍撓度變化值，在預拱度設置時予以考慮；掛藍立模標高的確定應在掛藍移動就位后鋼筋綁扎前進行設置，立模時應充分考慮溫度的影響。預拱度設置僅能從理論上控制橋梁線形，施工質量的控制才是問題的核心所在。

參考文獻：

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]

[2] 高翔，矮塔斜拉橋的結構行為分析及施工控制[D]. 西南交通大學碩士學位論文.2007，6

[3] 許震等，連續剛構跨中下撓的參數影響分析[J]. 重慶交通大學學報（自然科學版）.2007，8

[4] 王東陽等，臨時荷載對懸臂施工PC連續箱梁橋預拱度的影響分析[J]. 黑龍江工程學院學報（自然科學版），2005.9