基于無應力狀態量的平面梁節段預制構形計算方法

但啟聯 秦順全 魏凱 鄧鵬 苑仁安

摘要：為探討平面梁單元無應力狀態量與單元預制構形的關系，通過分析平面梁單元在節點位移下的幾何構形變化，建立了平面梁單元預制構形參數與單元無應力狀態量之間的數學關系，并以懸臂梁為例，以兩種線形為輸入，對關系式進行驗證。結果表明，單元無應力構形與單元無應力狀態量之間相互對應，不同的單元無應力狀態量對應不同的單元預制構形;兩種線形對應的單元預制構形不相同，但二者對主梁節段拼裝時節點標高控制無本質影響。對實際工程而言，只要確保節點標高滿足目標線形標高控制要求，梁段的預制構形可不同。

關鍵詞：平面梁;分階段成形結構;預制節段;無應力狀態量;預制構形;施工

中圖分類號：U445.47? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：

Abstract： In order to investigate the relationship between the unstressed state amount and the prefabricated configuration of the plane beam element， the mathematical relationship between parameters of the prefabricated configuration and the unstressed state amount of the plane beam element was established by analyzing the geometrical configuration of the plane beam element considering the displacement of the joint. Taking a cantilever beam as an example， two types of alignment were used as inputs to verify the mathematical relationship. The results show that there is a one-to-one correspondence between the unstressed configuration and the unstressed state amount of the element. The unstressed state amounts of different elements correspond to different prefabricated configurations. The prefabricated configurations of the two alignments are different， but they have no influence on the joint elevation control when assembling the main beam segments. For practical engineering， the prefabricated configuration of the beam segment can be different as long as the joint elevation meets the elevation requirement of the target alignment.

Keywords： plane beam; structure formed in stages; precast segments; unstressed state amount; precast configuration; construction

預制節段施工方法[1-3]是將梁體分為若干節段，在工廠或工地附近制梁場預制后，在橋位處進行組拼形成橋梁的一種施工方法，該方法經濟、環保、高效，節段便于工廠化生產，質量易于控制，在現代橋梁施工中被廣泛采用。采用預制節段施工方法的關鍵是確定并精確制造出能滿足主梁線形的所有梁段。對于主梁節段預制，常用的方法有長線法[4-5]和短線法[6-9]。長線法是按設計的制梁線形制作固定曲線底座，預制節段在該固定底座上逐段生成，由于各節段間的相對幾何關系由底座曲線所確定，精度易于控制。該方法對臺座穩定性和預制施工場地要求較高。短線法是在同一可調支架上逐段制造所有梁段的方法，它以已完成預制的相鄰節段一端作為端模，通過調整與端模的角度實現預制節段的線形，制造梁段的線形在與已成梁段的匹配中實現，其精度主要取決于線形的調整精度。長線法和短線法制造梁段前需準確計算主梁的制造線形，以使梁段在組拼后線形滿足主梁設計線形要求。

近年來，有學者基于無應力狀態控制法思想，對預制節段施工主梁節段制造和安裝問題展開了研究。余昆等[10]針對鋼箱梁斜拉橋懸臂拼裝施工線形控制問題，提出基于無應力狀態法理論的主梁線形控制的方法，通過主梁制造線形推算梁段間相對幾何關系，用以指導梁段的制造和安裝，使最終成橋狀態內力和線形滿足目標要求。吳運宏等[11]針對鋼箱梁斜拉橋主梁線形控制問題，提出考慮內力修正的主梁節段預制尺寸確定方法。顏東煌等[12]基于自適應無應力構形控制思想，推導了主梁節段軸線夾角及節段制造參數公式。以上方法在確定節段預制構形時，均需事先獲得主梁制造線形，由制造線形通過幾何遞推確定梁段間相對幾何關系和梁段預制參數，過程較繁瑣。

無應力狀態控制法理論[13-15]闡明了結構施工過程與最終成形狀態之間的關系，指出分階段施工橋梁控制的核心是構建單元無應力狀態量。單元無應力狀態量是結構單元本身的穩定固有量，表征了單元無應力時的幾何尺寸和形狀，將其回歸到單元預制構形確定并用以指導節段的預制施工，具有工程實際意義。文獻[16]建立了基于平面梁單元的分階段成形結構線形控制方程，由方程可直接求解結構單元無應力狀態量。若要用單元無應力狀態量來確定單元預制構形，首先需明確二者間的對應關系。筆者通過對矩形平面梁單元變形過程分析，建立單元無應力狀態量與預制構形參數間的數學關系，并通過數值算例對關系式進行驗證。