淺析預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋在施工中的位移變化

范家標(biāo)

摘要：縱向位移發(fā)生較大變化是預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋在體系轉(zhuǎn)換和鋼鉸線張拉后梁體位移中比較主要的問題，更是連續(xù)梁施工中較為普遍的問題。因此，在實(shí)際施工中對體系轉(zhuǎn)換前后進(jìn)行受力分析，論證該位移變化在允許范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：體系轉(zhuǎn)換 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋 次內(nèi)力 負(fù)彎矩 T構(gòu)

概述

全長1188.3m的漠陽江西河大橋，主橋是我們較為常見的55+80+55m分離式連續(xù)箱

梁（見圖一）。臨時(shí)支座

主要是混凝土塊錨固鋼筋

組成。合攏順序?yàn)椋哼吙?/p>

合攏到體系轉(zhuǎn)換再到中跨合攏。向爆破炸除臨時(shí)支座是體系轉(zhuǎn)換時(shí)采用較為常見的方法。在體系轉(zhuǎn)換后中跨12號塊沉降較大，而邊跨合攏段卻有所提升。這一變化使施工位移與設(shè)計(jì)位移的差距增大。但底板鋼束張拉后合攏段上拱到接近設(shè)計(jì)位移。這是否屬于正常情況，為此對體系轉(zhuǎn)化前后利用有限元分析法進(jìn)行受力分析計(jì)算。

利用連續(xù)梁成橋設(shè)計(jì)的負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力筋為支承，是連續(xù)梁分段施工的受力特點(diǎn)。懸澆過程中各獨(dú)立T構(gòu)的梁體處于負(fù)彎矩受力狀態(tài)，隨著各T構(gòu)的依次合攏，梁體依次轉(zhuǎn)化為成橋狀態(tài)的正負(fù)彎矩交替分布形式，這一轉(zhuǎn)化就是連續(xù)梁的體系轉(zhuǎn)換，因此，連續(xù)梁懸澆施工的過程就是其應(yīng)力體系轉(zhuǎn)換的過程，也就是懸澆時(shí)實(shí)行支座臨時(shí)固結(jié)、各T構(gòu)的合攏、固結(jié)的適時(shí)解除、預(yù)應(yīng)力的分配以及分批依次張拉的過程。體系轉(zhuǎn)換前體系屬于一次超靜定結(jié)構(gòu)，體系轉(zhuǎn)換后體系成為靜定結(jié)構(gòu)，梁的受力情況明確了，而且消除了次內(nèi)力的不利影響。

影響因素

橋梁施工控制的主要目的是使施工實(shí)際狀態(tài)最大限度地與理想設(shè)計(jì)狀態(tài)（線性和受力） 相吻合。要實(shí)現(xiàn)上述目的，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理論設(shè)計(jì)狀態(tài)的因素，以便施工實(shí)際有的放矢的有效控制。結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)是控制中結(jié)構(gòu)施工模擬分析的基本資料，其準(zhǔn)確性直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數(shù)、施工荷載和預(yù)應(yīng)力或索力。施工監(jiān)測。檢測是橋梁施工監(jiān)控的最重要手段之一。檢測包括應(yīng)力檢測、變形監(jiān)測。因測量儀器、儀器安裝，測量方法數(shù)據(jù)采集、環(huán)境情況等存在誤差，所以，結(jié)構(gòu)監(jiān)測總是存在誤差。溫度變化。溫度變化對橋梁結(jié)構(gòu)的受力與變形影響很大，這種影響隨溫度的改變而改變。在不同時(shí)刻的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（應(yīng)力、應(yīng)變） 進(jìn)行量測，如果施工控制中忽略了該項(xiàng)因素，就必然難以得到結(jié)構(gòu)的真是狀態(tài)數(shù)據(jù)（與控制理想狀態(tài)比較） ，從而也難以保證控制的有效性，所以，必須考慮溫度變化的影響。材料收縮。徐變對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，材料的收縮、徐變對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形有較大的影響，這主要是由于大跨徑橋梁施工中混凝土普遍存在加載齡期小、各階段齡期相差大等引起的，控制重要予以認(rèn)真研究，以期采用合理的、符合實(shí)際的徐變參數(shù)和計(jì)算模型。

計(jì)算思路

無論采用什么分析方法和手段，總要對實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化和建立計(jì)算模型，這種簡化式計(jì)算模型與實(shí)際情況之間存在的誤差、包括各種假定，邊界條件處理，模型化的本身精度等?？刂浦行枰谶@個(gè)方面做大量工作，必要時(shí)還要進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究，把計(jì)算模型誤差所差生的影響減到最低限度。連續(xù)梁橋在施工階段的豎向位移可近似看作梁的彎曲變形。梁的變形一般是由剪力Q和彎矩M分別引起的。對工程中絕大多數(shù)的細(xì)長

梁，剪力Q對梁變形的影響很小，可忽略不計(jì)。所以純彎曲變形公式，在此仍可適用。梁彎曲變形的基本公式：

…………（1）

ρ——梁的中性層曲率

M——梁段承受的彎矩

EI——梁的抗彎剛度

建立了撓曲線近似微分方程后，就可用直接積分法求梁的轉(zhuǎn)角及撓度方程，再計(jì)算任一橫截面的轉(zhuǎn)角和撓度。對于等截面梁，將式（4）積分一次得出轉(zhuǎn)角方程。

再積分一次得出撓度方程：

積分常數(shù)可由梁的邊界條件和交界處變形連續(xù)條件確定。

數(shù)據(jù)文件的編寫依據(jù)

利用電算程序?qū)ξ骱哟髽蚴┕r(shí)的撓度進(jìn)行驗(yàn)算。

數(shù)據(jù)文件只針對箱梁編寫，下部結(jié)構(gòu)視為剛體。全橋根據(jù)施工階段懸澆次數(shù)共分64個(gè)單元，利用節(jié)線法計(jì)算其截面特性。根據(jù)砼澆筑，鋼鉸線張拉把全橋梁體分32個(gè)施工階段。

通過數(shù)據(jù)描述出施工階段數(shù)，砼收縮徐變系數(shù)，支座類型及所在位置，臨時(shí)支座安裝、拆除時(shí)間，橋面豎曲線數(shù)據(jù)，預(yù)應(yīng)力鋼束的幾何類型、物理類型及分布情況，豎向鐙筋的信息數(shù)據(jù)，各施工階段梁上荷載分布情況，非橋面移動(dòng)荷載控制變量，普通鋼筋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。（詳見電算說明書）

電算結(jié)果

由電算程序可得出各施工階段的強(qiáng)迫位移，現(xiàn)取西河橋各施工階段最后澆筑段的位移與實(shí)測值相比較。

由程序得結(jié)構(gòu)豎向位移圖

由觀測測量得出結(jié)構(gòu)豎向位移值

測點(diǎn)編號 體系轉(zhuǎn)化前 體系轉(zhuǎn)化后 中跨張拉后 測點(diǎn)編號 邊跨張拉前 體系轉(zhuǎn)化前 體系轉(zhuǎn)化后 中跨張拉后

兩種數(shù)據(jù)相比較可見程序計(jì)算值與觀測值基本吻合。由程序計(jì)算得邊跨底板張拉后現(xiàn)澆段4#塊起拱5.8cm，體系轉(zhuǎn)化后中跨12#塊下沉11.4cm，中跨張拉后中跨12#塊起拱4.6cm。由觀測得邊跨底板張拉后現(xiàn)澆段4#塊起拱5.5cm，體系轉(zhuǎn)化后中跨12#塊下沉9.4cm，中跨張拉后中跨12#塊起拱3.6cm?？梢娏后w的這些變化是允許的。

結(jié)果分析

梁體縱會(huì)向位移的原因有多個(gè)，主要包括以下幾個(gè)：溫度變化、結(jié)構(gòu)受力形式的改變、支座位移、砼的收縮徐變、及預(yù)加次力矩的影響。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋近年來在我國公路建設(shè)中得到迅速發(fā)展，其溫度效應(yīng)問題在工程界一直備受關(guān)注。溫度變化本身相當(dāng)復(fù)雜，包括季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場等等，但就自然環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的溫度作用而言，一般分為日照溫度作用、驟然降溫溫度作用和年溫度變化作用3種類型。雖然這3種溫度作用均在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度效應(yīng)，但由于年溫變化相對簡單，且通常在工程設(shè)計(jì)中已被考慮，所以日照溫度和驟然降溫溫度作用就成為研究的重點(diǎn)。而懸臂箱梁在施工過程中，梁體是在鋼鉸線的預(yù)應(yīng)力、梁體本身的強(qiáng)度、普通鋼筋的強(qiáng)度及相對支座的對稱施工情況下出于一種平衡狀態(tài)。隨著懸臂長度的不斷增加，在重力作用下梁體的下?lián)鲜遣豢杀苊獾?。每施工完一塊后在梁體在自重的作用下都會(huì)下?lián)希瑥埨瓿珊笥捎诖瘟氐淖饔昧后w又會(huì)上撓。因?yàn)榭缍却?、懸臂長、白天在陽光的照射下，箱梁的頂?shù)酌嫘纬蓽夭?，頂面溫度高砼膨脹，底面溫度底砼收縮，梁體有下?lián)系内厔?。隨著施工時(shí)間的增加，砼產(chǎn)生收縮徐變，預(yù)應(yīng)力有所損失使梁體的上撓程度減少。同時(shí)鋼鉸線張拉完后預(yù)應(yīng)力不會(huì)馬上全部釋放出來，而是在之后一段時(shí)間里慢慢釋放，因此在這段時(shí)間里梁體將會(huì)產(chǎn)生位移。此外，體系轉(zhuǎn)化使梁體的受力形式發(fā)生變化、支座由沒完全受力到完全受力都會(huì)使梁體產(chǎn)生位移。雖然電算程序計(jì)算的數(shù)值與觀測值大致吻合，但在施工過程中結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻未必能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。這種偏差隨著連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂的不斷加長，逐漸積累。梁體的位移還有水平位移和轉(zhuǎn)角位移這里不再累敘。

結(jié)束語

通過對漠陽江西河大橋位移變化進(jìn)行觀測，并把觀測值與計(jì)算值進(jìn)行比較分析可為今后掛籃施工的位移控制提供依據(jù)。