特大預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁彎橋預(yù)拱度多因素敏感性分析

李華東 （中鐵建城市建設(shè)投資有限公司，江蘇 南京 230000）

0 引言

隨著我國(guó)大基建的規(guī)模和速度不斷發(fā)展，大量公路正在建設(shè)。橋梁作為公路建設(shè)的關(guān)鍵工程，其建設(shè)任務(wù)更加艱巨。在各種橋型中，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋特點(diǎn)明顯。它具有變形小、剛度大、施工技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，但因其施工過(guò)程中采用掛籃懸臂施工，結(jié)構(gòu)體系為T構(gòu)形式，而T型結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中因?yàn)榱⒛?biāo)高的給定不同導(dǎo)致成橋線形的不確定，以及因?yàn)門構(gòu)根部彎矩過(guò)大等原因給施工帶來(lái)很大的難度和挑戰(zhàn)。因此，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控就顯得必不可少，而且愈發(fā)重要。施工過(guò)程中立模標(biāo)高的給定主要根據(jù)已有線形監(jiān)控結(jié)果和施工預(yù)拱度及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)體系因數(shù)。因數(shù)有哪些、因數(shù)如何調(diào)整、因數(shù)調(diào)整多少是施工監(jiān)控組的重點(diǎn)工作。有關(guān)連續(xù)梁橋預(yù)拱度因素的研究常見報(bào)道。研究表明影響橋梁預(yù)拱度的主要有材料的容重，鋼束預(yù)應(yīng)力、彈性模量、支座沉降、混凝土收縮及合攏順序等。已有文獻(xiàn)少有有關(guān)彎橋影響因素敏感性報(bào)道，因此本文采用正交分析法，選取若干因素進(jìn)行連續(xù)梁彎橋預(yù)拱度多因素敏感性分析，以期為同類連續(xù)梁彎橋的施工監(jiān)控提供參考依據(jù)。

1 正交分析方法

對(duì)于連續(xù)梁橋預(yù)拱度的因素敏感性分析，當(dāng)只強(qiáng)調(diào)一個(gè)因素的影響而忽略其他因素作用時(shí)，顯然是與實(shí)際情況不符的。只有全面考慮各個(gè)因素的作用并區(qū)分主次順序才是最符合實(shí)際情況的。傳統(tǒng)的多因素分析的全面試驗(yàn)法存在試驗(yàn)方案多，工作量大的特點(diǎn)。如3因素4水平的全面試驗(yàn)次數(shù)≥4=64次。而正交實(shí)驗(yàn)法就是利用正交表來(lái)完成試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，以期達(dá)到最好目標(biāo)。如3因素4水平的正交試驗(yàn)次數(shù)為16次。能挑選出最具代表性的試驗(yàn)方案，由少數(shù)試驗(yàn)方案推出合理的較優(yōu)方案。

正交分析結(jié)果常采用方差分析或極差分析。其中極差分析具有直觀、簡(jiǎn)單特點(diǎn)，且能分析出各因素多指標(biāo)影響的主次順序的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文采用極差方法分析連續(xù)梁彎橋的預(yù)拱度敏感性。極差分析中有K、R兩個(gè)計(jì)算參數(shù)，其中K為第i水平下第j列因素的統(tǒng)計(jì)參數(shù)；R為第j列因素在各水平下分析指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值的最大值與最小值之差，表達(dá)式如下：

R表示分析指標(biāo)受第j列因素影響引起的變化幅度。R越大表明分析指標(biāo)受第j列因素影響的變化幅度越大，因此第j列因素也越重要。

2 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁彎橋多因素敏感性分析

2.1 工程背景與有限元模型

本文以安徽省宿州站涉鐵市政道路改造工程（銀河一路上跨京滬鐵路立交）第四聯(lián)連續(xù)梁彎橋?yàn)楣こ瘫尘?，主橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁彎橋。主橋跨徑組合為75.5+95+130+2×92+65，橋梁立面圖如圖1所示。箱梁采用單箱三室，主梁寬度為21.49m，75.5邊跨邊墩梁端梁高3.6m，漸變至跨中3.8m；其余聯(lián)跨中梁高均為3.8m，橋墩根部梁高6.0m或7.5m，按1.8次拋物線變化。底板采用變厚度布置，根部底板厚為1.5m，跨中厚為0.3m，底板上緣按1.8次拋物線變化。主梁采用掛籃懸臂施工。為保障箱梁在T型結(jié)構(gòu)體系下的施工安全，將箱梁與墩柱臨時(shí)固結(jié)，增加墩柱節(jié)點(diǎn)剛度。

圖1 橋梁立面圖

圖2 橋梁有限元模型

彎橋各因素水平取值 表1

彎梁正交分析計(jì)算結(jié)果 表2

各因素極差分析結(jié)果 表3

采用Midas Civil軟件建立分析模型，全橋共建立397個(gè)節(jié)點(diǎn)，336個(gè)單元，模型如圖2所示。

3 多因素正交分析

在橋梁施工過(guò)程中，由于混凝土容重的離散性及梁段澆筑尺寸與設(shè)計(jì)尺寸不符等原因；導(dǎo)致梁段自重與設(shè)計(jì)自重存在誤差。由于橋梁結(jié)構(gòu)剛度受混凝土彈性模量影響，進(jìn)而混凝土彈性模量影響橋梁結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力。但是實(shí)際的混凝土彈性模量具有離散性且受齡期影響，導(dǎo)致材料彈性模量實(shí)際值與設(shè)計(jì)值不相符。橋梁預(yù)應(yīng)力損失是不可避免的，損失的多少會(huì)直接影響橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力與施工變形。環(huán)境相對(duì)濕度的改變會(huì)影響到混凝土的收縮量。支座沉降會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力和變形。因此，本文選取混凝土容重、鋼束預(yù)應(yīng)力、彈性模量、支座沉降和環(huán)境相對(duì)濕度5個(gè)因素，采用正交分析法對(duì)該橋預(yù)拱度敏感性進(jìn)行多因素分析。該橋的5個(gè)因素基準(zhǔn)值如下：混凝土容重為26kN/m3，預(yù)應(yīng)力荷載為1395MPa，混凝土彈性模量為3.55×10MPa，支座沉降為20mm，環(huán)境相對(duì)濕度為70%。以此為基準(zhǔn)值進(jìn)行多因素正交分析，每個(gè)因素4個(gè)水平，為了使各參數(shù)變化幅度保持一致，4個(gè)水平分別按0.9、0.95、1.05、1.1倍基準(zhǔn)值取值，各因素水平值如表1所示。

選用L(4)正交表（表格為16行5列，每列4中數(shù)字）安排計(jì)算分析，共進(jìn)行16次正交分析，正交分析結(jié)果如表2所示。對(duì)正交分析結(jié)果進(jìn)行極差分析，極差分析結(jié)果如表3。分析結(jié)果表明，5個(gè)考察因素對(duì)橋梁各孔預(yù)拱度的影響程度有所不同。對(duì)于第3、5孔跨中預(yù)拱度各因素的影響程度的大小關(guān)系為：鋼束預(yù)應(yīng)力>混凝土容重>彈性模量>支座沉降>相對(duì)濕度。對(duì)于第2孔跨中預(yù)拱度各因素影響程度的大小關(guān)系為：鋼束預(yù)應(yīng)力>彈性模量>混凝土容重>支座沉降>相對(duì)濕度。對(duì)于第4孔跨中預(yù)拱度各因素影響程度的大小關(guān)系為：混凝土容重>彈性模量>支座沉降>鋼束預(yù)應(yīng)力>相對(duì)濕度。由此可見，混凝土容重、鋼束預(yù)應(yīng)力、彈性模量、支座沉降是主要因素，而且會(huì)隨著考察指標(biāo)的不同呈現(xiàn)出差異重要性，環(huán)境濕度是影響預(yù)拱度的次要因素，影響程度較小。

4 結(jié)論

本文采用正交分析法對(duì)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁彎橋預(yù)拱度敏感性進(jìn)行多因素分析，克服了單因素敏感性分析不全面的局限性。研究結(jié)果表明混凝土容重、預(yù)應(yīng)力荷載、彈性模量、支座沉降是影響橋梁各跨預(yù)拱度的主要因素，環(huán)境濕度是次要因素；而且，影響各跨預(yù)拱度的主要因素敏感性也存在差異。所以，施工監(jiān)控過(guò)程中，立模標(biāo)高調(diào)整也會(huì)因?yàn)楦骺缥恢玫牟煌鴤?cè)重點(diǎn)有所不同。限于篇幅，本文只選擇了5中影響因素對(duì)彎橋預(yù)拱度進(jìn)行分析，溫度變化及混凝土收縮徐變、合攏段順序等因素的敏感性分析，有待進(jìn)一步研究。