大跨度PC連續(xù)梁橋參數(shù)敏感性及施工控制分析

張學(xué)榮

（合肥市公路管理服務(wù)中心,安徽 合肥 230000）

0 引言

PC連續(xù)梁橋具有整體受力性能好、剛度大、變形曲線平緩等優(yōu)點，已成為大跨徑橋梁的主要選擇類型之一[1-2]，大多采用懸臂澆筑法[3]。大跨度PC連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工過程中受諸多因素影響，結(jié)構(gòu)線形、應(yīng)力不斷變化，橋梁跨度越大，施工過程中橋梁線形和應(yīng)力越不易控制，橋梁施工控制是保證大跨度PC連續(xù)梁橋施工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)[4-6]。該文依托G206上跨滬陜高速主橋工程，建立主橋空間梁單元有限元模型，進行有限元數(shù)值分析，以設(shè)計參數(shù)為基準，探討參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)線形影響規(guī)律。同時，對該橋施工過程中結(jié)構(gòu)線形和應(yīng)力進行監(jiān)測，通過實測數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)對比分析，指導(dǎo)后續(xù)施工，確保橋梁線形平順和受力合理。

1 工程概況及有限元模型

G206上跨滬陜高速主橋為三跨變截面單箱雙室連續(xù)梁橋，采用C50混凝土，跨徑布置為（55+100+55）m，全長210 m，箱梁頂寬15.75 m，中墩墩頂梁高6.0 m，跨中梁高2.8 m，懸臂澆筑部分梁高按2次拋物線規(guī)律變化；預(yù)應(yīng)力鋼束采用φ15.2-19、φ15.2-15鋼絞線，張拉控制應(yīng)力 0.75fpk，fpk=1 860 MPa。全橋共劃分 17 個施工階段，邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架法施工，累計長8 m，其他梁段采用掛籃法懸臂分段澆筑，邊跨和中跨合龍段各2 m，先邊跨合龍，然后中跨合龍，再進行體系轉(zhuǎn)換，二期鋪裝。采用Midas Civil建立空間梁單元有限元模型，全橋共劃分115個節(jié)點，98個梁單元，橋墩底部固結(jié)，中墩與主梁采用彈性連接中一般連接，邊墩按支座約束采用一般支承，空間梁單元有限元模型如圖1。

圖1 空間梁單元有限元模型

2 施工過程參數(shù)敏感性分析

根據(jù)大跨度PC連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工情況及橋梁結(jié)構(gòu)特點，針對G206上跨滬陜高速主橋，選取結(jié)構(gòu)最大懸臂狀態(tài)、成橋階段作為典型階段，分析主梁自重、主梁剛度、張拉控制應(yīng)力調(diào)整后，結(jié)構(gòu)線形變化規(guī)律。

2.1 主梁自重敏感性分析

考慮到主梁自重直接影響橋梁線形，實際施工過程中，混凝土材料的離散性、模板制作偏差等因素[7]，往往造成主梁重量偏差。在保持主梁結(jié)構(gòu)截面尺寸不變基礎(chǔ)上，將主梁自重以增大2.5%、5.0%和減小2.5%、5%幅度進行改變，分析比較結(jié)構(gòu)線形變化規(guī)律，見圖2～3。

由圖2～3可以得出，主梁自重偏差主要影響懸臂中部線形，對臂根部附近線形影響微小，最大位移差值位于懸臂中部附近；當主梁自重偏差5.0%時，最大懸臂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為3.0 mm；成橋階段，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為3.9 mm。

圖2 主梁自重對最大懸臂狀態(tài)線形影響

2.2 主梁剛度敏感性分析

剛度反映結(jié)構(gòu)抵抗變形能力，直接影響結(jié)構(gòu)線形變化，混凝土彈性模量決定主梁剛度，混凝土彈性模量與設(shè)計值存在偏差。通過調(diào)整混凝土彈性模量，探討主梁剛度以?5.0%、?2.5%、2.5%、5.0%進行調(diào)整，分析主梁剛度對結(jié)構(gòu)線形的影響，見圖4～5。

由圖4～5可以看出，主梁剛度變化時，結(jié)構(gòu)線形變化幅度很小。當主梁剛度偏差5.0%時，最大懸臂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為0.4 mm；成橋階段，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為0.6 mm。

圖3 主梁自重對成橋階段線形影響

圖4 主梁剛度對最大懸臂狀態(tài)線形影響

圖5 主梁剛度對成橋階段線形影響

2.3 張拉控制應(yīng)力敏感性分析

由于預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中往往出現(xiàn)張拉偏差[8]，對于大跨度PC連續(xù)梁橋，預(yù)應(yīng)力變化對結(jié)構(gòu)線形有很大影響[9]，同時，張拉控制應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力張拉施工主控項。設(shè)計張拉控制應(yīng)力為0.75fpk，將預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力以2.5%、5.0%幅度進行調(diào)整，分析張拉控制應(yīng)力0.7fpk、0.725fpk、0.775fpk、0.8fpk對結(jié)構(gòu)線形影響，見圖6～7。

圖6 張拉控制應(yīng)力對最大懸臂狀態(tài)線形影響

圖7 張拉控制應(yīng)力對成橋階節(jié)段線形影響

由圖6～7可知，張拉控制應(yīng)力對懸臂中部梁段線形影響較大，對懸臂根部附近線形影響微小，最大位移值出現(xiàn)在懸臂中跨中部附近。當張拉控制應(yīng)力偏差5.0%時，最大懸臂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為3.4 mm；成橋階段，結(jié)構(gòu)最大位移差絕對值為6.2 mm。

3 施工過程參數(shù)敏感性對比分析

以結(jié)構(gòu)原設(shè)計參數(shù)為基準，通過主梁自重、主梁剛度、張拉控制應(yīng)力以5.0%幅度調(diào)整，對比分析結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)最大懸臂狀態(tài)、成橋階段結(jié)構(gòu)線形影響，見表1。

表1 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)線形影響對比

由表1可知，當結(jié)構(gòu)參數(shù)以同等幅度變化時，最大懸臂狀態(tài)，主梁自重對結(jié)構(gòu)線形影響最顯著，張拉控制應(yīng)力次之，主梁剛度影響最小；成橋階段，張拉控制應(yīng)力對結(jié)構(gòu)線形影響最大，主梁自重次之，主梁剛度影響最小。經(jīng)對比參數(shù)敏感性結(jié)果可知，橋梁施工過程中，結(jié)構(gòu)線形對主梁自重和張拉控制應(yīng)力最敏感，必須加強施工過程主梁自重和預(yù)應(yīng)力張拉控制。

4 大跨度PC連續(xù)梁橋施工控制

根據(jù)施工方案以及節(jié)段劃分，為實時監(jiān)測整個施工過程中結(jié)構(gòu)線形，確保大橋順利合龍，線形平順，在主梁各個號塊前端截面布置線形監(jiān)測點。為保證結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求[10]，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)受力特點，梁段0#塊與1#塊交界截面，邊跨跨中截面，中跨1/4、跨中、3/4截面位置附近關(guān)鍵截面布設(shè)應(yīng)力測點。為更直觀反映施工控制結(jié)果，根據(jù)施工進度，中跨合龍后，全橋?qū)崪y線形與理論線形及0#塊與1#塊交界截面實測應(yīng)力與理論應(yīng)力對比如圖8～9所示。

圖8 實測線形與理論線形對比

圖9 實測應(yīng)力與理論應(yīng)力對比

由圖8～9可以得出，中跨合龍后，結(jié)構(gòu)線形吻合度較好，實測與理論位移最大差值分別為12 mm、?5 mm，均在誤差允許范圍內(nèi)；整個施工過程中，實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值變化趨勢基本保持一致，主梁頂板及底板始終保持全截面受壓，結(jié)構(gòu)受力良好，最大受壓應(yīng)力值為12.9 MPa，未超過規(guī)范限值。

5 結(jié)論

該文依托G206上跨滬陜高速主橋工程，通過有限元軟件Midas Civil進行仿真分析，以結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)為基準，針對大跨度PC連續(xù)梁橋懸臂施工過程中參數(shù)敏感性進行研究，綜合分析各項結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)線形影響，并對現(xiàn)場施工控制線形和應(yīng)力成果進行分析，得出如下結(jié)論：

（1）施工過程中，最大懸臂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)線形對主梁自重最敏感，張拉控制應(yīng)力次之，主梁剛度影響最?。怀蓸螂A段，張拉控制應(yīng)力對結(jié)構(gòu)線形影響最大，主梁自重次之，主梁剛度最小。

（2）經(jīng)最大懸臂狀態(tài)和成橋階段結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性對比分析，說明主梁自重和張拉控制應(yīng)力是最影響結(jié)構(gòu)線形的參數(shù)；施工控制過程中，應(yīng)根據(jù)主梁自重和張拉控制應(yīng)力結(jié)果反饋，進行模型參數(shù)修正，做好施工線形控制工作，確保結(jié)構(gòu)線形在誤差允許范圍內(nèi)。

（3）施工控制結(jié)果表明結(jié)構(gòu)線形和應(yīng)力控制合理，實測線形與理論線形吻合度好，結(jié)構(gòu)受力狀況良好，實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值變化趨勢基本一致，箱梁全截面受壓，最大壓應(yīng)力值12.9 MPa，處于安全范圍，滿足相關(guān)規(guī)范要求。