大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋撓度控制措施

李 仲

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100161）

0 引言

近幾年來(lái)，在我國(guó)橋梁的建設(shè)工程中采用較多的結(jié)構(gòu)體系就是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，這是因?yàn)楸緲蛩赜械慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主梁連續(xù)、墩梁固結(jié)，不但確保了連續(xù)梁無(wú)伸縮縫隙，行車平坦等，同時(shí)還保留了T形鋼構(gòu)無(wú)支座、無(wú)需體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，為施工提供了便利，而且在抗彎剛度（順橋向）和抗扭曲度（橫橋向）方面，對(duì)大跨徑的受力需求均可滿足。這是由于連續(xù)剛構(gòu)橋是一種具有生命力的橋梁構(gòu)造體系，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁對(duì)橋型選擇時(shí)，連續(xù)剛構(gòu)橋成為了首選的橋型。而該文章的背景工程選擇的是紫洞特大橋，然后運(yùn)用Midas有限元軟件計(jì)算并分析影響大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期下?lián)系母鞣N因素。

1 工程概述

連續(xù)鋼構(gòu)橋，主跨長(zhǎng)度270 m，通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋梁下?lián)?2 cm；和此座大橋具有相同體系結(jié)構(gòu)的大橋，主跨245 m，同樣橋梁下?lián)蠂?yán)重，最大已經(jīng)達(dá)到32 cm。出現(xiàn)橋梁撓度增加的現(xiàn)象目前在大跨度橋梁建設(shè)中已經(jīng)屢見不鮮。橋梁下?lián)蠂?yán)重會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)行車不平順，給乘客帶來(lái)不舒服的感覺(jué)，更嚴(yán)重會(huì)增加高速行車的危險(xiǎn)系數(shù)。

選擇這座主跨為270 m的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋，跨徑為150 m+270 m+150 m，聯(lián)系鋼構(gòu)橋的主梁采用的形式是變截面箱形，31 m設(shè)為橋梁的寬度，上面有一單獨(dú)橋的方案，下面同樣也有一個(gè)單獨(dú)橋方案，每個(gè)單橋的寬度為15 m，上面單獨(dú)橋的構(gòu)造運(yùn)用的施工方法是懸臂澆注法。相關(guān)文獻(xiàn)在對(duì)大跨度鋼構(gòu)橋的撓度進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，通常是借助高程控制網(wǎng)以及導(dǎo)線加密控制建立鋼構(gòu)橋的位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)進(jìn)行的，同時(shí)還需要結(jié)合該座大跨度鋼構(gòu)橋所在的季節(jié)、環(huán)境以及溫度的實(shí)時(shí)情況。如果在冬季監(jiān)測(cè)鋼構(gòu)橋的位移情況，冬季晝夜溫差小，溫度的變化對(duì)鋼構(gòu)橋的影響不會(huì)太大，在對(duì)橋面的撓度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果選擇的監(jiān)測(cè)時(shí)間基本相同，溫差也不會(huì)很大，這在業(yè)內(nèi)計(jì)算由溫度引起的橋梁變化是可以忽略的。

2 對(duì)長(zhǎng)期撓度的方法進(jìn)行分析

在營(yíng)運(yùn)的條件下，橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力相對(duì)較小，這符合混凝土線性徐變理論的要求，應(yīng)力在分次施加時(shí)，出現(xiàn)應(yīng)變符合疊加的原理。從3個(gè)方面討論實(shí)橋的徐變變形：①實(shí)橋主要構(gòu)造的施工已完結(jié)，但二期恒載還沒(méi)有施工，剖析該時(shí)刻的間隙時(shí)間；②二期的恒載施工已完結(jié)，對(duì)通車的傳統(tǒng)長(zhǎng)期徐變撓度測(cè)算尚未進(jìn)行；③預(yù)測(cè)的長(zhǎng)期撓度（準(zhǔn)永久值）要考慮在內(nèi)。最后需通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)剖析緣應(yīng)力差（主橋上下）和結(jié)構(gòu)徐變彼此之前的關(guān)系[1]。

3 分析計(jì)算

討論本橋的徐變變形與時(shí)間關(guān)系，同時(shí)施行三維有限元分析，所用的程序是ANSYS。二次開發(fā)需以該程序的特性來(lái)進(jìn)行，在引入新規(guī)中的混凝土徐變方程式，混凝土的收縮和降溫法是等同的，可以此來(lái)思量；link8是預(yù)應(yīng)力鋼筋的單位，在ANSYS中可有諸多方法思考預(yù)應(yīng)力，此篇文章用的是初始應(yīng)變法，可將混凝土和預(yù)應(yīng)力筋順著橋梁的縱向分為諸多個(gè)單元，進(jìn)而確保預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土是一起工作的，對(duì)力筋不一樣的應(yīng)力可以用各單元不一樣的實(shí)常數(shù)來(lái)模仿，這可以對(duì)應(yīng)力消耗的影響進(jìn)行模擬，圖1為有限元模型。本橋的設(shè)計(jì)是以預(yù)應(yīng)力為基礎(chǔ)的，因如今對(duì)徐變變形很注重，下面的計(jì)算結(jié)果只是徐變變形的結(jié)果，之后和實(shí)測(cè)的結(jié)果比對(duì)。

圖1 有限元計(jì)算模型

第一階段的主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)合龍，二期恒載徐變變形還沒(méi)有施行表明：在一期恒載作用下，橋梁的徐變變形隨著時(shí)間的變化而呈現(xiàn)出了上撓的趨勢(shì)，這方便了后面的徐變變形，所以，若想降低后期的徐變變形，可盡可能地將二期恒載動(dòng)工的時(shí)間延遲[2]。但現(xiàn)實(shí)中，工期一般較短，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度符合了工程的要求后就馬上進(jìn)行二期恒載，假定40 d是二期恒載的動(dòng)工時(shí)間。

3.1 第二階段的二期恒載施工完成后的徐變變形

整個(gè)橋體合龍后，有40 d的時(shí)間是二期恒載的動(dòng)工時(shí)間，完工后，徐變撓度依據(jù)時(shí)間的計(jì)算結(jié)果得出，在一、二期的影響下，徐變變形呈現(xiàn)出下?lián)馅厔?shì)，時(shí)間越長(zhǎng)，下?lián)现翟酱?，徐變半終值需300 d，徐變穩(wěn)定需1800 d。

3.2 運(yùn)營(yíng)階段考慮準(zhǔn)永久值后的長(zhǎng)期撓度預(yù)測(cè)

在新的要求中，長(zhǎng)期效應(yīng)組合涵蓋了諸多方面，準(zhǔn)永久值就是其中的成員之一，在此之后可施行常規(guī)的應(yīng)用極限設(shè)計(jì)，以下分析包含了對(duì)準(zhǔn)永久值后的考慮。

根據(jù)40 d的二期恒載動(dòng)工的時(shí)間，工程竣工后便可以通車，得出徐變變形在第三階段同樣是下?lián)系?，時(shí)間越長(zhǎng)，下?lián)现稻驮酱?，相?duì)于第二階段來(lái)講，其計(jì)算值要大很多，和實(shí)測(cè)值相似。

4 理論分析

將3個(gè)階段在理論上得出的結(jié)果和實(shí)際得出結(jié)果比對(duì)發(fā)現(xiàn)：撓度值在第二階段的理論和實(shí)測(cè)相差甚遠(yuǎn)，二者之間約相差40%，對(duì)準(zhǔn)永久值影響考慮之后，撓度值在第三階段的理論和實(shí)測(cè)差值較小，在22%的范圍內(nèi)。所以，對(duì)于推算橋梁長(zhǎng)期徐變變形的方法，在第三階段是可取的[3]。

在第二階段，若預(yù)應(yīng)力（梁體上下）的水平相似，后期的徐變撓度也不會(huì)很大；在第三階段，若預(yù)應(yīng)力（梁體上下）的水平差距較大，后期的徐變撓度也隨之提升。將預(yù)應(yīng)力（橋梁上下）的差值降低，對(duì)后期徐變變形可起到緩解作用，所以，設(shè)計(jì)時(shí)要將上下的緣應(yīng)力的差值對(duì)之后撓度影響要考慮在內(nèi)。

但在幾年之后，第三階段的撓度值預(yù)測(cè)的和實(shí)測(cè)的還有誤差，這是由于由鋼筋混凝土所構(gòu)造的橋梁不但要接受恒載作用，同時(shí)還需接受循環(huán)荷載的作用，在加上大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋個(gè)別區(qū)域的應(yīng)力波動(dòng)幅度較大，致使混凝土結(jié)構(gòu)易有疲勞狀態(tài)出現(xiàn)，因此對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期性能的探討已經(jīng)是重要的問(wèn)題，所以要探討后期的疲勞性能，可對(duì)服役期間的橋梁狀態(tài)變化更加精準(zhǔn)的評(píng)估。對(duì)8片預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁的疲勞狀態(tài)經(jīng)AMQZELLHE和E.ARDAMAN進(jìn)行了試驗(yàn)，證明：疲勞加載的前期，梁的變形不大，在疲勞加載后期，撓度提升，這對(duì)上面的理論分析的正確性做了證實(shí)；此外，因主墩的受力的特點(diǎn)，致使2片墩的變形不盡一致，也可能會(huì)使主梁在之后的某一時(shí)期的豎向撓度升高。如今在徐變變形的影響方面，疲勞加載的定量計(jì)算還沒(méi)有得出，因此，預(yù)測(cè)長(zhǎng)期撓度時(shí)（使用階段），需以第三階段的分析結(jié)果為依據(jù)，考慮混凝土的限制膨脹率的提升，坍落度和混凝土的強(qiáng)度呈反相關(guān)[4-5]。

5 結(jié)論

（1）對(duì)鋼管混凝土的流動(dòng)性有決定性作用的是水灰比以及減水劑，摻量越多，坍落度越大，影響特別明顯。水灰比是主要影響混凝土3 d強(qiáng)度的因素，粉煤灰以及減水劑對(duì)混凝土3 d強(qiáng)度的影響不大。

（2）在高性能鋼管混凝土配合比設(shè)計(jì)中引入正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的策略，對(duì)多種配合比影響因素不同位級(jí)的分析只需很少的試驗(yàn)就可以實(shí)現(xiàn)，最終獲得最佳配合比的方法。在高性能鋼管混凝土試驗(yàn)研究中引入數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，這對(duì)材料研究和工程實(shí)踐意義非凡。