基于預應力損失對連續剛構橋梁的敏感性分析

金奇名

（中鐵十局集團有限公司濟南勘察設計院，山東 濟南 250101）

0 引言

隨著橋梁工程技術的快速發展，橋梁工程精細分析顯得越來越重要。大跨度連續剛構橋梁施工過程相對復雜，多次結構體系轉換，影響參數多。當前國內外學者就梁段重量[1]、結構剛度[2]、施工階段荷載、混凝土收縮徐變[3]、預應力損失[4]等參數對大跨度連續剛構橋梁結構變形及受力的影響進行了大量研究。如何滿足大跨度連續剛構橋梁的設計對成橋線形及內力狀態的要求，同時保證結構運營及養護的安全，是大跨度連續剛構橋梁施工控制的關鍵。

綜上，本文僅從預應力損失參數入手，以主跨150 m連續剛構為例，利用midas Civil 2013建模，詳細分析該參數對大跨度連續剛構橋梁結構線形和內力的影響程度和規律。

1 工程概況

1.1 上部結構

主梁采取單箱單室截面，0號塊梁高9.3 m，跨中及邊跨端部梁高3.5 m，梁高下緣按1.6次拋物線漸變，箱梁底板厚度亦按1.6次拋物線變化；頂板厚0.28 m，墩頂加厚為0.5 m；底板厚由跨中的0.32 m按1.6次拋物線變化至中支點梁根部的1.0 m。腹板厚分別為 0.55 m、0.8 m、0.85 m，沿全橋變化；主梁采用C55混凝土。

1.2 下部結構

主墩為單肢式矩形截面空心墩。墩身高度為53～54 m；橋墩順橋向厚度0.6 m，橫橋向寬度0.65 cm，順向壁厚0.8 m，橫向壁厚0.8 m。空心墩身向上伸入0號梁段橫隔板。主墩采用C40混凝土。

2 模型建立

該橋為85 m+150 m+85 m三跨連續剛構橋梁體系，根據設計圖紙的結構布置和施工方法，采用midas Civil 2013建立結構分析模型。按主梁、墩身對結構整體建模，箱梁取全截面進行計算，不計橋面混凝土鋪裝與箱梁共同作用，僅作為二期恒載考慮。

全橋計算模型如下：模型采用梁單元模擬，主橋上部結構共劃分為89個節點、88個單元；橋墩、承臺及樁基劃分為68個節點、48個單元（見圖1）。

圖1 全橋計算模型圖

3 相關計算參數

該模型設定的各計算參數見表1。

表1 相關計算參數

4 預應力損失計算結果對比分析

在成橋狀態下，分別考慮預應力損失20%、15%、10%、5%，得到主梁的彎矩、應力、撓度的變化。

4.1 預應力損失對彎矩的影響

預應力損失對彎矩的影響如圖2、圖3所示。

圖2 彎矩圖

圖3 彎矩差圖

4.2 預應力損失對應力的影響

預應力損失對應力的影響如圖4～圖7所示。

圖4 下翼緣應力圖

圖5 下翼緣應力差圖

圖6 上翼緣應力圖

圖7 上翼緣應力差圖

4.3 預應力損失對撓度的影響

預應力損失對撓度的影響如圖8、圖9所示。

圖8 撓度圖

圖9 撓度差值圖

5 結 語

本文通過上述計算對比，得出以下結論：

（1）圖2表明，在成橋工況下，彎矩絕對值隨著預應力損失而增大，最大彎矩在0號塊附近，預應力損失5%，最大彎矩減小大約54 000 kN，約占100%預應力最大彎矩的23.6%，可知彎矩對預應力損失比較敏感。

（2）圖4、圖6表明，在成橋工況下，下翼緣最大應力出現在最大懸臂處，上翼緣最大應力出現在懸臂1/2跨段，預應力損失對下、上翼緣應力影響較大。

圖5 、圖7表明，預應力損失5%最大下、上翼緣應力增加約0.54～1.2 Pa，約占100%預應力最大下、上翼緣應力的5.9%～10.6%。

（3）圖8表明，在成橋工況下，撓度最大差值出現在中跨3/4處，最大差值為5.8 mm，約占100%預應力最大上翼緣撓度的19.8%，可知預應力損失對撓度影響較大。

（4）圖 3、圖 5、圖 7、圖 9表明，各條曲線差值幾乎相等，可知彎矩、應力、撓度隨預應力損失的變化呈線性關系。