基于連續(xù)梁橋短線法施工控制的結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析

黃躍，王敏，杜松

（中交第二航務(wù)工程局有限公司技術(shù)中心，長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040）

0 引言

崇啟跨江大橋南引橋50m跨引橋共分8聯(lián)，每聯(lián)6×50m；北引橋50m跨引橋共分2聯(lián)，每聯(lián)6×50m；采用“體內(nèi)+體外”預(yù)應(yīng)力混凝土等高度連續(xù)箱梁，箱梁上緣梁寬15.8m，下緣梁寬7.2m，梁高3m，高跨比為1/16.67；頂板厚0.28m，底板厚0.25～0.65m，腹板厚0.4～0.7 m；翼緣板端部厚0.20m，根部厚0.5m。除在墩頂設(shè)2.5m厚中橫梁，梁端設(shè)2.4m厚端橫梁，其余部位均不設(shè)橫隔梁。本工程共有1 820片預(yù)制節(jié)段梁，預(yù)制節(jié)段長度最長為3.7 m，最大預(yù)制節(jié)段重量為212.7 t，采用短線法預(yù)制梁段。

連續(xù)箱梁短線預(yù)制施工因其質(zhì)量易控制、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化，使其在國內(nèi)橋梁建設(shè)中應(yīng)用越來越廣泛。短線法施工控制的基本原理就是依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)求解出箱梁預(yù)制和安裝的無應(yīng)力線形，通過幾何控制法控制箱梁的預(yù)制和安裝。箱梁預(yù)制和安裝的無應(yīng)力線形的求解受材料物理參數(shù)、施工荷載、施工工藝流程、外部因素等多種條件的影響，當(dāng)上述因素與原計(jì)算中所設(shè)定的情況不同時(shí)，必須重新計(jì)算以求出新的預(yù)制和安裝的無應(yīng)力線形。因此在預(yù)制施工前，有必要對影響無應(yīng)力線形的因素進(jìn)行敏感性分析，提前做好預(yù)測調(diào)整，使橋面線形盡量滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)，提高箱梁預(yù)制的精度。

崇啟大橋50m跨引橋?yàn)殡p箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，其主梁采用架橋機(jī)整跨懸吊安裝施工。為提高預(yù)制和安裝精度，有必要對影響結(jié)構(gòu)線形的因素進(jìn)行敏感性分析。

1 主要參數(shù)的選取

影響箱梁結(jié)構(gòu)線形的參數(shù)主要有幾何參數(shù)和材料參數(shù)，本文探討結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括混凝土彈模、梁段重量及其他結(jié)構(gòu)參數(shù)共3類5個(gè)參數(shù)（如表1所示）。其中主梁梁段重量、混凝土彈模、存梁期和年溫差4個(gè)參數(shù)，主要用于主梁梁段預(yù)制過程中的敏感性分析，其目的在于掌握參數(shù)變化時(shí)，對主梁預(yù)制線形的影響。箱梁頂?shù)装鍦夭钸@個(gè)參數(shù)主要用于主梁梁段安裝過程的敏感性分析，其目的在于掌握溫度變化對濕接縫施工和成橋線形的影響。文中探討的具體參數(shù)和參數(shù)變化范圍如表1所示，表中“±”表示增、減，如主梁梁段重量±5%，表示主梁梁段重量增加或減小5%；箱梁頂?shù)装鍦夭睢?℃，表示頂板比底板溫度高或低1℃。

表1 結(jié)構(gòu)主要參數(shù)

2 參數(shù)敏感性分析結(jié)果

利用橋梁結(jié)構(gòu)仿真分析軟件MIDAS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析。計(jì)算的方法采用僅變化需探討的參數(shù)，而其余參數(shù)采用基準(zhǔn)狀態(tài)的方法進(jìn)行。例如，主梁梁段重量增加5%時(shí)，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)采用基準(zhǔn)狀態(tài)，在此情況下考察施工階段和成橋時(shí)的結(jié)構(gòu)線形的變化。

2.1 預(yù)制階段參數(shù)敏感性分析

對影響主梁預(yù)制線形的梁重、混凝土彈模、存梁期和年溫差4個(gè)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，分析時(shí)，以研究主梁預(yù)制線形變化為主。其計(jì)算分析結(jié)果如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對主梁預(yù)制線形的影響

從表2中可以看出，在基準(zhǔn)狀態(tài)下，主梁預(yù)制線形變化幅度在 [-7，7]之間，主梁梁段重量的變化對梁段預(yù)制線形影響最大。而其他3個(gè)因素變化時(shí)，對主梁預(yù)制線形的影響相對較小。

當(dāng)粱重增加5%時(shí)，主梁預(yù)制線形變化幅度在 [-7，4]之間；當(dāng)粱重減少5%時(shí)，主梁預(yù)制線形變化幅度在[-6，10]之間。在主梁重量變化而未采取線形調(diào)整時(shí)，主梁成橋線形的最大誤差發(fā)生在第1跨和第6跨跨中位置。當(dāng)梁段重量增加5%時(shí)，與基準(zhǔn)狀態(tài)最大差為-3mm；當(dāng)梁段重量減少5%時(shí)，與基準(zhǔn)狀態(tài)最大差為3mm。如圖1所示。

圖1 梁段重量變化影響下的主梁成橋線形

而混凝土彈模變化、存粱期及年溫差發(fā)生變化時(shí)，其對主梁線形影響相對很小。如主梁混凝土彈模變化而未采取線形調(diào)整時(shí)，主梁成橋線形與基準(zhǔn)狀態(tài)最大差發(fā)生在第1跨跨中位置。當(dāng)混凝土彈模+5%時(shí)，最大差為-0.15mm，發(fā)生在第1跨跨中位置；當(dāng)混凝土彈模-5%時(shí)，最大差為0.45mm，發(fā)生在第1跨靠近邊支座處；主梁梁段存梁期變化而未采取線形調(diào)整時(shí)，主梁成橋線形與設(shè)計(jì)線形基本吻合，與基準(zhǔn)狀態(tài)的差在-0.1～0.3mm之間。

參數(shù)變化對梁段成橋線形的影響如圖2所示。梁段重量的變化對主梁成橋線形的影響所占的比重最大。因此在梁段預(yù)制過程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注梁段重量的變化，實(shí)時(shí)更新模型的信息，減少梁重變化對線形計(jì)算的影響。

圖2 參數(shù)變化對主梁成橋線形影響所占比重

2.2 安裝階段溫度敏感性分析

崇啟大橋50m跨引橋采用架橋機(jī)進(jìn)行主梁安裝，每跨分為14榀梁進(jìn)行預(yù)制，整跨懸吊在架橋機(jī)上，調(diào)整結(jié)束后，再進(jìn)行濕接縫施工，張拉預(yù)應(yīng)力，最后松吊鉤。

溫度對暴露在大氣中的橋梁結(jié)構(gòu)有著極其重要的影響，崇啟大橋50m跨引橋每跨懸吊施工過程中，都經(jīng)歷著由靜定結(jié)構(gòu)到超靜定結(jié)構(gòu)的一個(gè)體系轉(zhuǎn)變過程，因此溫度作用會(huì)對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的內(nèi)力。同時(shí)，在施工過程中，由于箱梁頂?shù)装鍦夭钭兓?，主梁線形會(huì)隨之發(fā)生變化，甚至?xí)绊懙匠蓸蚓€形，對預(yù)測計(jì)算帶來很大的不確定性。因此，在施工前應(yīng)對溫度進(jìn)行敏感性分析，以確定合理的合攏溫度，提高安裝質(zhì)量。其計(jì)算結(jié)果如圖3和表3所示。

從圖3和表3可以看出，在箱梁頂?shù)装鍦囟茸兓床扇【€形調(diào)整時(shí)，主梁成橋線形與基準(zhǔn)狀態(tài)線形差別很大。頂?shù)装鍦夭?1℃時(shí)，最大差1mm；頂?shù)装鍦夭?1℃時(shí)，最大差-1mm；頂?shù)装鍦夭?5℃時(shí)，最大差5mm；頂?shù)装鍦夭?5℃時(shí)，最大差-6mm；頂?shù)装鍦夭?10℃時(shí)，最大差12mm；頂?shù)装鍦夭?10℃時(shí)，最大差-11mm。隨著的溫度變化的增大，對主梁成橋線形的影響越來越大。因此濕接縫施工過程中，應(yīng)確定合理的溫度，以減少溫度變化對主梁成橋線形的影響，避免產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力。

圖3 頂?shù)装鍦夭钭兓绊懴碌闹髁撼蓸蚓€形

表3 箱梁頂?shù)装鍦夭钭兓瘜Τ蓸蚓€形的影響

3 結(jié)論

通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，得出如下結(jié)論：

1）在預(yù)制階段，主梁梁段重量變化對結(jié)構(gòu)預(yù)制線形的影響最大。因此在梁段預(yù)制過程中，在條件允許的情況下，應(yīng)對梁段進(jìn)行稱重，將稱重結(jié)果及時(shí)反饋到監(jiān)控單位，然后把實(shí)際梁重代入結(jié)構(gòu)仿真分析模型中，重新計(jì)算，實(shí)時(shí)調(diào)整梁段預(yù)制線形，以保證預(yù)制精度。

2）在安裝階段，主梁頂?shù)装鍦夭钭兓瘜θ珮蚝蠑n和濕接縫的施工影響最大。因此，在濕接縫施工前，密切監(jiān)測箱梁頂?shù)装鍦夭?，在適宜的溫差下進(jìn)行施工。建議在與濕接縫相鄰的兩個(gè)梁段靠近濕接縫一端設(shè)置溫度傳感器，不定時(shí)地測量溫度。頂?shù)装鍦夭钤凇?℃范圍內(nèi)可進(jìn)行濕接縫的施工。

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