預制橋面板加載齡期對大跨度結合梁+混合梁體系斜拉橋的影響分析

張保勝，許曉建

（1.中咨公路養(yǎng)護檢測技術有限公司，北京 100089；2.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

1 引言

由于我國幅員遼闊，地形復雜，在各級鐵路和公路的建設過程中，需要建設大量的橋梁來保證線路的通暢，新型結合梁+混合梁斜拉橋因其特殊的結構構造、良好的受力性能和經(jīng)濟性而得到廣泛的發(fā)展和應用。對于采用結合梁+混合梁雙重體系的大跨度斜拉橋的施工過程控制，混凝土橋面板的收縮徐變是不可忽視的一個因素。國內(nèi)外很多學者對這個問題做了研究。Sandeep 等[1]對結合梁斜拉橋的收縮徐變效應進行了研究，并提出相應的控制措施；Dezi 等[2]研究了結合梁的徐變分析方法，提出了簡化徐變計算的實用方法；國內(nèi)外學者[3～5]依靠不同的工程背景，研究了混凝土收縮徐變效應對結合梁斜拉橋施工過程中內(nèi)力的影響。聶建國、劉沐宇等[6，7]研究了混凝土收縮徐變效應對結合梁斜拉橋施工過程中主梁位移的影響。但這些文獻研究只針對一般混合梁或結合梁體系斜拉橋，沒有針對采用結合梁+混合梁雙重體系的斜拉橋進行混凝土收縮徐變影響的研究。

本文以南溪長江公路大橋為例，采用有限元分析軟件NLBAS 和對比分析方法分析了混凝土收縮徐變和橋面板不同加載齡期對結構線形和內(nèi)力的影響。該軟件曾在蘇通大橋、鄂東長江公路大橋等工程中得到應用和驗證。

2 背景工程概況

南溪長江公路大橋主橋為280 m+572 m+（72.5 m+63 m+53.5 m）5 跨雙塔雙索面斜拉橋（見圖1），北岸邊跨及中跨主梁采用鋼混結合梁，南岸邊跨主梁采用雙縱肋混凝土主梁，并設置2 個輔助墩，橋塔采用鉆石形塔，空間索面。其中，北岸主跨布置21 對斜拉索，南岸主跨減少至20 對斜拉索，在結合梁段斜拉索標準間距為13.5 m，在混凝土梁段斜拉索標準間距為9.0 m。設計荷載為公路-Ⅰ級。

圖1 主橋立面布置圖

北岸邊跨及中跨結合梁采用懸臂施工法，南岸邊跨混凝土主梁采用滿堂支架施工法。采用平面桿系非線性有限元模型對結構的施工全過程進行模擬。分析中考慮斜拉索垂度效應、P-Δ（荷載-位移）效應及大位移效應引起的幾何非線性，考慮各階段的預應力效應以及施工臨時荷載的影響。

3 預制橋面板加載齡期對主梁線形和內(nèi)力的影響分析

該橋北岸邊跨及主跨采用工字形鋼主梁+混凝土橋面板的結合梁結構形式。為了減小混凝土收縮徐變的影響，結合梁的橋面板預制之后要在預制廠放置一段時間再進行安裝。從減小混凝土收縮徐變影響的角度看，放置時間越長越好；但從有效利用預制場地和提高施工效率的角度看，則放置時間越短越好。下面將分析橋面板放置時間對橋梁結構影響的規(guī)律，以找到滿足要求的相對合理的放置時間。其中，模型中混凝土收縮和徐變按公路橋規(guī)JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》附錄F 計算。

對橋面板預制之后放置時間（即加載齡期）分別設為7 d（不存梁）、28 d（1 個月）、90 d（3 個月）、180 d（半年）、360 d（1 年）以及720 d（2 年）等6 種情況，分析結合梁截面應力與線形。首先，選取LB11 梁段截面與LZ11 梁段截面等2 個，對比分析橋面板采用不同加載齡期時結合梁成橋階段位移的變化，其影響規(guī)律如圖2 所示。

由圖2 可知：

圖2 橋面板加載齡期與結合梁成橋位移關系

1）隨著橋面板加載齡期的增加，結合梁成橋位移逐漸減小，但減小的趨勢逐漸減緩，當加載齡期超過180 d 后，結合梁的位移基本不再減小；

2）采用不同加載齡期的橋面板對結合梁位移的影響有限，越靠近橋塔其影響量越小。由于14#塔側存在混凝土梁壓重，因此，編號JZ 的梁段的位移小于對稱位置編號為LZ 的梁段位移。

橋面板加載齡期對鋼主梁和橋面板截面應力的影響結果如圖3 和圖4 所示。

圖3 橋面板加載齡期與LB11 截面應力關系

圖4 橋面板加載齡期與LZ10 截面應力關系

由圖4 可知：

1）隨著橋面板加載齡期的增加，鋼主梁上翼緣壓應力逐漸減小，而橋面板上翼緣壓應力逐漸增加，但二者變化的趨勢均逐漸減緩。存梁時間在90 d 以內(nèi)時，截面應力對存梁時間較為敏感；當存梁時間超過180 d 后，截面應力對存梁時間極不敏感。

2）鋼主梁應力較橋面板應力對橋面板加載齡期更為敏感，且橋面板加載齡期越長，橋面板截面壓應力越大，混凝土橋面板越能發(fā)揮其抗壓的作用；但加載齡期超過180 d 以后，其影響逐漸減小。

4 結論

對于鋼-混結合梁截面，橋面板的加載齡期會對結合梁的受力性能產(chǎn)生較為明顯的影響，橋面板加載齡期越短，混凝土收縮徐變效應越明顯；橋面板的加載齡期越長，預制場地的使用效率越低，施工工期越長。因此，在實際施工過程中，橋面板的存放時間取180 d 是合適的。