基于預(yù)應(yīng)力損失對連續(xù)剛構(gòu)橋梁的敏感性分析

金奇名

（中鐵十局集團有限公司濟南勘察設(shè)計院，山東 濟南 250101）

0 引言

隨著橋梁工程技術(shù)的快速發(fā)展，橋梁工程精細分析顯得越來越重要。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過程相對復(fù)雜，多次結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，影響參數(shù)多。當前國內(nèi)外學(xué)者就梁段重量[1]、結(jié)構(gòu)剛度[2]、施工階段荷載、混凝土收縮徐變[3]、預(yù)應(yīng)力損失[4]等參數(shù)對大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)變形及受力的影響進行了大量研究。如何滿足大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的設(shè)計對成橋線形及內(nèi)力狀態(tài)的要求，同時保證結(jié)構(gòu)運營及養(yǎng)護的安全，是大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制的關(guān)鍵。

綜上，本文僅從預(yù)應(yīng)力損失參數(shù)入手，以主跨150 m連續(xù)剛構(gòu)為例，利用midas Civil 2013建模，詳細分析該參數(shù)對大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力的影響程度和規(guī)律。

1 工程概況

1.1 上部結(jié)構(gòu)

主梁采取單箱單室截面，0號塊梁高9.3 m，跨中及邊跨端部梁高3.5 m，梁高下緣按1.6次拋物線漸變，箱梁底板厚度亦按1.6次拋物線變化；頂板厚0.28 m，墩頂加厚為0.5 m；底板厚由跨中的0.32 m按1.6次拋物線變化至中支點梁根部的1.0 m。腹板厚分別為 0.55 m、0.8 m、0.85 m，沿全橋變化；主梁采用C55混凝土。

1.2 下部結(jié)構(gòu)

主墩為單肢式矩形截面空心墩。墩身高度為53～54 m；橋墩順橋向厚度0.6 m，橫橋向?qū)挾?.65 cm，順向壁厚0.8 m，橫向壁厚0.8 m。空心墩身向上伸入0號梁段橫隔板。主墩采用C40混凝土。

2 模型建立

該橋為85 m+150 m+85 m三跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁體系，根據(jù)設(shè)計圖紙的結(jié)構(gòu)布置和施工方法，采用midas Civil 2013建立結(jié)構(gòu)分析模型。按主梁、墩身對結(jié)構(gòu)整體建模，箱梁取全截面進行計算，不計橋面混凝土鋪裝與箱梁共同作用，僅作為二期恒載考慮。

全橋計算模型如下：模型采用梁單元模擬，主橋上部結(jié)構(gòu)共劃分為89個節(jié)點、88個單元；橋墩、承臺及樁基劃分為68個節(jié)點、48個單元（見圖1）。

圖1 全橋計算模型圖

3 相關(guān)計算參數(shù)

該模型設(shè)定的各計算參數(shù)見表1。

表1 相關(guān)計算參數(shù)

4 預(yù)應(yīng)力損失計算結(jié)果對比分析

在成橋狀態(tài)下，分別考慮預(yù)應(yīng)力損失20%、15%、10%、5%，得到主梁的彎矩、應(yīng)力、撓度的變化。

4.1 預(yù)應(yīng)力損失對彎矩的影響

預(yù)應(yīng)力損失對彎矩的影響如圖2、圖3所示。

圖2 彎矩圖

圖3 彎矩差圖

4.2 預(yù)應(yīng)力損失對應(yīng)力的影響

預(yù)應(yīng)力損失對應(yīng)力的影響如圖4～圖7所示。

圖4 下翼緣應(yīng)力圖

圖5 下翼緣應(yīng)力差圖

圖6 上翼緣應(yīng)力圖

圖7 上翼緣應(yīng)力差圖

4.3 預(yù)應(yīng)力損失對撓度的影響

預(yù)應(yīng)力損失對撓度的影響如圖8、圖9所示。

圖8 撓度圖

圖9 撓度差值圖

5 結(jié) 語

本文通過上述計算對比，得出以下結(jié)論：

（1）圖2表明，在成橋工況下，彎矩絕對值隨著預(yù)應(yīng)力損失而增大，最大彎矩在0號塊附近，預(yù)應(yīng)力損失5%，最大彎矩減小大約54 000 kN，約占100%預(yù)應(yīng)力最大彎矩的23.6%，可知彎矩對預(yù)應(yīng)力損失比較敏感。

（2）圖4、圖6表明，在成橋工況下，下翼緣最大應(yīng)力出現(xiàn)在最大懸臂處，上翼緣最大應(yīng)力出現(xiàn)在懸臂1/2跨段，預(yù)應(yīng)力損失對下、上翼緣應(yīng)力影響較大。

圖5 、圖7表明，預(yù)應(yīng)力損失5%最大下、上翼緣應(yīng)力增加約0.54～1.2 Pa，約占100%預(yù)應(yīng)力最大下、上翼緣應(yīng)力的5.9%～10.6%。

（3）圖8表明，在成橋工況下，撓度最大差值出現(xiàn)在中跨3/4處，最大差值為5.8 mm，約占100%預(yù)應(yīng)力最大上翼緣撓度的19.8%，可知預(yù)應(yīng)力損失對撓度影響較大。

（4）圖 3、圖 5、圖 7、圖 9表明，各條曲線差值幾乎相等，可知彎矩、應(yīng)力、撓度隨預(yù)應(yīng)力損失的變化呈線性關(guān)系。