預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂施工監(jiān)控研究

劉海波，劉朝輝

（1.中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧 大連 116033；2.湖北交投十巫高速公路有限公司，湖北 十堰 442000）

1 引言

在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，一般都是取規(guī)定的理論值作為設(shè)計(jì)的參數(shù)以確保橋梁受力的合理性。但在實(shí)際施工時(shí)，理論值會(huì)與實(shí)際值存在一定的差異，因此，若全部按照規(guī)范所推薦的理論值指導(dǎo)實(shí)際的施工，將會(huì)導(dǎo)致實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)要求有所偏離，因此，為了使成橋后的狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符，必須將偏差控制在一定范圍內(nèi)。

2 最大懸臂狀態(tài)的參數(shù)分析

2.1 混凝土容重敏感性分析

圖1 最大懸臂狀態(tài)下混凝土容重變化對(duì)撓度的影響

如圖1 所示，最大懸臂狀態(tài)下，混凝土的容重是引起自重誤差的主要原因。該種誤差形式呈現(xiàn)出偏態(tài)發(fā)布，導(dǎo)致系統(tǒng)有偏差出現(xiàn)。本文所依靠的背景橋梁采用的混凝土為C55 型，容重r=26kN/m3。在分析混凝土的容重敏感性時(shí)，將控制變量以上下10%的偏差作為對(duì)比組合，以研究在最大懸臂狀態(tài)下主梁的撓度變化值【1】。

在橋梁合龍前，2 個(gè)T 型鋼構(gòu)的懸臂撓度值具有一致的變化情況，如圖2 所示，并且各個(gè)主墩的T 型懸臂變化情況也一致。本文所選取的研究對(duì)象為71#墩的T 型懸臂，以對(duì)撓度與混凝土容重之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析。圖1 中的10%即表示混凝土容重上升10%時(shí)所引起的撓度變化值與原來未調(diào)整混凝土容重時(shí)所引起的撓度之間的差值，-10%則表示混凝土容重降低10%時(shí)所引起的撓度與原來未調(diào)整混凝土容重時(shí)所引起的撓度之間的差值，其中，撓度降低的用正值來表示，撓度增大的用負(fù)值來表示。

圖2 主梁豎直撓度變化量對(duì)比曲線

對(duì)比圖1 和圖2 可得到主梁撓度與混凝土容重之間的關(guān)系。主梁的撓度在混凝土容重上升時(shí)也有所增加，在9#、10#梁段存在最大的變化量為7mm，并且撓度的變化量隨著兩側(cè)逐漸下降；主梁的撓度隨著混凝土容重的下降而降低，且撓度變化的極值點(diǎn)所在位置以及數(shù)值大小與混凝土容重上升時(shí)基本相似。

2.2 混凝土彈性模量敏感性分析

當(dāng)梁段的長(zhǎng)度一定時(shí)，梁結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)材料的彈性模量以及幾何特性等，但一般情況下，梁段的幾何特性在設(shè)計(jì)階段就已明確，因此，本文在分析敏感性時(shí)僅針對(duì)混凝土的彈性模量進(jìn)行，以對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度與彈性模量之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析，主要以最大懸臂狀態(tài)下的主梁位移來體現(xiàn)。根據(jù)文中橋梁所采用的混凝土類型，其彈性模量為E=35 500MPa。

主梁的撓度隨著混凝土彈性模量的上升而下降，在9#、10#有1.5mm 的最大的撓度變化量，并且隨著兩側(cè)逐漸降低；主梁的撓度隨著混凝土彈性模量的下降而增加，并且撓度變化的極值以及數(shù)值與容重上升時(shí)的結(jié)果基本相似。比起容重的變化所引起的撓度變化值而言，彈性模量的變化所引起的撓度變化值較小。

2.3 預(yù)應(yīng)力敏感性分析

懸臂施工時(shí)，僅有0#梁段有豎向支撐，在合龍前主要依靠鋼束的預(yù)應(yīng)力承擔(dān)梁體自重以及施工時(shí)所產(chǎn)生的荷載，以確保無拉應(yīng)力或僅有較小的拉應(yīng)力出現(xiàn)在主梁內(nèi)，以保證梁體不至于開裂破壞。隨著不斷伸長(zhǎng)的懸臂段，梁體的變形也不斷增加，此時(shí)在控制變形以及應(yīng)力方面的預(yù)應(yīng)力就顯得尤為重要。所以，在進(jìn)行敏感性分析時(shí)需針對(duì)主梁鋼束的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行。文中橋梁項(xiàng)目所采取的鋼絞線為彈性模量為1.95×105MPa 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860MPa。按照規(guī)范規(guī)定，確定初始的張拉強(qiáng)度為1 395MPa，以上下10%的波動(dòng)為對(duì)比組合，研究最大懸臂狀態(tài)下的撓度變化【2】。

3 成橋參數(shù)影響分析

3.1 混凝土容重的敏感性分析

以同樣的變化參數(shù)研究成橋狀態(tài)下的參數(shù)變化。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，成橋狀態(tài)下，主梁的豎向撓度隨著混凝土容重的上升而有所上升，其撓度在9#、10#梁段有11mm 的最大變化量，并且隨著兩側(cè)不斷下降，呈現(xiàn)出M 型的趨勢(shì)；主梁的豎向撓度隨著混凝土的容重下降而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，并且撓度變化的極值以及變化位置均與容重上升時(shí)的相似。

3.2 混凝土彈性模量的敏感性分析

主梁的撓度隨著彈性模量的上升而有所降低，隨著彈性模量的下降而有所上升。對(duì)比成橋狀態(tài)下彈性模量變化所導(dǎo)致的豎直撓度變化與容重變化所導(dǎo)致的豎直撓度變化可知，梁段容重在主梁成橋狀態(tài)下的撓度變化比彈性模量所引起的撓度影響較大，撓度具有2.1mm 的最大變化量。

3.3 預(yù)應(yīng)力敏感性分析

橋梁成橋后還需承受橋面鋪裝以及車輛荷載等的作用，結(jié)構(gòu)變形以及應(yīng)力的變化一直為動(dòng)態(tài)過程，預(yù)應(yīng)力可以起到較為重要的調(diào)節(jié)作用，確保了橋梁的線形以及安全。成橋狀態(tài)下，初始張拉強(qiáng)度的影響較大。成橋狀態(tài)下主梁的撓度隨著初始張拉強(qiáng)度的上升而有所下降，隨著初始張拉強(qiáng)度的下降而有所上升。主梁梁段的撓度最大有7mm 的變化量，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)初始張拉強(qiáng)度的控制【3】。

4 修正后的計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)修正后的參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)在施工前的變形以及應(yīng)力進(jìn)行理論計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的有效控制。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，主梁撓度在前幾個(gè)梁段施工時(shí)較小，撓度的差值隨著懸臂段的增加而逐漸增大，并且撓度增加得越來越明顯，速度也越來越快。梁體在張拉預(yù)應(yīng)力之后呈現(xiàn)上翹的趨勢(shì)，并且隨著不斷增加的梁段，上翹的位移也在不斷上升。對(duì)張拉導(dǎo)致的撓度進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，因張拉所導(dǎo)致的撓度上升也表現(xiàn)出指數(shù)形式。該種情況均表明，采用有限元軟件Midas Civil 所建立的有限元模型模擬結(jié)果與實(shí)際情況相符，即說明了該次建立的有限元模型是可靠的。

5 結(jié)語

本文從最大懸臂狀態(tài)以及成橋狀態(tài)出發(fā)，對(duì)混凝土容重、混凝土彈性模量以及鋼束預(yù)應(yīng)力的敏感性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這3 種因素對(duì)結(jié)果的影響均較大。根據(jù)這3 種修正參數(shù)對(duì)有限元模型進(jìn)行修正，保證了施工的可靠性。