連續(xù)剛構橋變形參數(shù)敏感性分析

葉偉建 何琪明

(1．寧波市高等級公路建設指揮部，浙江寧波 315000; 2．舟山市港航管理局嵊泗分局，浙江舟山 316000)

1 概述

雙薄壁高墩連續(xù)剛構橋沿承了連續(xù)梁和T型剛構梁體連續(xù)、墩梁固結的結構形式，不但將T型剛構不設支座、無需體系轉換，方便施工的優(yōu)點繼承了下來，還使其保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點。而在形式上通常采用變截面主梁，既能節(jié)約材料，又使得外形美觀。在受力方面，仍視上部結構為連續(xù)梁的結構，并考慮由于橋墩的受力、混凝土收縮徐變以及溫度變化引起的彈塑性變形對上部結構內(nèi)力的影響。連續(xù)剛構橋梁體系利用其小的抗推剛度來適應橋梁的水平變位、利用薄壁高墩大的抗彎剛度保持橋面的平整。因此，雖然連續(xù)剛構橋梁起步較晚，但卻得到了較快的發(fā)展，在主跨200 m～300 m范圍內(nèi)應用極為廣泛。

2 模擬計算方法

2．1 模型介紹

某大跨連續(xù)剛構橋，跨徑布置為140 m+240 m+140 m。計算軟件采用的是橋梁博士3．03。全橋主橋分為160個單元，橋墩單元為161～184，180個節(jié)點，如圖1所示。

圖1 全橋模型

2．2 預應力損失對橋的變形與應力的影響分析

在預應力混凝土連續(xù)剛構中為了保證各正截面的強度，通過對橋梁施加縱向預應力的辦法來實現(xiàn)，并且可以通過改變預應力鋼筋的位置，合理的控制橋梁由于自重產(chǎn)生的下?lián)稀?/p>

為了分析預應力損失對連續(xù)剛構跨中撓度造成的影響程度，考慮整體折減10%的張拉控制力來分析預應力損失對撓度和應力的敏感性(見圖2)。

圖2 原模型與預應力損失10%兩者撓度差值

2．3 收縮徐變對橋的變形與應力的影響分析

影響混凝土收縮徐變的因素很多。概括地講，主要因素有構件性質、環(huán)境條件和荷載條件等。其中周圍介質的溫度、濕度對混凝土收縮徐變的影響比較明顯。濕度越大，吸附水的蒸發(fā)量越小，水泥的水化程度越高，水泥凝膠體的密度也越高，收縮徐變也越小。相對濕度對加載早期的徐變影響更大。介質的溫度對混凝土收縮影響不大，對混凝土的徐變有顯著的影響。有關研究指出，隨著介質溫度升高，徐變率將加大，溫度在20℃ ～90℃之間以71℃的徐變率最大，隨后又開始下降并且混凝土本身的材料特性也決定了其離散性較大，實際情況目前很難模擬準確。

2．4 相對濕度變化的影響

在截面形狀明確的情況下，改變影響混凝土周圍的環(huán)境條件，來控制收縮徐變對橋梁撓度和正應力的影響。因此，考慮相對濕度55%、原模型(恒載+預應力+收縮徐變+活載相對濕度為70%)、90%三種環(huán)境條件進行比較(收縮徐變天數(shù)定為3 600 d)。分析混凝土收縮、徐變對橋梁下?lián)系挠绊?，分析結果見圖3，圖4。

圖3 原模型與相對濕度55%兩者撓度差值圖

圖4 原模型與相對濕度90%兩者撓度差值圖

2．5 溫度對橋的變形與內(nèi)力的影響

溫度對橋梁結構的受力與變形影響很大，并伴隨著溫度的變化而改變，考慮溫度變化對橋梁結構的影響是非常必要的。在不同時刻對結構狀態(tài)(應力、變形)進行量測，其溫度影響結果是不一樣的。由于溫度變化具有相當?shù)膹碗s性，包括了日照溫差、季節(jié)溫差、殘余溫度、驟變溫差、不同溫度場等，而在原定控制狀態(tài)中很難預先知道溫度的變化情況，因此本文只取系統(tǒng)溫度和溫度梯度來考慮，測量結果見圖5，圖6。

2．6 各參數(shù)計算值的比較分析

由表1參數(shù)分析結果可以得出以下結論:1)從所有影響因素的分析結果中得出預應力損失引起的撓度變化最大，計算模型中當橋梁預應力整體損失10%時，跨中最大撓度增加48%。2)收縮徐變對撓度的影響，當濕度為55%時，撓度的增幅為6．1%，而當濕度為90%時，撓度減小了6．7%。3)溫度對跨中撓度的影響，由上述可知溫度對撓度的影響可以占到10%～20%左右。從模型分析可以知道，在頂板和底板溫差不變的情況下，系統(tǒng)降溫較大的影響著跨中下?lián)?，而系統(tǒng)升溫對跨中基本沒有影響。

圖5 原模型與系統(tǒng)溫度上升25℃和溫度梯度為5℃時的撓度差值

圖6 原模型撓度與系統(tǒng)下降25℃和溫度梯度為5℃時的撓度差值

表1 各參數(shù)計算值的比較分析結果

3 結語

計算分析預應力的損失、混凝土的收縮、徐變和溫度對影響連續(xù)剛構橋下?lián)虾蛻ψ兓挠绊懀贸鼋Y論如下:

通過計算可知，預應力損失引起的撓度變化最大，約占總下?lián)狭康?8%。因此在考慮此類橋梁的下?lián)蠁栴}時應著重分析有效預應力的損失。結合計算分析，此類跨徑的連續(xù)剛構橋收縮徐變對撓度的影響約在10%，溫度的影響10%～20%。

預應力損失是影響大跨徑連續(xù)剛構橋下?lián)系闹饕?，同時收縮徐變和溫度的影響不可忽視。

［1] 詹建輝，陳 卉．特大跨度連續(xù)剛構主梁下?lián)霞跋淞毫芽p成因分析［J］．中外公路，2005，25(1):56-58．

［2] 許 震．大跨P．C．連續(xù)剛構橋下?lián)戏治黾皩Σ哐芯浚跠］．重慶:重慶交通大學，2007．

［3] 馬 明．大跨徑連續(xù)剛構橋跨中區(qū)段性能及問題研究［D］．重慶:重慶交通大學土木建筑學院，2007．

［4] 羅 銳．大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋箱梁裂縫成因及錨固區(qū)局部應力分析［D］．成都:西南交通大學，2007．

［5] 劉興法．混凝土結構溫度應力分析［M］．北京:人民交通出版社，1991．

［6] 楊志強．混凝土箱梁裂縫成因分析［D］．成都:西南交通大學，2005．

［7] Hans Volf Reinhardt，Martin Jooss．Permeability and self-healing of cracked concrete as a function of temperature and crack width［J］．Cement and Concrete Research，2003(33):981-985．