連續(xù)剛構橋的預拱度計算

李清逸

(重慶交通大學)

連續(xù)剛構橋的預拱度計算

李清逸

(重慶交通大學)

前言

目的是研究連續(xù)鋼構橋施工階段預拱度的設置和計算問題，這是現(xiàn)在橋梁發(fā)展一個很好的設計問題，可以幫助我們解決很多跨徑上的問題。隨著科學技術和交通事業(yè)的發(fā)展，預應力混凝土連續(xù)梁橋以其施工簡便、造價經(jīng)濟、受力合理、行車舒適等獨特優(yōu)勢在近年來得到了迅速發(fā)展，在主跨100～300m范圍內(nèi)幾乎成為首選橋型。但由于它出現(xiàn)較晚，其理論和經(jīng)驗還不十分完善，在修建過程中也存在一些技術上的問題。在現(xiàn)代橋梁施工中，施工監(jiān)制技術是工程施工安全和內(nèi)在質(zhì)量的保證，正確計算和設置施工過程參數(shù)已成為大跨徑橋梁施工領域重要研究課題之一。如今我國修筑好的很多橋梁都出現(xiàn)了嚴重的穩(wěn)定性不足的問題，有的甚至在還沒有達到規(guī)定年限就已經(jīng)倒塌，而往往造成倒塌的原因就是施工不足，例如：沒有按照施工要求配鋼筋、工作人員本身的知識缺乏、施工中的技術不成熟。因此使得很多的橋梁早早就失去了承載能力。故施工技術應是重中之重，我們要不斷的追求和探索對于橋梁施工有利的施工技術來造福我們的橋梁事業(yè)。

正文

在閱讀過大量文獻后，令我頗有感受的是在連續(xù)鋼構橋施工階段施工預拱度的計算中有很多方法不同的研究成果，都是我很好的參考對象。近年來，在大跨度橋梁的施工過程中，由于跨度大所以施工難度大且工程造價高，因此在對施工控制就顯的十分重要。一方面，大量新材料、新工藝和新技術被引入至橋梁設計環(huán)節(jié)，造成在實現(xiàn)設計文件要求的過程中，不可避免地受到很多確定和不知道或是分不清的因素的影響，使得施工過程中的實時監(jiān)測、調(diào)整和預測顯得格外重要；另一方面，橋梁施工加載的過程中，我們可以應用膺架施工方法、掛籃施工法或者頂推法。但是不管我們使用上述的哪種方法，只要橋梁是連續(xù)梁橋，那在其自身的構造特性的影響下，在全橋的施工工藝過程中到最后合攏完橋還有轉(zhuǎn)換問題也是在第一期橋梁工作階段存在整體橋梁結構的轉(zhuǎn)換問題。從而演變成內(nèi)力和位移會隨著橋梁結構的狀態(tài)變化而發(fā)生相應的轉(zhuǎn)變。

下面簡單介紹灰色系統(tǒng)理論，它是以聯(lián)系空間為基礎的分析體系，在原有的數(shù)據(jù)基礎上，通過灰色過程以及灰色生成對原有的或是原來的數(shù)據(jù)進行處理，將原來數(shù)據(jù)整理成具有規(guī)律性較強的數(shù)列，后建立灰色模型來分析和預測接下來發(fā)展的形勢，梁撓度的變化發(fā)生在連續(xù)橋梁的每一個施工節(jié)段。因此我們可以根據(jù)每一個施工階段前后梁端撓度的真實測值和理論模擬值建立灰色人為模擬的模型，來分析和預測下一階段梁段的撓度變化，從而得到橋梁在設計中的標高。

以上述理論作為我們的理論依據(jù)，通過施工階段每一個的影響因素，選擇有灰色信息特征的原始數(shù)據(jù)，建立4 參數(shù)控制模型。在橋梁的實際施工中，對前4 個現(xiàn)澆塊給出理論計算預拱度以及工程中經(jīng)驗預拱度，對4個塊中每個塊段進行觀測記錄，于是可以形成GM( 1，1) 數(shù)據(jù)序列:

式( 1) 的數(shù)據(jù)經(jīng)1 - AGO 后形成數(shù)列:

式中

Xi(1)可建立下述形式的微分方程:

按照最小二乘法求解:

微分方程的解為

進行梁段的預拱度進行計算可以運用該公式，最后只要滿足精度后就可以作為最終的結構預拱度。

對于預拱度的控制理論研究：在進行連續(xù)剛構橋的施工階段主要分為：（1）施工掛籃向前移動；（2）混凝土的現(xiàn)場澆筑；（3）預應力張拉3個階段。掛籃向前移、搭建模的標高主要分為：（1）橋梁成型后的設計中的標高；（2）在施工階段由于各個因素引起的預變位；（3）成橋后汽車、人群等活荷載引起的預拋告（4）施工過程中由于力的作用掛籃體系變形值及根據(jù)經(jīng)驗增加的附加預拱度?；炷翝仓蟮臉烁呶覀冎饕迷谝呀ǔ山Y構的標高校對和核查，在此基礎上對馬上要建力的結構模型參數(shù)進行對比優(yōu)化很分析。而其中預應力張拉后的標高被用于校對核實測數(shù)值與數(shù)值模擬值間的差異，最終可以得出模型計算參數(shù)是不是合理，模型預應力損失與實際間存在的差別，從而對模型進行修正。

大跨預應力連續(xù)梁橋結構在施工過程大多采用懸臂施工，因為懸臂施工是分階段施工，后一階段的施工荷載會影響前一階段成型結構產(chǎn)生力的作用引起彈性變形，而本此施工階段節(jié)段在成為結構后已經(jīng)完成了本身靜載的變形，對后一節(jié)段不產(chǎn)生影響。此過程中由施工荷載引起的預拱度應按式（1）進行。

預應力連續(xù)剛構橋預拱度主要包括施工過程中預拱度、成橋后預拱度及人為附加上去的預拱度。施工預拱度主要是通過正裝計算、施工過程模擬，每一段預拱度的疊加計算。影響施工預拱度的因素主要包括有一期恒載、預應力、二期恒載、結構體系轉(zhuǎn)換。其中掛籃變形、前期收縮徐變、墩身壓縮、溫度影響、墩頂轉(zhuǎn)角位移及施工荷載也是影響因素。成橋預拱度主要包括后期1/2活荷載及收縮徐變。

式中H為該點在設計時設置的理論標高；f1為本次和后面各澆筑箱梁段對該點撓度產(chǎn)生的影響值，其中有箱梁節(jié)段自身的重量、預應力張拉效果產(chǎn)生的效應、混凝土收縮徐變、結構體系轉(zhuǎn)換、二期恒載等影響；f2為掛籃彈性變形對該點撓度影響值；f3為成橋后列車活載等對該點撓度影響值；f4為根據(jù)專家經(jīng)驗設置的附加預拱度，暫定將跨中最大附加預拱度設置為跨度的1/3000，其余節(jié)段按設計的2次拋物線插值計算。以上參數(shù)在施工控制過程中，多依據(jù)現(xiàn)場反饋實測值與有限元數(shù)值分析值，采用最小二乘法、卡爾曼（KALMAN)濾波法等理論進行修正和預測，最終獲得最佳預拱度。

結論

預應力連續(xù)箱梁橋懸臂施工是一個非平穩(wěn)的隨機過程，可以看成是一個灰色過程。大橋按照理論施工合理預拱度順利合攏，最大合攏誤差在1cm內(nèi)，且成橋跨中標高略高于設計線性約4cm左右，滿足后期行車及混凝土材料收縮徐變造成跨中下?lián)蟽湟蟆１疚闹皇呛芎唵蔚氖┕ゎA拱度的研究，只考慮了預應力和橋梁自身重力的影響，對于溫度汽車荷載等因素考慮的不夠全面。設計還有很多不完善的地方，還需要我的不斷學習不斷努力來修正。

懸臂掛籃技術在我國橋梁建設中被廣泛地運用，因為它不僅能夠從根本上提高橋梁的施工效率以及施工質(zhì)量，還能降低橋梁施工的難度。但是因為懸臂掛籃施工技術中高空作業(yè)已經(jīng)是家常便飯，加強對施工人員人身安全的防護，對懸臂掛籃施工技術以及安全措施的處理還需要我們進行嚴格的控制。

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1007-6344（2015）11-0300-02