預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)對(duì)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋撓度的影響

任 煒

（新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

預(yù)應(yīng)力混凝土具有增加橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性和減少橋梁設(shè)計(jì)所用截面的優(yōu)點(diǎn)，從而施工階段工程造價(jià)低，且使用性能優(yōu)良［1］。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有較強(qiáng)的剛度和抗裂性，也是大跨度連續(xù)梁橋在設(shè)計(jì)和施工階段所考慮的特性。近年來，在橋梁設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的橋梁所占比重越來越高，成為橋梁設(shè)計(jì)中的首選結(jié)構(gòu)。

雖然預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)具有剛度強(qiáng)、抗裂性好、受力性能好、橋梁跨徑大、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，但也存在橋梁跨中下?lián)?、腹板或底板開裂等病害，存在很大的安全隱患［2］。通過研究分析，發(fā)現(xiàn)病害產(chǎn)生的主要原因是橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失過大，有效預(yù)應(yīng)力不足。參考國(guó)內(nèi)外專家對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的研究，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)的大小對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中有效預(yù)應(yīng)力影響較大，進(jìn)而影響橋梁的線形［3］。因此，預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)大小對(duì)橋梁的撓度具有很大影響，在橋梁設(shè)計(jì)階段管道摩阻參數(shù)的取值至關(guān)重要。

1 工程背景

某快速化改造工程上跨高架橋引橋部分采用20 m+2×30 m+20 m 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋面寬24 m，底板寬16.1 m，梁高1.8 m，見圖1。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)立面布置/cm

采用單箱四室斜腹板斷面，頂板厚0.26 m，腹板厚0.4 m（端部變厚至0.6 m），底板厚0.24 m（端部變厚至0.4 m）；懸臂長(zhǎng)2.75 m，端部厚0.2 m，根部按圓弧過渡?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用C50 混凝土，彈性模量為3.45×104MPa。預(yù)應(yīng)力材料采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa 的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，公稱直徑15.2 mm，彈性模量1.9×105MPa，松馳系數(shù)0.3。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成型。

2 建立模型

運(yùn)用有限元軟件Midas Civil 建立預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋模型，共包含150 個(gè)單元和151 個(gè)節(jié)點(diǎn)?？紤]結(jié)構(gòu)恒載、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮徐變、施工荷載及溫度變化等因素，通過改變有限元模型軟件中摩阻參數(shù)的取值來進(jìn)行模擬，得到橋梁撓度的變化值，并進(jìn)行分析。有限元模型見圖2。

圖2 全橋有限元模型

3 管道摩阻參數(shù)取值

管道摩阻參數(shù)的取值對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的線性有較大的影響，管道摩阻參數(shù)包括摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 兩個(gè)參數(shù)。對(duì)比國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)現(xiàn)，摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的取值在一個(gè)給定的區(qū)間范圍［4］，導(dǎo)致無論預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部如何，摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的取值都是不變的。若摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的取值過大，橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際施加的預(yù)應(yīng)力就會(huì)偏大，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)上撓，反之會(huì)下?lián)?。因此，摩阻系?shù)μ和偏差系數(shù)k 的取值應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際情況來設(shè)定，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的線性精確控制意義重大［5］。

根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)參考文獻(xiàn)，通過改變有限元模型中摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的值來分析橋梁各里程撓度的變化。摩阻系數(shù)μ分別取0.13、0.15、0.19、0.21；偏差系數(shù)k 分別取0.001、0.002、0.002 5、0.003，分別討論對(duì)橋梁沿程線性的影響［6］。

4 管道摩阻參數(shù)對(duì)橋梁撓度的影響

預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)的取值對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的撓度影響較大，它是通過影響橋梁的預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)而影響橋梁的撓度。當(dāng)管道摩阻參數(shù)取值較大時(shí)，在計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失時(shí)就會(huì)較大，實(shí)際施加于橋梁結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力也將過大，此時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力過大會(huì)引起預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系破壞。然而，當(dāng)管道摩阻參數(shù)取值較小時(shí)，在計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失時(shí)就會(huì)較小，從而施加于橋梁結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力也會(huì)減小，此時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)有效預(yù)應(yīng)力過小，不能發(fā)揮預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的作用，在橋梁后期運(yùn)營(yíng)的過程中會(huì)出現(xiàn)跨中下?lián)?、箱梁開裂等現(xiàn)象［7］。實(shí)橋采用塑料波紋管成型方式，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2012）中規(guī)定摩擦系數(shù)μ的取值為0.14 ～0.17，偏差系數(shù)k 的取值為0.001 5，選取μ為0.17，k 為0.001 5為規(guī)范值［8］。

4.1 摩擦系數(shù)μ單獨(dú)變化

對(duì)照國(guó)內(nèi)管道摩擦系數(shù)μ取值規(guī)定，管道摩擦系數(shù)μ分別取0.13、0.15、0.19、0.21，主梁線形變化曲線見圖3。

圖3 主梁線形變化曲線

管道摩擦系數(shù)μ值單獨(dú)變化時(shí)，對(duì)各跨跨中位置截面影響較大，其中撓度值變化最大的位置為2#跨跨中、3#跨跨中截面處，撓度最大變化值約為0.47 mm。（1）隨著μ值逐漸增大，在橋墩墩頂位置到跨中位置范圍內(nèi)，橋梁向上的撓度不斷變小。（2）隨著μ值不斷增大，在跨中位置到橋墩位置范圍內(nèi)，橋梁向上撓度不斷增大。

4.2 偏差系數(shù)k 單獨(dú)變化

參考國(guó)內(nèi)外偏差系數(shù)k 取值規(guī)范，選取偏差系數(shù)k 值分別為0.001、0.002、0.002 5、0.003，所對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的撓度變化值見圖4。

圖4 墩頂豎向位移變化曲線

管道偏差系數(shù)k 值對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋撓度影響較大的位置為橋梁各跨跨中位置截面處，撓度變化最大的位置出現(xiàn)在2#跨跨中、3#跨跨中位置處。（1）隨著k 值逐漸增加，橋梁在橋墩至跨中位置范圍內(nèi)向下的撓度值不斷增加。（2）在跨中至橋墩位置，當(dāng)k 值不斷變大時(shí)，橋梁向上的撓度也不斷增加。

4.3 摩擦系數(shù)μ和偏差系數(shù)耦合變化

耦合變化時(shí)管道摩阻參數(shù)（μ，k）的值分別取（0.13，0.001）、（0.15，0.002）、（0.19，0.002 5）、（0.21，0.003），結(jié)果見圖5。

圖5 墩頂順橋向位移變化曲線

由圖5 可知，摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)耦合變化時(shí)，對(duì)橋梁線形的影響要比摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)單獨(dú)變化時(shí)大很多。對(duì)橋梁線形影響較大的位置仍然是各跨跨中位置的截面處，其中2#跨跨中、3#跨跨中位置處影響最大。（1）當(dāng)摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)按設(shè)定的值遞增時(shí)，在橋墩墩頂位置至跨中位置范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋向下?lián)隙戎挡粩嘣龃?。?）當(dāng)摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)呈遞增趨勢(shì)時(shí)，在跨中位置至橋墩墩頂位置范圍，橋梁的向上撓度不斷增加。（3）通過改變有限元模型中管道摩阻參數(shù)（μ，k）的值，發(fā)現(xiàn)橋梁線形變化最大位置為2#跨跨中、3#跨跨中位置，撓度最大變化值約為2.38 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)對(duì)橋梁線形的影響呈線形分布，對(duì)橋梁跨中位置影響較大，管道摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)耦合變化對(duì)橋梁的影響要比單獨(dú)變化時(shí)大很多。（2）摩阻系數(shù)的不同取值對(duì)橋梁線形影響不同，在橋梁設(shè)計(jì)階段，建議將摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)的取值適當(dāng)放大。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋建議實(shí)測(cè)摩阻參數(shù)。（3）預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)的取值對(duì)橋梁的撓度影響較大，認(rèn)為是橋梁在運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)下?lián)系挠绊懸蛩刂弧?/p>