連續(xù)梁預拱度設置研究

王 紅 力， 李 鵬 俊

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

韓灘雙島大橋位于金堂縣中河、北河、毗河三江匯口上游約600 m處，跨越韓灘雙島，線路呈東西走向，起于金堂縣韓灘路與趙楊路交叉口附近，沿趙楊路向東上跨新龍路、毗河、中河、北河、公園路，止于規(guī)劃路路口。工程樁號范圍為K0+240～K1+884，全長1 644 m，其中橋梁全長1 297 m，擬建橋梁主橋為215 m+430 m+215 m斜拉橋，橋面寬38 m；引橋采用等高預應力混凝土連續(xù)梁，標準跨徑為40 m、50 m，標準橋寬為32.5 m，36 m。主橋面積為32 680 m2，引橋面積為14 600 m2，人行天橋面積約為1 140 m2。其中東岸引橋為：(25+2×50+44)m、(35+2×50+34)m及(30+40+30)m，西岸引橋為：4×40 m。兩岸引橋均為等高度預應力混凝土連續(xù)梁，橫橋向雙幅布置。由于連續(xù)梁各跨的跨徑增加，使用年限變多，通車后將作為金堂縣的關鍵交通樞紐，車輛超重現(xiàn)象等一些客觀原因不可避免，進而將導致連續(xù)梁梁體在成橋后跨中出現(xiàn)各種程度的下?lián)闲巫?。因此，只有在施工過程中設置合理的預拱度,才能使連續(xù)梁的上部結構在經(jīng)歷施工中重復發(fā)生的朝上或朝下的施工工藝以及韓灘雙島大橋在運營一段時間后達到實際需要的連續(xù)梁線形[1]。連續(xù)梁在施工過程中，由于混凝土彈性形變量的實際測量值與理論值存在一定程度的差異，混凝土自身的實際重量與理論重量的取值存在一定程度的差值、混凝土的收縮徐變以及施工環(huán)境的溫度與理論計算值存在一定的差距等一系列原因導致連續(xù)梁在混凝土澆筑完成后的線形與設計給出的理論線形發(fā)生一定程度的偏差，因此，為了保證完工后的工程滿足設計線形的要求，就必須在連續(xù)梁施工過程中對連續(xù)梁的支架高程進行有效的控制，從而達到最佳的成橋效果，預拱度的設置就顯得十分必要。

2 連續(xù)梁梁體預拱度的設置與研究

2.1 連續(xù)梁梁體預拱度的分類及設置

根據(jù)連續(xù)梁梁體結構的形變性質和時間的不同，連續(xù)梁預拱度的設置可以分為成橋預拱度和施工預拱度。成橋預拱度的設置主要是為了消除后期運營過程中的收縮徐變、后期預應力的損失、活載變形等。施工預拱度的設置主要是為了消除施工過程中各種荷載對線形的影響。從目前來看，對于橋梁預拱度設置的需求，通常預拱度的設置方法是連續(xù)剛構橋線形控制方法與研究[2]和橋梁施工質量控制及安全管理技術[3]：全部的恒載力和其中一小部分的活載力所產(chǎn)生的豎向撓度數(shù)值即為施工過程中所需要設置的最大預拱度值，設置在連續(xù)梁每一跨的中間位置且向連續(xù)梁的每一跨的兩邊逐漸變小，一直到橋墩處變?yōu)樽钚≈?，按照現(xiàn)場施工需求分配合適的預拱度。

2.2 預拱度的設置及分析

筆者介紹了目前連續(xù)梁成橋預拱度設置的常見方法：經(jīng)驗曲線分配法和公式算法。

(1)經(jīng)驗曲線分配法。實踐經(jīng)驗及相關資料表明：連續(xù)梁的最大預拱度在通常情況下取在L/2 000～L/1 000之間。相關計算結果顯示，彈性形變在連續(xù)梁中跨四分之一處產(chǎn)生的變形約為連續(xù)梁橋跨中的一半；在采用二次拋物線分配合理的預拱度時，連續(xù)梁跨中和L/4 處的預拱度比值為四分之三，和簡支梁的計算結果剛好一樣，但是與連續(xù)剛構橋的理論預拱度有一定的差異。因此，應該按照余弦曲線分配合理的預拱度。其原因為：①余弦曲線在連續(xù)梁橋墩的頂部為兩條曲線相接處，斜率為零；②余弦曲線在L/4 處需要設置的預拱度是該梁段跨中最大預拱度的二分之一，連續(xù)梁中跨成橋預拱度的余弦曲線方程如下。

式中L為中跨跨徑；fcs值為中跨跨中成橋預拱度。

連續(xù)梁邊跨預拱度的設置：從以往經(jīng)驗看，一般邊跨最大預拱度發(fā)生在邊跨的最中間處，即邊跨的跨中；邊跨最大預拱度的數(shù)值一般是整個連續(xù)梁最大預拱度的四分之一。剛構橋的梁體是固定的，由變形控制可知：轉角的位移造成連續(xù)梁的跨中下?lián)稀⑦吙缟蠐?。所以，連續(xù)梁的邊跨預拱度基本上都設置的比較小。但是，在現(xiàn)階段施工條件下，通常采用的是連續(xù)梁中跨合龍之前梁體壓重或頂推的方式，使橋墩的墩頂在成橋之前就有一定的向連續(xù)梁邊跨的預設置偏移量。 由此可見，連續(xù)梁的邊跨可以按照理論計算的預拱度值再結合施工經(jīng)驗設置合理的預拱度。

(2)公式計算法。

式中α為預拱度設置過程中的固定系數(shù)，需按目前長度相近橋梁的實際下?lián)锨闆r確定；d1為連續(xù)梁完工5 a后混凝土徐變的撓度值；d2為實際活載撓度值。按照上式計算預拱度時，活載力的計算可在連續(xù)梁的收縮徐變階段(成橋后5 a)再后加一個階段,將按照相關規(guī)范對應的車道荷載進行準確的計算，并且單獨分離出計算結果乘以二分之一的系數(shù)。

3 結論及建議

由以上分析可知：連續(xù)梁在澆筑每一跨的過程中，需要控制支架的高程，同橋梁完工時每一節(jié)梁段高程之間的差值為施工過程的預拱度，再加上各個連續(xù)梁澆筑每一跨的梁體所發(fā)生的形變之和；而成橋預拱度值是連續(xù)梁完工后連續(xù)梁的每一跨梁體的實際高程和理論高程之間的差值。 施工過程中影響預拱度的因素有三點：連續(xù)梁的梁體自重、掛籃的本身重量、預應力帶來的影響，其中預應力的大小會隨著施工工藝的不同和時間的流逝對已經(jīng)完工的的連續(xù)梁產(chǎn)生一定程度的變化。預拱度的設置通常使用兩種方法，連續(xù)梁的最大預拱度數(shù)值都是以施工經(jīng)驗豐富的工程技術人員的經(jīng)驗確定的，公式算法中的固定系數(shù)α同樣是按照經(jīng)驗確定的[4]。采用等高預應力混凝土連續(xù)梁預拱度設置的絕對撓度法[5]與公式算法中采用分配曲線計算即可以得到相應的曲線。自然環(huán)境溫度引起變化、梁體自身預應力的損失和車輛在行駛過程中對連續(xù)梁完工后的預拱度的影響值可以通過準確的計算得到。連續(xù)梁成橋預拱度的主要影響原因是后期混凝土徐變造成的影響。但是，混凝土的徐變對連續(xù)梁梁體成橋后的具體影響程度還沒有得到十分科學的理論依據(jù)，再加上運營過程中的幾何非線性變化和徐變的撓度中

的偶然現(xiàn)象很多，因此，目前設置連續(xù)梁預拱度的方法一般都是根據(jù)跨度、長度相近橋梁的相關經(jīng)驗確定，這樣看來，為連續(xù)梁設置適當?shù)念A拱度對橋梁完工后的合理受力以及安全使用就顯得十分重要。