矮塔斜拉橋施工預(yù)拱度的確定

丁廣煒

摘 要：以某雙塔雙索面矮塔斜拉橋為例，利用有限元軟件橋梁博士分析了施工階段在恒載及活載作用下?lián)隙茸冃?，探討了預(yù)應(yīng)力鋼絞線計算參數(shù)、混凝土容重和彈性模量、收縮徐變等參數(shù)對施工預(yù)拱度的影響，最后綜合考慮以上因素確定為該類橋型施工預(yù)拱度的確定，提出有效的計算方法。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；撓度；參數(shù)；預(yù)拱度

一、概述

矮塔斜拉橋是介于梁橋與傳統(tǒng)斜拉橋之間的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，兼具連續(xù)梁（剛構(gòu)）橋與傳統(tǒng)斜拉橋的特性，且又獨具特點，是一種很具發(fā)展?jié)摿Φ臉蛐徒Y(jié)構(gòu)。

此類橋梁上部結(jié)構(gòu)基本采用分節(jié)段懸臂施工，而對于懸臂施工的橋梁來說，線形控制是關(guān)鍵內(nèi)容之一。若線形控制不當(dāng)將直接影響橋梁施工質(zhì)量和使用的壽命，甚至出現(xiàn)無法合攏的尷尬局面。線形控制是通過調(diào)整和控制模板高程及斜拉索索力來實現(xiàn)的，而斜拉索張拉力需控制在設(shè)計規(guī)定范圍之內(nèi)，因此通過調(diào)整和控制模板高程成為線形控制的主要措施；而高程的控制是通過設(shè)置預(yù)拱度來實現(xiàn)的，因此線形控制可以歸結(jié)為預(yù)拱度控制。

二、工程概況

某橋為雙塔雙索面矮塔斜拉橋，主橋跨徑為100+160+100m，主梁截面為分離式單箱雙室箱梁，梁頂寬41m，塔、梁、墩固結(jié)。索塔高度22.8m，順橋向?qū)?.5m，橫橋向?qū)?m，全橋共有36對斜拉索，每塔九對，斜拉索采用扇形布置，最短索索長為38.97m，最長索索長為71.69m。梁上索距為4m，塔上索距為0.8m，斜拉索穿過塔上索鞍錨固在箱梁上。斜拉索采用OVM250平行鋼絞線拉索體系，采用25ф15.24mm環(huán)氧涂層高強鋼絞線，強度為1860MPa單塔對稱布置18對斜拉索。

三、結(jié)構(gòu)模型的建立

計算程序采用橋梁博士3.03專用程序?qū)Y(jié)構(gòu)進行離散，結(jié)構(gòu)由主梁、索塔、橋墩、樁基及拉索組成。結(jié)構(gòu)計算簡圖如圖1所示。全橋共339單元338個節(jié)點。

邊界條件為：樁基底部固結(jié)，交界墩按活動鉸支座模擬。

四、主要施工階段撓度變形分析

有限元解決結(jié)構(gòu)靜力分析問題的基本理論可表達如下：

[K]={U}={P}。其中，[K]為整體剛度矩陣；{U}為全部自由度的位移向量；{P}為荷載向量。

（一）恒載撓度變形。全橋施工分為22個梁段，0#、1#塊滿堂支架現(xiàn)澆施工，2#～10#梁段屬于無索區(qū)，11#～19#梁段屬于有索區(qū)，22#梁段為合攏段，各主要施工階段的撓度變形如圖2～5所示，圖中撓度位移單位為m。

（二）活載撓度變形。在城—A級汽車及人群活載作用下的撓度見圖6所示。

五、參數(shù)影響分析

（一）預(yù)應(yīng)力鋼絞線計算參數(shù)。從多座大跨度橋梁的實踐表明，超長預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失比規(guī)范規(guī)定值大，主要是由于參數(shù)k、u的取值影響較大。實際施工過程中，預(yù)應(yīng)力管道偏差較大，規(guī)范取值為k=0.0015。當(dāng)取k=0.003和k=0.0045，全橋收縮徐變完成后的最大撓度比理論計算值相差分別為0.005、0.010m（均為向下），撓度比較見圖7示。

（二）混凝土容重和彈性模量。在實際施工過程中，由于內(nèi)壁脹模等因素結(jié)構(gòu)的斷面尺寸與設(shè)計值有偏差，這將引起主梁恒載和抗彎剛度的變化，這部分誤差主要反應(yīng)在混凝土容重參數(shù)的變化。將混凝土容重提高3%以近似模擬上述偏差，其計算結(jié)果見圖8。計算結(jié)果說明，自重提高3%后，主梁的撓度最大增值為0.011m。

混凝土的彈性模量實際值與設(shè)計值的差異將引起的主梁剛度的不同，因此導(dǎo)致按設(shè)計計算出的主梁施工撓度與實際撓度存在誤差。一般混凝土的實際強度和彈性模量均高于規(guī)范規(guī)定值。再則，由于混凝土中布置了較多的縱橫向普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼絞線，這也會使結(jié)構(gòu)的彈性模量增加。將混凝土的彈性模量提高5%進行分析，其結(jié)果見圖8所示，主梁的最大撓度減小0.005m。

（三）收縮徐變?；炷恋氖湛s徐變系數(shù)對分階段施工的混凝土橋梁的施工計算影響較為顯著。但混凝土的收縮徐變系數(shù)的試驗測試需要一個較長的周期及較大投資的設(shè)備，目前施工現(xiàn)場的混凝土，收縮徐變系數(shù)的測定目前尚無較滿意的方法。從圖8可見，當(dāng)將混凝土的收縮徐變系數(shù)提高0.5倍，主梁的最大撓度增大0.021m。

六、施工預(yù)拱度的確定

新規(guī)范《JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝上橋涵設(shè)計規(guī)范》對預(yù)拱度的確定有詳細規(guī)定，當(dāng)預(yù)加應(yīng)力的長期反拱值小于按荷載短期效應(yīng)組合計算的長期撓度時應(yīng)設(shè)預(yù)拱度，其值應(yīng)按該項荷載的撓度值與預(yù)加應(yīng)力長期反拱值之差采用。汽車荷載頻遇值為汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍，人群荷載頻遇值等于其標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)拱度應(yīng)包括結(jié)構(gòu)施工階段最終累計變形、二期恒載（含橋面鋪裝及護欄）、汽車荷載、合攏以后所產(chǎn)生的后期長期收縮徐變。

綜上所述，考慮預(yù)應(yīng)力管道偏差和混凝土容重修正，擬定計算方案為：

預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)k=0.003，混凝土容重按103%計算成橋階段的撓度，取最大活載（包括人群）撓度的0.5倍，上述撓度和的反向值作為施工預(yù)拱度。另外考慮到后期持續(xù)下?lián)弦蛩?，在上述計算結(jié)果的基礎(chǔ)上跨中節(jié)點位置再抬高5cm，其余位置節(jié)點的抬高量按拋物線方式分配抬高值，以此作為施工控制的依據(jù)。計算結(jié)果見圖9。

七、結(jié)語

施工中掛藍變形應(yīng)作掛藍預(yù)壓實驗，確定掛藍撓度變化值，在預(yù)拱度設(shè)置時予以考慮；掛藍立模標(biāo)高的確定應(yīng)在掛藍移動就位后鋼筋綁扎前進行設(shè)置，立模時應(yīng)充分考慮溫度的影響。預(yù)拱度設(shè)置僅能從理論上控制橋梁線形，施工質(zhì)量的控制才是問題的核心所在。

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