李亞飛， 胡 偉， 李 輝

（合肥工業(yè)大 學(xué)土木與水利工程學(xué)院，合肥 230009）

0 引 言

大跨連續(xù)梁橋目前大多都采用懸壁澆筑施工，需經(jīng)過(guò)復(fù)雜且長(zhǎng)期的施工及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過(guò)程，施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系、約束條件及荷載作用的變化都會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的線形及受力產(chǎn)生影響［1］。鑒于施工過(guò)程中多種不確定因素的差異，例如施工荷載的理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的區(qū)別，故橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就需進(jìn)行計(jì)算分析，確定敏感性參數(shù)，以便在施工中重點(diǎn)關(guān)注，對(duì)施工監(jiān)控起到有效的預(yù)防和控制效果［2］。本文針對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道摩阻參數(shù)及掛籃重量的變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)線形及主梁截面應(yīng)力進(jìn)行敏感性分析，以確定二者變化對(duì)施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)受力性能的影響。

1 工程概況

某九華河大橋?yàn)椋?3＋100＋63）m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，主橋采用單箱雙室斷面。箱梁懸澆施工，箱梁澆筑分段長(zhǎng)度依次為:11．92m（邊跨現(xiàn)澆段）＋2m（邊跨合龍段）＋7×4．0m＋5×3．0m（12個(gè)懸澆段）＋4．0m（1’號(hào)塊）＋4．0m（0號(hào)塊）＋4．0m（1號(hào)塊）＋5×3．0m＋7×4．0m （12個(gè)懸澆段）＋2．0m（中跨合龍段）。其中0、1號(hào)塊段采用支架現(xiàn)澆施工，中跨合龍段采用掛籃施工，邊跨尾段采用臨時(shí)支架現(xiàn)澆施工。

主跨上部結(jié)構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，縱橋向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、底板束和腹板下彎束，采用Φs15．2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，采用兩端張拉。縱向預(yù)應(yīng)力束管道采用預(yù)埋塑料波紋管成孔，真空壓漿工藝。豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋32mm螺紋鋼筋，豎向預(yù)應(yīng)力束（筋）管道采用預(yù)埋金屬波紋管成孔。頂板橫向鋼束采用Φs15．2高強(qiáng)低松弛鋼絞線，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，采用交錯(cuò)單端張拉，配套扁錨體系，真空壓漿工藝灌漿。

2 計(jì)算模型

本文采用 Midas Civil2010進(jìn)行全橋仿真計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容考慮結(jié)構(gòu)恒載、預(yù)應(yīng)力張拉、分階段施工流程、溫度變化、混凝土收縮徐變、施工荷載、體系轉(zhuǎn)換、二期恒載和活載效應(yīng)等橋面鋪裝等恒載為－115kN／m，均布加載在主梁上，計(jì)算模型中根據(jù)懸臂施工梁段的劃分、支點(diǎn)、跨中、截面變化點(diǎn)等控制截面將全橋箱梁段劃分為73個(gè)結(jié)點(diǎn)和72個(gè)單元，模型中主要采用了梁?jiǎn)卧?。全橋有限元?jì)算模型如圖1:

圖1 全橋有限元計(jì)算模型圖

在進(jìn)行邊界條件模擬時(shí)，主墩與梁之間采用支座連接，支座與主梁之間采用彈性連接，如圖2、圖3:

圖2 支座模型

圖3 彈性連接模型

3 孔道摩擦系數(shù)

3．1 預(yù)應(yīng)力孔道摩擦損失組成

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)，鋼束與管道壁的接觸面之間產(chǎn)生摩擦力，由摩擦力引起的預(yù)應(yīng)力損失，稱之為摩阻損失［3］。摩阻損失主要是由于孔道的彎曲和孔道的偏差兩部分影響所產(chǎn)生的，理論上講，直線孔道不產(chǎn)生摩擦損失，但施工中孔道的不光滑及位置的偏差等因素，仍會(huì)使鋼束與孔道壁接觸而產(chǎn)生摩擦損失，此稱之為孔道偏差影響摩擦損失，其取值較小，主要反映在系數(shù)k上；彎道部分除產(chǎn)生孔道偏差外，還有因孔道彎轉(zhuǎn)，鋼束對(duì)彎道內(nèi)壁的徑向壓力所產(chǎn)生的摩擦損失，一般稱此部分損失為彎道影響摩擦損失，其取值較大，并隨鋼束彎曲的角度變化而變化，其主要反映在系數(shù)μ上。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工過(guò)程中，影響橋梁線形及主要成橋應(yīng)力，通常說(shuō)來(lái)，主要分布在掛籃前移、混凝土澆筑以及預(yù)應(yīng)力張拉等階段［4］。預(yù)應(yīng)力損失的正確計(jì)算直接決定了預(yù)應(yīng)力張拉的影響，故此對(duì)孔道摩擦系數(shù)μ以及孔道偏差系數(shù)k進(jìn)行敏感性分析，是非常必要的［5］。從而可以明了結(jié)構(gòu)的孔道摩阻系數(shù)和偏差系數(shù)設(shè)計(jì)值對(duì)橋梁線形的影響程度，以及為施工階段產(chǎn)生的誤差修正提供科學(xué)的依據(jù)。

3．2 孔道摩擦系數(shù)單獨(dú)變化取值的比較分析

為分析預(yù)應(yīng)力孔道摩擦系數(shù)μ以及孔道偏差系數(shù)k單獨(dú)變化產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)主梁施工變形以及每個(gè)單元截面上緣應(yīng)力的影響，分別取μ為0．2、0．3（本橋以0．3計(jì)）、0．4，k為0．002、0．003（本橋以0．003計(jì)）、0．004。此節(jié)在進(jìn)行參數(shù)敏感性分析時(shí)，采用單一變量的方法，即除考察的單一變量外，其余參數(shù)均采用本橋的狀態(tài)值［6］。

3．2．1 孔道摩擦系數(shù)μ單獨(dú)變化取值的比較分析

取B＝S0．4－S0．3，C＝S0．3－S0．2

其中，S0．4，S0．3，S0．2分別為橋梁在μ分別取0．2、0．3、0．4時(shí)的主梁各節(jié)點(diǎn)位移，如圖4:

圖4 μ變化時(shí)主梁各節(jié)點(diǎn)位移差值圖

由圖4分析可知，管道摩擦系數(shù)μ在0．2、0．3、0．4之間變動(dòng)時(shí)，主梁每個(gè)節(jié)點(diǎn)位移變化幅度為－2．08－0．02mm，且隨著μ取值的增大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移在增大，尤其是接近中跨合攏段位置以及接近邊跨現(xiàn)澆段的位置的增大幅度尤為明顯。

取B1＝P0．4－P0．3，C1＝P0．3－P0．2

其中，P0．4，P0．3，P0．2分別為橋梁在μ分別取0．2、0．3、0．4時(shí)的主梁各單元截面上緣應(yīng)力，如圖5:

圖5 μ變化時(shí)主梁各單元截面上緣應(yīng)力差值圖

由圖5分析可知，管道摩擦系數(shù)μ在0．2、0．3、0．4之間變動(dòng)時(shí)，對(duì)各單元截面上緣壓應(yīng)力的變化幅度為0－0．47MPa，并隨著組合取值的增大，各單元截面上緣壓應(yīng)力在減小，變化量最大的位置為2＃塊截面的上緣，為0．37－0．47MPa。

3．2．2 孔道偏差系數(shù)k單獨(dú)變化取值的比較分析

取B2＝S0．004－S0．003，C2＝S0．003－S0．002

其中，S0．004，S0．003，S0．002分別為橋梁在k分別取0．002、0．003、0．004時(shí)的主梁各節(jié)點(diǎn)位移，如圖6:

圖6 K變化時(shí)主梁各節(jié)點(diǎn)位移差值圖

由圖6分析可知，管道偏差系數(shù)k在0．002、0．003、0．004之間變動(dòng)時(shí)，主梁每個(gè)節(jié)點(diǎn)位移變化幅度為－1．21－0．01mm，且隨著k取值的增大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移在增大，尤其是接近中跨合攏段位置以及接近邊跨現(xiàn)澆段的位置的增大幅度尤為明顯；相對(duì)于μ值對(duì)主梁施工線形的影響，k值對(duì)主梁施工線形的影響相對(duì)小很多。

取B3＝P0．004－P0．003，C3＝P0．003－P0．002

其中，P0．004，P0．003，P0．002分別為橋梁在k分別取0．002、0．003、0．004時(shí)的主梁各單元截面上緣應(yīng)力，如圖7:

圖7 K變化時(shí)主梁各單元截面上緣應(yīng)力差值圖

由圖7分析可知，管道偏差系數(shù)k在0．002、0．003、0．004之間變動(dòng)時(shí)，對(duì)各單元截面上緣應(yīng)力的變化幅度為0－0．28MPa，并隨著組合取值的增大，各單元截面上緣壓應(yīng)力在減小，變化量最大的位置為先懸澆的2＃塊截面的上緣，為0．19－0．28MPa；相對(duì)于μ值對(duì)主梁各單元截面上緣的影響，k值對(duì)主梁各單元截面上緣的影響相對(duì)小很多。

3．3 孔道摩擦系數(shù)組合變化取值的比較分析

為分析預(yù)應(yīng)力孔道摩擦系數(shù)μ以及孔道偏差系數(shù)k單獨(dú)變化產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)主梁施工變形以及每個(gè)單元截面上緣應(yīng)力的影響，（μ，k）分別采用（0．2，0．002）、（0．3，0．003）、（0．4，0．004）。此節(jié)在進(jìn)行參數(shù)敏感性分析時(shí)，采用組合變量的方法，即除考察的組合變量外，其余參數(shù)均采用本橋的狀態(tài)值。

取M＝S（0．4，0．004）－S（0．3，0．003），N＝S（0．3，0．003）－S（0．2，0．002）

其 中，S（0．4，0．004），S（0．3，0．003），S（0．2，0．002）分 別 為橋梁在（μ，k）分別取

（0．4，0．004），（0．3，0．003），（0．2，0．002）時(shí)的主梁各節(jié)點(diǎn)位移，如圖8:

在本次試驗(yàn)中，同一區(qū)組的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)毛竹密度不同，使得產(chǎn)量在進(jìn)行方差分析時(shí)F值減小，相對(duì)較難以檢驗(yàn)出處理的差異顯著性。因此，將標(biāo)準(zhǔn)地的總產(chǎn)量平均到每徑階(1 cm)水平，即為相對(duì)增產(chǎn)量。在低密度林分中3種施肥處理尿素、生物有機(jī)肥、鋼渣肥相對(duì)增加產(chǎn)量分別為：2.63、2.60、2.72 kg；在高密度林分中相應(yīng)的相對(duì)增加產(chǎn)量則分別為：2.18、2.57、2.52 kg?？梢?jiàn)，在3種肥料處理下，毛竹林隨著密度的增加相對(duì)增加產(chǎn)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖8 （μ，k）變化時(shí)主梁各節(jié)點(diǎn)位移差值圖

由圖8分析可知，管道摩阻參數(shù)（μ，k）在（0．2，0．002）、（0．3，0．003）、（0．4，0．004）三組數(shù)據(jù)之間變動(dòng)時(shí)，主梁每個(gè)節(jié)點(diǎn)位移變化幅度為－6－13mm；對(duì)中跨位移的變化，隨著組合取值的增大，中跨每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移在增大，增大幅度在5－9mm之間，尤其是中跨合攏段位置的增大幅度最大，為9mm；對(duì)于邊跨的位移的每個(gè)節(jié)點(diǎn)變化幅度則相對(duì)較小，在為0－2mm之間，且隨著組合取值的增大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)位移亦在增大。

取M1＝P（0．4，0．004）－P（0．3，0．003），N1＝P（0．3，0．003）－P（0．2，0．002）

其中，P（0．4，0．004），P（0．3，0．003），P（0．2，0．002）分 別 為橋梁在（μ，k）分別取

（0．4，0．004），（0．3，0．003），（0．2，0．002）時(shí)的各單元截面上緣應(yīng)力，如圖9:

圖9 （μ，k）變化時(shí)主梁各單元截面上緣應(yīng)力差值圖

由圖9分析可知，管道摩阻參數(shù)（μ，k）在（0．2，0．002）、（0．3，0．003）、（0．4，0．004）三組數(shù)據(jù)之間變動(dòng)時(shí)，對(duì)各單元截面上緣壓應(yīng)力的變化幅度為0．02－0．77MPa，并隨著組合取值的增大，各單元截面上緣壓應(yīng)力在減小，變化量最大的位置為先懸澆的2＃塊截面的上緣，為0．65－0．77MPa。

綜上:管道摩阻參數(shù)μ，k在單獨(dú)變化時(shí)，對(duì)橋梁施工階段的線形產(chǎn)生的影響相對(duì)于（μ，k）的組合變化影響，是極其微小的；另μ值在單獨(dú)變化時(shí)對(duì)主梁線形及截面應(yīng)力的影響較k值大，但二者單獨(dú)變化凡人影響相對(duì)于（μ，k）的組合變化時(shí)影響，是不明顯的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)管道摩擦系數(shù)以及管道摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)二者的組合值應(yīng)予以慎重處理，且在施工過(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控，以防止取值不當(dāng)引起的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

4 掛 籃

4．1 懸臂澆筑

懸臂澆筑法是連續(xù)梁橋施工中的常用方法，該方法在橋墩兩側(cè)設(shè)置工作平臺(tái)，以已經(jīng)施工成形的梁段作為支撐，對(duì)稱地向跨中澆筑混凝土，并逐段進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工［7］，整個(gè)過(guò)程中，掛籃是施工工藝必不可少的施工設(shè)備。

4．2 掛籃重量變化的分析

為分掛籃重量對(duì)主梁施工階段變形以及每個(gè)單元截面上緣壓應(yīng)力的影響，掛籃分別取60T、90T（本橋以90t計(jì)）、120T。

取X＝S120T－S90T，Y＝S90T－S60T

其中，S60T，S90T，S120T分別為掛籃重量分別取60T、90T、120T時(shí)的主梁各節(jié)點(diǎn)位移，如圖10:

圖10 掛籃重量變化時(shí)主梁各節(jié)點(diǎn)位移差值圖

由圖10分析可知，掛籃重量在60T、90T、120T之間變動(dòng)時(shí)，主梁各節(jié)點(diǎn)的變形幅度為－2．56－4．84mm；對(duì)中跨位移，隨著掛籃重量取值的增大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的變形在減小，減小幅度在0－4．84mm之間，尤其是中跨合攏段位置截面的減小幅度最大，為4．84mm；對(duì)邊跨位移，隨著掛籃重量取值的增大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的變形在增大，減小幅度在0－2．56mm之間，尤其是接近邊跨現(xiàn)澆段的位置，增大比較明顯。

取X1＝P120T－P90T，Y1＝P90T－P60T，

其中，P60T，P90T，P120T分別為掛籃重量分別取60T、90T、120T時(shí)的主梁各單元截面上緣應(yīng)力，如圖11:

圖11 掛籃重量變化時(shí)主梁各單元截面上緣應(yīng)力差值圖

由圖11分析可知，掛籃重量在60T、90T、120T之間變動(dòng)時(shí)，主梁各單元截面上緣的壓應(yīng)力變化幅度為0－0．23MPa，且隨著掛籃重量取值的增大，每個(gè)單元截面上緣壓應(yīng)力在減小，尤其是中跨合攏段位置截面的減小幅度最大，為0．23MPa；整體上，掛籃重量的變化，對(duì)主梁跨中段截面應(yīng)力的影響較邊跨大。

5 分析結(jié)論

本文介紹了摩阻損失的組成以及懸臂澆筑，并以某九華河大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?duì)預(yù)應(yīng)力管道摩阻參數(shù)以及掛籃重量對(duì)主梁各節(jié)點(diǎn)施工線形以及各單元截面上緣應(yīng)力進(jìn)行了敏感性分析，可以得出以下結(jié)論:

通過(guò)對(duì)管道摩阻參數(shù)敏感性分析，對(duì)于管道摩擦系數(shù)和管道偏差系數(shù)在單獨(dú)變化時(shí)，對(duì)于主橋施工階段的線形及主橋的截面應(yīng)力影響不大，但摩擦系數(shù)對(duì)主橋線形及截面應(yīng)力的影響稍微凸顯；對(duì)于管道摩擦系數(shù)和管道偏差系數(shù)組合值變化時(shí)，對(duì)于橋梁施工階段的線形以及主橋的截面應(yīng)力的影響較明顯。

（2）通過(guò)對(duì)掛籃重量的變化分析，掛籃重量增加會(huì)使施工時(shí)候梁體產(chǎn)生較大撓度，是掛籃走形不平順，易產(chǎn)生傾覆；同時(shí)掛籃重量的增大，梁體截面上緣壓應(yīng)力減小，但梁體截面應(yīng)力變化幅度不大。

因此在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)管道摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)二者的組合值應(yīng)予以慎重處理，同時(shí)也應(yīng)注意管道摩擦系數(shù)的取值是否合理，且在施工過(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控，以防止摩阻參數(shù)取值不當(dāng)引起的結(jié)構(gòu)問(wèn)題；另，在滿足掛籃強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的條件下，選取較輕的掛籃，方便施工，且在施工過(guò)程中對(duì)主梁的線形要嚴(yán)格控制，預(yù)先確定合理的成橋預(yù)拱度。

1 劉 濤．大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋參數(shù)敏感性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)健性分析［J］．水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（6）:63－64．

2 黃 燦，趙 雷，卜一之．特大跨度斜拉橋幾何控制法單參數(shù)敏感性分析［J］，2012（29）:70－74．

3 張瑞森．松花江特大橋預(yù)應(yīng)力孔道摩阻試驗(yàn)研究［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006（5）:47－48．

4 張彥玲．預(yù)應(yīng)力混凝土拼裝箱梁應(yīng)力孔道摩阻試驗(yàn)研究［J］．建筑與工程，2011（25）:306－307．

5 劉殿元．之江大橋東側(cè)非通航孔橋預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失參數(shù)分析［J］．公路交通科技，2012（12）:85－89．

6 王立峰．龍華松花江特大橋結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析［D］．哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2010（2）:91－93．

7 周 宏．掛籃施工技術(shù)在連續(xù)橋梁施工中的應(yīng)用［D］．浙江:浙江工業(yè)大學(xué)，2011．

8 羅金標(biāo)，羅其青，曾 磊．聚龍?zhí)卮髽蜻B續(xù)箱梁掛籃設(shè)計(jì)［J］，2002（2）:39－41．