不對稱懸澆混合梁剛構橋線形控制敏感性分析

張 永，陳偉杰，程劍煌，彭自強

（1.中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000；2.泉州市交通工程規劃建設技術中心，福建 泉州 362000；3.江西飛尚科技有限公司基礎設施安全監測與評估國家地方聯合工程研究中心，江西 南昌 330052）

鋼-預應力混凝土混合梁連續剛構橋綜合了預應力混凝土和大節段鋼箱梁的優點，具有良好的社會經濟效益[1-3]。在線形控制方面有如下難點：主跨中部采用大節段預制鋼箱梁，合龍調整能力有限；邊中跨結構不對稱，施工過程中橋墩需要承擔不平衡彎矩；橋面不設置調平層，裸梁梁頂平整度、鋪裝恒載控制難度大；此外各類參數的離散性也導致與成橋目標的偏離。敏感性分析為施工控制工作中的參數識別，模型修正，預測分析和誤差調整等工作提供依據[4]。

1 工程背景

安海灣特大橋主橋采用鋼-預應力混凝土混合梁連續剛構橋，跨徑組合為（135＋300＋135）m，主墩兩側采用混凝土懸澆，主跨跨中合龍段為長度103m 的大節段鋼箱梁，鋼箱梁與混凝土節段間設置5m 長鋼混結合段。主橋上下分幅布置，箱梁頂面橫坡為2.5%，以相應設計標高為原點分別向左右傾斜，梁底橫向保持水平?；炷林髁簽閱蜗鋯问?，頂板寬度為16.25m，底板寬度為7.65m。根部梁高15m，跨中梁高4.5m。梁高按2 次拋物線規律變化。主橋邊跨最大懸臂長度104.5m，分24個梁段，中跨最大懸臂長度82.5m，分為22 個梁段。如圖1、圖2 所示。

圖1 鋼-混凝土混合梁連續剛構橋立面布置圖

圖2 鋼-混凝土混合梁連續剛構橋標準橫斷面圖

2 參數敏感性分析方法

以主梁線形變化量作為控制目標，敏感性分析的主要任務是確定對施工階段橋梁結構響應影響較大的物理參數。根據結構特點、施工方法及工程經驗，調整混凝土彈性模量、主梁節段自重、預應力損失、不對稱澆筑平衡配重、大節段鋼箱梁重量五個參數，計算控制目標的變化，以此為據，確定主要和次要控制參數。

文中以主梁線形在設計參數下的計算值為基準值，通過計算值與基準值的偏差，分析影響程度。設計參數及調整值取值如表1。

3 關鍵參數敏感性分析

3.1 計算模型說明

采用橋梁博士建立主橋的整體計算模型，主梁、橋墩均采用梁單元進行模擬，橫隔板及齒板重量則按照自重系數的方式計入階段自重。參照設計圖紙，將全橋離散為157 個梁單元，163 個節點，混凝土彈性模量等材料特性參照規范取值，懸臂澆筑節段的初始加載齡期取為7 天[5]，體內預應力束的張拉控制應力取為1395MPa，計算模型如圖3 所示。

圖3 安海灣特大橋計算模型

3.2 混凝土彈性模量的影響分析

根據大量經驗，混凝土彈性模量實測值往往較設計規范中的規定值偏高，有時可高出10%左右。按照表1 中所列參數調整系數，分別對最大懸臂和成橋階段兩種工況下主梁的線形變化量進行計算，計算結果如圖4、圖5 所示。

圖4 彈性模量對最大懸臂狀態主梁位移的影響

圖5 彈性模量對成橋階段主梁位移的影響

表1 關鍵參數的設計值及敏感性分析修正值

分析表明，當材料彈性模量達到規范值的110%時，最大懸臂施工階段，邊、中跨懸臂端部位移變化量超過3mm；成橋狀態下，混凝土主梁和大節段鋼箱梁的位移變化量分別達到了11mm 和5mm。由此可見，鋼-混凝土混合梁結構在混凝土彈性模量發生變化時，成橋階段的結構撓度有一定影響。

3.3 漲模超方的影響分析

由于懸臂施工過程中漲模問題時有發生，導致結構自重普遍超過設計值，最大偏差可能會達到5%以上，隨著上部梁段的不斷增加，懸臂上的荷載產生彎曲作用會越來越大。通過調整主梁節段材料容重的方式，分別計算懸澆節段超方0%、1.25%、2.5%、3.75%、5%時，最大雙懸臂階段和成橋階段主梁的累計位移，如圖6、圖7 所示。

圖6 主梁節段超方對最大懸臂階段主梁位移的影響

圖7 主梁節段超方對成橋階段主梁位移的影響

在懸澆節段重量超出設計值時，混凝土主梁的位移變化明顯，但鋼主梁位移受影響較小。在超方5%時，最大懸臂狀態下，混凝土主梁位移變化量為-1.1cm；成橋階段，混凝土主梁位移變化量為-1.3cm，而鋼箱梁的位移變化量始終保持在1mm 內。

3.4 預應力鋼束應力損失的影響分析

實際施工環境中，預應力損失很難精確估計，導致主梁的理論位移不能與實際很好地符合。為了解主梁線形隨預應力損失變化的規律，通過計算張拉控制應力為設計值的100%、95%、90%、85%、80%時主梁最大懸臂與施工階段的位移變化情況，對其影響量進行討論。計算結果如圖8、圖9 所示。

圖8 預應力損失對最大懸臂狀態主梁撓度的影響

圖9 預應力損失對成橋階段主梁撓度的影響

分析表明，與主梁節段重量參數類似，預應力損失對混凝土主梁位移影響較大，對鋼主梁位移影響較小。張拉控制應力按照80%設計值考慮時，最大懸臂狀態下，混凝土主梁位移變化量較設計值偏低2.7cm；成橋階段，混凝土主梁位移變化量較設計值偏低3.4cm。此時，鋼箱梁跨中的位移變化量僅為2mm。

3.5 不對稱懸臂澆筑平衡配重的影響分析

本橋采用掛籃對稱懸臂澆筑前22 個梁段，然后不對稱懸臂澆筑邊跨23、24#梁段（合計重量為328.6t）。為平衡邊跨梁段不對稱荷載在主墩墩底引起的彎矩效應，降低結構安全隱患，需要在中跨側設置相應的配重，并在邊跨合龍后卸載。但受作業面及工序時間限制，既定施工方案中，中跨22#節段懸臂端最大能夠配載的重量僅為150t?？紤]到受工期等因素影響，施工臨時荷載的配置具有不確定性，計算平衡配重為0t、50t、100t、150t 四種情況下，主梁最大懸臂與施工階段的位移變化情況，討論平衡配重變化對主梁撓度的影響量。計算結果如圖10、圖11 所示。

圖10 平衡配重對最大懸臂狀態主梁撓度的影響

圖11 平衡配重對成橋階段主梁撓度的影響

分析表明，邊、中跨側混凝土主梁懸臂端撓度在平衡配重的改變下呈現出相反的變化規律。不施加平衡配重與施加150t 配重相比，最大懸臂狀態下，邊跨懸臂端下撓1.7cm，中跨懸臂端位移上撓3.3cm；成橋狀態下主梁的位移變化與最大懸臂狀態下基本一致。

3.6 大節段鋼箱梁重量制造偏差的影響分析

大節段鋼箱梁的預制過程，要經歷多個步驟，實際重量與設計重量偏差，導致安裝后鋼箱梁恒載撓度偏離理論值[6]。本處討論其重量偏差對成橋線形的影響，通過調整鋼箱梁材料容重為設計值95%、97.5%、102.5%、105%的方式實現。計算結果如圖12 所示。

圖12 大節段鋼箱梁重量制造偏差對成橋階段主梁撓度的影響

當大節段重量增大時，橋面系施工完成階段主跨撓度增加而邊跨撓度減小，增重5%時，大節段鋼箱梁跨中最大下撓量為3.3cm，對混凝土懸臂端的影響量1.2cm；當鋼箱梁節段重量減小時，主跨撓度減小而邊跨撓度增大，減重5%時，大節段鋼箱梁跨中最大上撓量為1.7cm。由此可見，大節段鋼箱梁重量的制造偏差對其成橋累計位移影響較為顯著。

4 結論

本文以安海灣特大橋主橋工程為代表，對鋼-混疑土混合梁連續剛構橋不對稱懸澆施工過程及成橋狀態下，混凝土彈模、主梁節段超方、預應力損失、平衡配重、大節段鋼梁重量等因素下主梁線形的影響進行了分析，得出以下結論：

（1）混凝土彈模、主梁節段超方、預應力損失對主梁線形影響較明顯。應根據實測的結構響應，對以上參數進行識別與修正，使計算模型匹配現場實際，以指導主梁的線形控制。

（2）平衡配重在變化幅度較大時對主梁線形有較大影響，施工進行至大懸臂前，應明確不平衡懸臂施工作業面允許的最大配重重量，并對計算模型進行調整，在保證線形目標的同時，盡可能改善橋梁內力狀態。

（3）大節段鋼箱梁對自身和懸澆主梁線形均有明顯影響。由于調整手段有限，應從鋼箱梁制造實際進行控制，嚴格控制重量誤差不超過設計要求。