大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋施工控制參數(shù)敏感性分析

李勇

摘 要：本文以茨維新河特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃芯苛舜罂玳L(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋施工過(guò)程中影響橋梁施工的各影響因素，并進(jìn)行參數(shù)分析得出結(jié)論，為以后的類(lèi)似工程實(shí)例提供參考。

關(guān)鍵詞：大跨長(zhǎng)聯(lián)；連續(xù)梁；橋梁施工；敏感性；參數(shù)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）07-0047-03

大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)變形小、伸縮縫少、行車(chē)平順舒適、造型簡(jiǎn)潔美觀等特點(diǎn)，這幾年在國(guó)內(nèi)逐漸得到廣泛應(yīng)用。但同時(shí)這種結(jié)構(gòu)也存在施工工序復(fù)雜，施工控制難度大等問(wèn)題。因此很有必要針對(duì)這種大跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁橋施工過(guò)程中的參數(shù)敏感性分析，以期找出施工過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的設(shè)計(jì)參數(shù)，以便我們更好的完善設(shè)計(jì)和施工工作。

橋梁施工控制的主要目的是使施工實(shí)際狀態(tài)最大限度地與理論設(shè)計(jì)狀態(tài)相吻合。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須全面了解可能使施工狀態(tài)偏離理論設(shè)計(jì)的所有因素，以便對(duì)施工過(guò)程實(shí)施有效的控制。施工控制受到諸多因素的影響，主要有：結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工方法、溫度變化、混凝土收縮徐變等。本章主要討論結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)成橋狀態(tài)下主梁撓度和應(yīng)力的敏感性。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、材料容重、材料彈性模量、預(yù)應(yīng)力參數(shù)。

1 工程背景

本文以安徽省濟(jì)南至祁門(mén)高速公路利辛至淮南段工程中茨維新河特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃鳂蛏喜坎捎么罂玳L(zhǎng)聯(lián)的變截面連續(xù)剛構(gòu)和連續(xù)梁組合體系現(xiàn)澆箱梁，主橋跨徑組合為45m+80m+4×85m+80m+45m，如圖1所示。主橋下部連續(xù)主墩采用圓端型實(shí)體墩、承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)，剛構(gòu)主墩采用雙肢薄壁墩、承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)，過(guò)渡墩采用蓋梁接雙柱式墩、系梁接樁基礎(chǔ)；引橋上部采用裝配式組合箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)，下部構(gòu)造橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用肋式臺(tái)，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。

2 各主要參數(shù)計(jì)算和分析

選取混凝土容重、彈性模量和預(yù)應(yīng)力誤差參數(shù)，將成橋狀態(tài)下主梁撓度和應(yīng)力作為控制目標(biāo)，分析各參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。由于該橋共計(jì)8跨，為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以16#墩為中心為對(duì)稱(chēng)軸選取1/2橋跨進(jìn)行分析。本節(jié)約定撓度向上為正，向下為負(fù)；應(yīng)力以壓為正，以拉為負(fù)。

2.1 混凝土容重敏感性分析

橋梁本身的自重對(duì)結(jié)構(gòu)施工的線(xiàn)形和應(yīng)力有著不容忽視的影響。懸臂箱梁在施工過(guò)程中，由于箱梁下部沒(méi)有豎向支撐，箱梁本身的自重以及其上的施工荷載將對(duì)懸臂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的彎曲變形和彎曲應(yīng)力。

由于施工中掛籃模板發(fā)生脹?，F(xiàn)象以及頂板厚度控制不準(zhǔn)等問(wèn)題，易使主梁存在尺寸誤差。另外，混凝土容重也有一定的離散性，這些因素都會(huì)造成主梁自重的誤差。施工過(guò)程中對(duì)主梁自重的誤差主要有：主梁成型后尺寸與設(shè)計(jì)的尺寸之間的誤差、施工過(guò)程中混凝土實(shí)際容重與理論值之間的誤差、考慮普通鋼筋后的自重和設(shè)計(jì)理論值之間的誤差。

本橋設(shè)計(jì)中混凝土容重γ取值為26kN/m3，現(xiàn)假設(shè)該橋所有梁段的混凝土都變化10%，進(jìn)行敏感性分析，計(jì)算成橋狀態(tài)下?lián)隙群蛻?yīng)力變化值。

由圖2可知，當(dāng)混凝土容重增大10%時(shí)，成橋時(shí)向下的撓度變大，撓度差最大變化量為7.0mm，即結(jié)構(gòu)主梁的撓度最大增幅為17.7%；當(dāng)混凝土容重減小10%時(shí)，成橋時(shí)向下的撓度變小，撓度差變化量為6.9mm，即結(jié)構(gòu)主梁的撓度最大降幅為17.4%。

由圖3及圖4可知，當(dāng)混凝土容重增大10%時(shí)，成橋時(shí)主梁墩頂處上緣拉應(yīng)力最大增加0.1MPa，主梁下緣壓應(yīng)力最大增加1.0MPa，增幅分別為0.7%和13.2%；當(dāng)混凝土容重減小10%時(shí)，上緣壓應(yīng)力最大增加1.0MPa，下緣壓應(yīng)力最大減小1.0MPa，變化幅度分別為11.7%和13.2%。

由此可以看出，結(jié)構(gòu)混凝土容重的誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力的影響顯著，施工監(jiān)控中應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸和混凝土方量的控制，使其符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 混凝土彈性模量的敏感性分析

材料的彈性模量具有離散性，彈性模量的實(shí)際值與設(shè)計(jì)值往往有一定偏差。結(jié)構(gòu)剛度主要與構(gòu)件的截面特征值、支承的彈性條件和材料的彈性模量有關(guān)。為了分析方便，僅考慮彈性模量誤差對(duì)結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)力的影響，主梁截面面積和慣性矩的誤差影響與彈性模量類(lèi)似。

本橋主梁混凝土為C50，彈性模量E規(guī)范取值為3.45×104MPa，假設(shè)本橋主梁混凝土彈性模量E變化10%，進(jìn)行敏感性分析，計(jì)算成橋狀態(tài)下?lián)隙群蛻?yīng)力變化值。

由圖5可知，當(dāng)混凝土彈性模量增大10%時(shí)，撓度差最大變化量為8.2mm，即結(jié)構(gòu)主梁的撓度最大增幅為9.1%；當(dāng)混凝土彈性模量減小10%時(shí)，撓度差變化量為10.0mm，即結(jié)構(gòu)主梁的撓度最大降幅為11.1%。

由圖6及圖7可知，混凝土彈性模量增大、減小對(duì)主梁截面應(yīng)力影響很小，最大差值0.2MPa，幅度不足1%。

由此可以看出，混凝土彈性模量的誤差對(duì)主梁撓度影響明顯，對(duì)主梁應(yīng)力的影響較小，施工監(jiān)控中應(yīng)注意彈性模量對(duì)預(yù)拋高的影響。

2.3 預(yù)應(yīng)力誤差的敏感性分析

預(yù)應(yīng)力鋼束是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中承受彎矩的主要構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力誤差主要有兩種誤差，一是施加預(yù)應(yīng)力時(shí)存在的初始控制應(yīng)力誤差；二是預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的誤差，包括預(yù)應(yīng)力管道的摩擦系數(shù)μ、預(yù)應(yīng)力管道的偏差系數(shù)k。

本橋初始張拉控制應(yīng)力σcon為1395MPa，預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)μ為0.17，偏差系數(shù)k為0.0015。分別將上述參數(shù)增減10%，進(jìn)行敏感性分析，計(jì)算成橋狀態(tài)下?lián)隙群蛻?yīng)力變化值。

2.3.1 張拉控制應(yīng)力σcon敏感性分析

由圖8可知，初始張拉控制應(yīng)力的誤差對(duì)撓度的影響很顯著，最大差值達(dá)到11.0mm，幅度為30.0%。

由圖9及圖10可知，初始張拉控制應(yīng)力的誤差對(duì)應(yīng)力的影響也很顯著，最大差值為2.1MPa，幅度為19.6%。

由此可以看出，初始張拉應(yīng)力的誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力的影響明顯，這種誤差完全是可以避免的。因此在施工中應(yīng)消除人為因素和外界因素引起初始張拉應(yīng)力的誤差，預(yù)應(yīng)力張拉油表應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，預(yù)應(yīng)力張拉值進(jìn)行“雙控”控制。

2.3.2 預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)μ敏感性分析

由圖11可知，預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)的誤差對(duì)撓度的影響很小，最大差值為0.6mm，幅度僅為1.4%。

由圖12及圖13可知，預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)的誤差對(duì)應(yīng)力的影響也不明顯，最大差值僅為0.1MPa，幅度不足1.0%。

由此可以看出，預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)的誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力的影響不明顯。但并不是說(shuō)可以忽視預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)，必要時(shí)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)摩阻試驗(yàn)來(lái)確定實(shí)際管道摩擦系數(shù)來(lái)修正模型，從而更好的指導(dǎo)施工監(jiān)控控制。

2.3.3 預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)k敏感性分析

由圖14可知，預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)的誤差對(duì)撓度的影響很小，最大差值為0.3mm，幅度不足1.0%。

由圖15及圖16可知，預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)的誤差對(duì)應(yīng)力的影響也不明顯，最大差值僅為0.1MPa，幅度不足1.0%。

由此可以看出，預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)的誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力的影響不明顯。同樣的并不是說(shuō)可以忽視預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)。施工中應(yīng)加強(qiáng)定位鋼筋的布置，使波紋管平順，必要時(shí)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)摩阻試驗(yàn)來(lái)確定實(shí)際管道偏差系數(shù)來(lái)修正模型，從而更好的指導(dǎo)施工監(jiān)控控制。

2.4 參數(shù)對(duì)比分析

根據(jù)以上參數(shù)敏感性分析，各參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力的影響程度匯總、對(duì)比如下表1所示，表中撓度和應(yīng)力變化量為參數(shù)引起的最大變化值。

由表1可知，初始張拉控制應(yīng)力σcon對(duì)結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)力影響最大，但是該誤差可以人為消除或減小。其次是混凝土的彈性模量和容重誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力影響較大，實(shí)際監(jiān)控中可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)確定實(shí)際值，并與理論值相比較來(lái)修正模型，為后續(xù)施工提供提供科學(xué)的指導(dǎo)。預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)和偏差系數(shù)對(duì)主梁撓度和應(yīng)力影響最小。

3 小結(jié)

本文介紹了茨維新河特大橋結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性對(duì)本橋成橋時(shí)撓度和應(yīng)力的影響，分析表明初始張拉控制應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)力影響最大；其次是混凝土的彈性模量和容重誤差對(duì)主梁撓度和應(yīng)力影響較大；預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)和偏差系數(shù)影響最小。

對(duì)于初始張拉應(yīng)力的誤差可以通過(guò)人為的控制來(lái)避免或減小影響；彈性模量和容重的誤差可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的控制和試驗(yàn)，來(lái)確定實(shí)際值，并與理論值比較來(lái)修正模型，為后續(xù)施工階段提供科學(xué)的指導(dǎo)；預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)和偏差系數(shù)，必要時(shí)可以通過(guò)現(xiàn)在做摩阻試驗(yàn)來(lái)確定實(shí)際值，同時(shí)施工過(guò)程中應(yīng)保證波紋管道定位準(zhǔn)確、預(yù)埋平順過(guò)渡。

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