大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形控制参数敏感性分析

大跨度预应力？昆凝土连续刚构桥主梁线形控制参数敏感性分析　方华兵，田启贤　８１　文章编号：ｌ００３—４７２２（２００６）０２—００８１—０３　大跨度预应力混凝土连续刚构桥　主梁线形控制参数敏感性分析　方华兵，田启贤　（中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉４３００３４）　摘　要：采用有限元分析软件，对大跨度预应力混凝土连续刚构桥线形影响较大的７个参数　进行主跨跨中及位移最大节点标高的分析，得到了各个参数变化时，产生主跨跨中及位移最大节点　标高的影响值，并根据实际可能发生的程度，提出了影响大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形　的主要参数。　关键词：连续刚构桥；线形控制；参数；分析　中图分类号：Ｕ４４８．２１５；Ｕ４４８．２３　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｍａｉｎ　Ｇｉｒｄｅｒ　ｏｆ　Ｌｏｎｇ　Ｓｐａｎ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｒｉｇｉｄ—Ｆｒａｍｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ＦＡＮＧ　Ｈｕａ—ｂｉｎｇ，ＴＩＡＮ　Ｑｉ—ｘｉａｎ　（Ｂｒｉｄｇｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｉ　ｔｄ　Ｃｈｉｎａ　Ｚｈｏｎｇｔｉｅ　Ｍａｊｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ　４３００３４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｓｐａｎ　ｍｉｄ—　ｓｐａｎ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｎｏｄｅ　ｐｏｉｎｔ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　７　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｈａｔ　ｈａｖｅ　ｃｏｎｓｉｄ—　ｅｒａｂｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｓｐａｎ　ｐｒｅｔｓｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ　ｖａｌｕｅｓ　ｔｈａｔ　ｃａｕｓｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｓｐａｎ　ｍｉｄｓｐａｎ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｎｏｄｅ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｖａｒｙｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｌｌ　ｈａｖｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ａｃ—　ｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅｉｒ　ａｃｔｕａｌｌｙ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ａｎａｌｙｓｉｓ　１　前　言　构桥梁体线形控制中须重点关注的参数。以苏通长　江大桥辅航道主桥为主要分析研究对象，该桥为　（１４Ｏ＋２６８＋１４０）ｍ三跨连续预应力混凝土刚　构桥。　２线形控制主要参数的选取　目前国内大跨度预应力混凝土连续刚构桥普遍　存在“腹板开裂”、“梁体下挠”和“非荷载裂缝增长”　等问题，腹板预应力不足、混凝土的收缩徐变是重要　的影响因素之一。为了避免梁体出现过大下挠，保　证桥面平顺，在设置合理预拱度的前提下，尽量提高　桥面线形控制精度显得十分必要。　本文主要从对线形影响较大的参数中选择较为　关键参数进行参数影响量分析，提出大跨度连续刚　影响桥面线形的参数主要包括几何参数和材料　参数。而几何参数和材料参数与施工密切相关，前　期计算时其取值与实际值常存在一定差别，因此有　收稿日期：２００６—０３　０６　作者简介：方华兵（１９７２一），男．工程师，１９９６年毕业于长沙交通学院道路专业，工学学士。　维普资讯 http://www.cqvip.com

８２　必要分析这些差别对线形的影响。根据参数影响量　的大小，提前做好预测调整，使桥面线形尽量满足设　计目标状态。　３各主要参数对线形影响的计算和分析　重点分析７个参数，分别是混凝土容重、混凝土　收缩徐变系数、混凝土弹性模量、预应力参数、温度　场、主墩基础沉降、汽车活载。分析时以研究主跨跨　中及位移最大节点标高变化为主。　计算软件采用Ｍｉｄａｓ／ｃｉｖｉｌ。　３．１　混凝土容重变化对主梁线形的影响　前期计算确定的主梁和二期恒载重量与结构实　际重量往往有一定差别。以成桥平衡状态为基准，　考虑主梁自重变化１Ｏ　，梁重变化时主梁线形的变　化值见表１。　表１　粱重变化对主梁线形的影响　梁重变化／　△　／ｍｍ　Ａ点　Ｂ点　ｌ０　ｌ０４．４　５　５２．２　０　Ｏ　＋５　５２．２　ｎＬ１０　１０４．５　注：ｑ）△＾为节点标高变化；②Ａ点为中跨跨中节点，Ｂ点为中跨　位移最大节点　下同。　从表１可看出，梁重每变化５　，中跨跨中节点　标高变化４２．３　ｍｍ，中跨位移最大节点标高变化　５２．２　ｍｍ。表明梁重对主梁线形影响明显。　３．２混凝土收缩徐变对主梁线形的影响　目前，国内外混凝土收缩徐变有多种计算模式，　包括：欧洲混凝土协会（ＣＥＢ）与国际预应力混凝土　协会（ＦＩＰ）ＣＥＢ　ＦＩＰ　ｌ９７８模式，为我国交通部《公　路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（ＪＴＪ　Ｏ２３—８５）所采用；欧洲混凝土协会（ＣＥＢ）与国际预　应力混凝土协会（ＦＩＰ）ｃＥＢ—ＦＩＰ　１９９０模式，为我　国交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设　计规范》（ＪＴＧ　Ｄ６２—２ＯＯ４）所采用。　分别采用２种模式计算成桥后的徐变位移，对　比分析发现，同一时间段内，用ＣＥＢ—ＦＩＰ　１９７８徐　变模式计算出的后期徐变位移比用ＣＥＢ—ＦＩＰ　１９９０　徐变模式计算出的后期徐变位移大。就目前连续刚　构桥后期徐变位移普遍较大来讲，采用ＣＥＢ—ＦＩＰ　ｌ９７８徐变模式比较合理。采用ＣＥＢ—ＦＩＰ　１９７８徐　变模式得出关键节点徐变位移见表２。　从表２可以看出，采用ＣＥＢ—ＦＩＰ　ｌ９７８徐变模　式计算成桥３年中跨跨中节点标高增量为１２２．４　桥梁建设　２００６年第２期　ｍｍ，１０年标高增量为１７６．６　ｍｍ，３０年标高增量为　２１２．４　ｍｍ，表明混凝土的收缩徐变对主梁线形影响　明显。　表２　混凝土收缩徐变对主梁线形的影响　３．３混凝土弹性模量变化对主梁线形的影响　混凝土为非线性材料，其弹性模量随时间变化。　分别计算混凝土２８　ｄ弹性模量在３．２９×ｌＯ　～４．Ｏ２　×ｌＯ　ＭＰａ变化时对主梁线形的影响，表３为弹性　模量变化对关键节点位移的影响。　表３　混凝土弹性模量变化对主粱线形的影响　从表３可见，混凝土弹性模量变化５　，中跨跨　中节点标高平均变化约３３　ｍｍ，中跨位移最大节点　标高变化约４５　ｍｍ，说明混凝土２８　ｄ弹性模量对主　梁线形影响较明显。　３．４预应力参数的变化对主梁线形的影响　根据国内众多的预应力束孔道摩阻实测资料，　纵向预应力束的实测　、危均比规范中的　、　要大。　对于预埋塑料波纹管，现行规范取值　一０．１４～　０．１７，忌一０．００ｌ　５。表４为根据　、　的实测资料进行　不同的取值对主梁线形的影响。　表４预应力参数的变化对主粱线形的影响　变化　△＾／ｍｍ　ｕ、　Ａ点　Ｂ点　从表４可见，ｋ＝Ｏ．００１　５，　值每增加０．１，中跨　跨中节点标高变化超过３３　ｍｉＤ－，中跨位移最大节点　标高变化超过３６　ｍｍ；　＝０．１５，危值每增加０．００１，　维普资讯 http://www.cqvip.com

大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形控制参数敏感性分析　方华兵，田启贤　８３　中跨跨中节点标高变化约３５　ＩＴｌｍ，中跨位移最大节　见表６。　表６主墩基础沉降对主梁线形的影响　基础沉降位移／ｒａｍ　Ａｈ／ｍｍ　点标高变化约４０　ｍｍ。说明预应力束孔道摩阻参　数对主梁线形影响明显。建议施工现场进行孔道摩　阻试验，以测得实际的预应力参数进行施工控制。　３．５温度变化对主梁线形的影响　在主梁施工过程中，由于外界温度不断变化，将　会使主梁产生温度变形。由于实际温度与模型计算　从上表可知，主墩基础每沉降１０　ｍｉｌｌ，中跨跨　中下挠１２　ｍｉｌｌ。　３．７汽车活载对主梁线形的影响　基准温度存在一定差异，须对理论值进行修正。针　对各施工阶段温度变化对结构变形的影响进行敏感　性分析，得到温度变化与结构变形的关系曲线，根据　温度变化幅度进行插值计算，对结构变形进行修正。　设计活载为汽一超２０级，借鉴ＡＡＳＨＴ０规范　关于箱梁计算的方法，考虑箱梁偏载系数１．１５，纵　向未作折减，按３车道计算时，横向增大系数为３×　以最大悬臂施工阶段为例，模型计算基准温度取＋　２０℃，顶板温度从＋１０℃变化到＋３０℃，最大悬臂　端位移随温度变化见表５。　表５　温度变化对主梁线形的影响　０．７８×１．１５—２．６９１，汽车冲击按《公路桥涵设计通　用规范》计算。　以成桥平衡状态为基准，中跨跨中节点位移为　７１　ｍｉｌｌ，一般取汽车活载１／２计入预拱度。　４　结论　（１）大跨度连续刚构桥中对线形影响较大的为　混凝土容重、混凝土徐变系数、混凝土弹性模量、预　应力束孔道摩阻系数、温度场。相对影响较小的为　注：△ｚ为温腰变化。　主墩基础沉降、汽车活载。　（２）混凝土徐变对大跨度刚构桥线形影响极　大，建议进行混凝土小梁徐变试验，以选取合适的徐　变模式。　从上表可知，主梁温度状态对主梁变形影响明　显，在±ｌ０℃内基本成线性变化。顶板每升高ｌ　℃，最大悬臂端下挠９．３　ｍｍ，顶板每降低１℃，最　大悬臂端上挠９．１　ｍｍ。　３．６　主墩基础沉降对主梁线形的影响　主墩基础在承台、墩柱及上部结构恒载作用下　会产生沉降，在设置预拱度时应予以考虑。　以成桥平衡状态为基准，约束两边墩竖向位移，　（３）主梁节段施工过程中，应选择典型预应力　束进行孑Ｌ道摩阻试验，以修正计算采用预应力参数。　（４）在立模标高放样过程中要重点关注梁体温　差变化，测量时间尽量选择在温度较为稳定的时段　进行。监控计算应考虑立模时的实际温度的影响，　对立模标高做出相应的修正。　，’，＇，　，，，＇＇＇．．．＇’’＇’＇’　对两主墩施加强迫位移，其对中跨跨中位移的影响　＇，．．．．．．．．．＇＇’＇，，，，＇．．．＇＇＇＇’＇’＇＇　．．．＇．．．＇，＇，＇，＇＇ｌ＇．．．’＇’＇’＇’＇＇＇＇＇＇，．．．．．．＇’　（上接第７３页）　够满足桥梁评估和管理的实际要求。　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡＳＣＥ，１９９７，１２３（１０）：ｌ　３９０　ｌ　４Ｏ１．　参　考　文　献：　［１］　张　誉，蒋利学，张伟平，等．混凝土结构耐久性概况　［Ｍ］．上海：ｈ海科学技术出版社，２００３．　［２］　Ｙａｌｃｙｎ　Ｈ，Ｅｒｇｕｎ　Ｍ．Ｔｈｅ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｒａｔｅｓ　ｏｆ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　Ｓｔｅｅｌｓ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９６，２６（１０）：１　５９３—１　５９９．　［４］Ｓａｅｔｔａ　Ａ　Ｖ，Ｖｉｔａｌｉａｎｉ　Ｒ　Ｖ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　Ｒｅ—　ｉｎｆｏｒｅｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　Ｐａｒｔ　Ｉ：Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　Ｆｏｒ－　ｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００４，　３４（４）：５７１—５７９．　Ｅ５］常大民，江克斌．桥梁结构可靠性分析与设计［Ｍ］．北　京：中国铁道出版社，１９９５．　［３］Ｆｒａｎｇｏｐｏｌ　Ｄ　Ｍ，Ｌｉｎ　Ｋ　Ｙ，Ｅｓｔｅｓ　Ａ　Ｃ．Ｌｉｆｅ－Ｃｙｃｌｅ　Ｃｏｓｔ