劉龍，張振偉，馬興鵬，于賽賽，呂昊文

(1.安陽工學(xué)院，河南 安陽 455000；2.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司；3.重慶交通大學(xué))

隨著中國交通事業(yè)的快速發(fā)展，鐵路已成為連接中國各地區(qū)的重要交通工具，連續(xù)梁橋是鐵路工程中最常采用的橋型之一，而對于該橋型而言，懸臂澆筑法經(jīng)常成為最佳的施工方法。該方法相對滿堂支架而言有諸多優(yōu)點，但由于其施工的復(fù)雜性，施工過程中需進行多次體系轉(zhuǎn)換，因而要使其成橋后線形和內(nèi)力符合設(shè)計和使用要求，就必須對施工過程中高程甚至內(nèi)力進行控制，這也是施工監(jiān)控量測的主要工作。

為了讓連續(xù)梁橋懸臂施工控制技術(shù)實現(xiàn)信息化，并提升設(shè)計人員和現(xiàn)場監(jiān)控量測人員對線形控制的認識，對不同跨徑的連續(xù)梁橋線形進行對比研究具有重要意義。該文依托深圳至茂名鐵路工程中的(32+48+32)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m4種不同跨徑組合連續(xù)梁施工監(jiān)控項目，采用Midas有限元軟件對其分別進行施工過程模擬，分別從活載撓度、收縮徐變撓度、施工預(yù)拱度、實測值與理論值高程對比4個方面探討其變化規(guī)律。

1 工程概況

① 深圳茂名鐵路漠陽江特大橋上部結(jié)構(gòu)為(32+48+32)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(雙線)，橋面寬12.6 m，主梁為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，中支點處梁高3.4 m，端部及跨中梁高2.8 m；② 那龍河2#特大橋1#連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)為(40+64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(雙線)，橋面寬12.6 m，主梁為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，中支點處梁高5.2 m，端部及跨中梁高2.8 m；③ 西部沿海特大橋連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(雙線)，橋面寬12.2 m，主梁為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，中支點處梁高6.4 m，端部及跨中梁高3.8 m；④ 那龍河2#特大橋2#連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)為(60+100+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(雙線)，橋面寬12.6 m，主梁為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，中支點處梁高7.291 m，端部及跨中梁高4.591 m。

2 有限元模型建立

依據(jù)4座連續(xù)梁橋的施工圖建立有限元模型如圖1所示。模擬施工過程考慮的因素有結(jié)構(gòu)自重、材料收縮徐變、溫度變化、支撐體系、施工荷載等。

圖1 連續(xù)梁橋有限元模型

3 梁體變形對比分析

3.1 活載撓度結(jié)果

連續(xù)梁橋設(shè)計車速200 km/h，豎向荷載采用ZK標準活載，如圖2所示。

圖2 ZK標準活載(長度單位：m)

圖3為4座連續(xù)梁橋活載撓度圖。

圖3 連續(xù)梁橋活載撓度曲線

由圖3可知：各連續(xù)梁中跨的撓度彎曲度遠比邊跨撓度大，且跨徑越大，相應(yīng)的中跨撓度值越大。根據(jù)活荷載下分析的撓度值，①號連續(xù)梁橋邊跨下?lián)?.36 mm，中跨下?lián)?3.68 mm，中跨撓度是邊跨的2.55倍，中跨撓度是跨徑的1/3 509；②號連續(xù)梁橋邊跨下?lián)?.99 mm，中跨下?lián)?5.08 mm，中跨撓度是邊跨的2.78倍，中跨撓度是跨徑的1/2 552；③號連續(xù)梁橋邊跨下?lián)?.34 mm，中跨下?lián)?3.69 mm，中跨撓度是邊跨的3.22倍，中跨撓度是跨徑的1/3 377；④號連續(xù)梁橋邊跨下?lián)?1.22 mm，中跨下?lián)?7.23 mm，中跨撓度是邊跨撓度的3.31倍，中跨撓度是跨徑的1/2 686。

由此得出4座連續(xù)梁橋的中跨活載撓度是邊跨的2.5～4.0倍，是跨徑的 1/2 500～1/3 500。

3.2 收縮徐變撓度的對比結(jié)果

收縮徐變是混凝土類材料對環(huán)境以及應(yīng)力變化做出的反應(yīng)，影響收縮徐變的因素很多，如混凝土強度種類、養(yǎng)護齡期、環(huán)境溫度濕度等。圖4為4座連續(xù)梁橋成橋時與成橋20年后收縮徐變撓度變化圖(收縮徐變采用JTG D62-2004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》公式進行計算)。

由圖4可知：①號連續(xù)梁橋成橋時邊跨收縮徐變最大撓度為3.97 mm，中跨為5.67 mm；20年后邊跨收縮徐變最大撓度為6.56 mm，中跨為4.59 mm；②號連續(xù)梁橋成橋時邊跨收縮徐變最大撓度為10.08 mm，中跨為10.60 mm；20年后邊跨收縮徐變最大撓度為14.51 mm，中跨為16.95 mm；③號連續(xù)梁橋成橋后邊跨收縮徐變最大撓度為6.00 mm，中跨為10.96 mm；20年后邊跨收縮徐變最大撓度為8.15 mm，中跨為18.83 mm；④號連續(xù)梁橋成橋時邊跨收縮徐變最大撓度為11.33 mm，中跨為9.66 mm，20年后邊跨收縮徐變最大撓度為15.06 mm，中跨為11.64 mm。

收縮徐變對橋梁的撓度變化有影響，但并未根據(jù)跨徑變化呈現(xiàn)規(guī)律性。

3.3 施工預(yù)拱度結(jié)果

施工預(yù)拱度設(shè)置考慮梁體自重、施工荷載、混凝土收縮徐變及列車活載影響，采用預(yù)拱度計算公式為：恒載絕對值+0.5×活載絕對值。圖5為4座連續(xù)梁橋的施工預(yù)拱度圖。

圖4 連續(xù)梁橋收縮徐變撓度

圖5 連續(xù)梁橋施工預(yù)拱度曲線

由圖5可知:4座連續(xù)梁橋的施工預(yù)拱度隨著跨徑的增大而逐漸變大。①號橋邊跨的最大施工預(yù)拱度為12.07 mm，中跨為19.76 mm；②號橋邊跨的最大施工預(yù)拱度為16.29 mm，中跨為27.60 mm；③號橋邊跨最大施工預(yù)拱度為17.49 mm，中跨為34.48 mm；④號橋邊跨最大施工預(yù)拱度為27.00 mm，中跨為50.15 mm。

考慮由于橋梁自重以及預(yù)應(yīng)力鋼束位置、數(shù)量的影響，不同跨徑連續(xù)梁橋也會存在不同的變形數(shù)值。所述4座連續(xù)梁中跨跨中最大施工預(yù)拱度在19～51 mm之間，相比公路橋梁施工預(yù)拱度較小。

4 梁體變形實測值與理論值對比分析

為驗證所建立有限元模型的正確性與真實性，特對①～④號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程進行對比分析。由于4座連續(xù)梁橋?qū)崫岣叱膛c理論高程相差較小，為了更清晰地反映出實測高程與理論高程的差別，給出圖6相對高程差(實測高程-理論高程)進行直觀分析。

由圖6可以看出：①～④號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程隨里程的變化相差不大，反映出施工期間線形控制的精確性。同時由計算數(shù)據(jù)可得：①號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程差主要集中在5～10 mm之間，最大差值為15 mm；②號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程差集中在10～15 mm之間，最大差值為19 mm；③號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程差集中在5～15 mm之間，最大差值為16 mm；④號連續(xù)梁橋?qū)崪y高程與理論高程差集中在5～15 mm之間，最大誤差為19 mm。

圖6 實測高程與理論高程差

筆者建議，為控制合龍段施工誤差，需保證更加精確地將合龍時間選擇在溫差較小時段，將進一步減小實測高程與理論高程的差值。

5 結(jié)論

以4座連續(xù)梁橋為工程背景，建立有限元計算模型，并對其活載撓度、施工預(yù)拱度、梁體收縮徐變撓度、實測與理論高程差進行分析，得到以下結(jié)論：

(1)4座連續(xù)梁橋由活載引起的撓度較小，在12～38 mm范圍內(nèi)，中跨活載撓度是邊跨活載撓度的2.5～4.0倍，是跨徑的1/2 500～1/3 500。

(2)4座連續(xù)梁橋的邊跨最大施工撓度在12～27 mm范圍，中跨最大施工預(yù)拱度在19～50 mm范圍內(nèi)。

(3)受混凝土收縮徐變的影響，連續(xù)梁橋成橋時邊跨收縮徐變最大撓度為3.50～11.33 mm，中跨為5.50～11.00 mm；20年后邊跨收縮徐變最大撓度為6.50～11.50 mm，中跨為4.5～20.00 mm。

(4)梁體實測高程與理論值相差較小，4座橋的實測高程與理論差集中在5～15 mm之間，最大差值為19 mm，滿足施工要求。