鄭文龍，張靈周，李鴻博

（1.中鐵隧道局集團(tuán)路橋工程有限公司，天津市300308；2.同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系，上海市200092）

0 引 言

鋼混疊合梁能夠充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的力學(xué)特點(diǎn)，具有良好的使用性能與經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。近年來(lái)，鋼混疊合梁逐漸應(yīng)用在我國(guó)公路、城市道路橋梁的建設(shè)中[3-4]，但在鐵路尤其是高速鐵路橋梁中應(yīng)用仍較少。通過(guò)預(yù)頂升施工方法為鋼混疊合梁橋墩頂負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力，能夠有效提高鋼混疊合梁橋的承載能力[5]。

鋼混疊合梁橋的大部分構(gòu)件可通過(guò)工廠進(jìn)行加工、制造，構(gòu)件的制造誤差無(wú)疑會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)在后續(xù)施工階段與運(yùn)營(yíng)階段的性能產(chǎn)生影響。目前的相關(guān)研究中，孫蓓[6]就混凝土板厚度、鋼梁腹板與底板厚度等幾何設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)大跨鋼混組合曲線箱梁橋承載能力的影響進(jìn)行了研究；熊樹(shù)章[7]依據(jù)幾何控制法的理論，探明了鋼混疊合梁斜拉橋?qū)︿摿?、混凝土橋面板和拉索的重量、彈性模量等結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的敏感性程度；唐啟[8]采用有限元法，分析了材料彈性模量和構(gòu)件重量等關(guān)鍵施工控制參數(shù)對(duì)鋼混組合梁斜拉橋變形、應(yīng)力、索力等的影響。然而，對(duì)預(yù)頂升施工的高速鐵路鋼混疊合梁橋，尚未見(jiàn)有針對(duì)性的制造誤差敏感性分析研究。

本研究利用有限元方法，探討了高速鐵路預(yù)頂升鋼混疊合梁橋?qū)︿摪搴穸?、混凝土橋面板厚度和混凝土?qiáng)度制造誤差的敏感性，為施工過(guò)程中關(guān)鍵控制參數(shù)的識(shí)別提供了理論基礎(chǔ)。

1 工程概況

商丘—合肥—杭州鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)商合杭鐵路）古城特大橋采用上承式無(wú)砟軌道無(wú)預(yù)應(yīng)力體系鋼混疊合連續(xù)梁跨越茨谷河，橋跨布置為5×50.7 m，自1170#墩延伸至1175#墩，起點(diǎn)樁號(hào)為DK145+597.75，終點(diǎn)樁號(hào)為DK145+851.45。鋼主梁采用單箱雙室截面；混凝土橋面板無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼筋，中部厚43 cm，懸臂端厚25 cm，全寬12.6 m。鋼箱梁梁高3.585 m，疊合梁截面中心處梁高4.015 m。

商合杭鐵路古城特大橋橋位布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 商合杭鐵路古城特大橋橋位布置圖（單位：m）

商合杭鐵路鋼混疊合梁橋建造過(guò)程中，通過(guò)鋼梁的頂升、回落與橋面板的交替施工，對(duì)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力。首先在橋面板施工前將鋼梁次中墩、中墩分別頂升20 cm、70 cm；在中跨附近混凝土橋面板施工完成后將中墩處鋼梁下降70 cm，待剩余混凝土橋面板施工完成后再將次中墩處鋼梁下降20 cm。施工過(guò)程中，由于鋼梁的頂升與回落，在墩頂會(huì)出現(xiàn)較大負(fù)反力，為避免梁底出現(xiàn)脫空現(xiàn)象而采用了臨時(shí)鎖定裝置。

2 鋼板厚度誤差敏感性分析

為便于說(shuō)明分析結(jié)果，建立了圖2所示的坐標(biāo)系。

圖2 坐標(biāo)系

在預(yù)頂升施工過(guò)程中，最大的負(fù)反力出現(xiàn)在次中墩、中墩處的鋼梁分別被頂升20 cm、70 cm后的次中墩墩頂。隨著鋼板厚度的變化，各墩墩頂在頂升結(jié)束后的反力情況如圖3所示。

圖3 頂升結(jié)束后的墩頂反力

由圖3可見(jiàn)，隨著鋼板厚度的增加，各墩墩頂?shù)姆戳径茧S之增加。當(dāng)鋼板厚度較設(shè)計(jì)值增加2 mm時(shí)，次中墩墩頂?shù)呢?fù)反力增加了30 kN左右，增幅約為1.68%，這表明鋼板厚度的增加對(duì)預(yù)頂升施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)控制是不利的。

成橋階段和考慮10 a的收縮徐變后，鋼板厚度對(duì)混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力的影響如圖4、圖5所示。

圖4 成橋階段橋面板上緣壓應(yīng)力

圖5 考慮10 a收縮徐變后橋面板上緣壓應(yīng)力

由圖4可見(jiàn)，在成橋階段，隨著鋼板厚度的增加，混凝土橋面板的預(yù)壓應(yīng)力也隨之增加。當(dāng)鋼板厚度減少2 mm時(shí)，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了約0.3 MPa，次中墩和中墩墩頂處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了0.29～0.42 MPa；當(dāng)鋼板厚度增加2 mm時(shí)，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力增加了約0.17 MPa，次中墩和中墩墩頂處的橋面板上緣壓應(yīng)力則增加了0.13～0.25 MPa。顯然，鋼板厚度減少對(duì)橋面板預(yù)壓應(yīng)力的影響較明顯一些。然而，由圖5可見(jiàn)，在考慮10 a的收縮徐變后，鋼板厚度制造誤差對(duì)預(yù)頂升方法施加的預(yù)壓應(yīng)力影響基本消失。

3 混凝土橋面板厚度誤差敏感性分析

成橋階段和考慮10 a的收縮徐變后，混凝土橋面板厚度對(duì)混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力的影響如圖6、圖7所示。

圖6 成橋階段橋面板上緣壓應(yīng)力

圖7 考慮10 a收縮徐變后橋面板上緣壓應(yīng)力

由圖6可見(jiàn)，在成橋階段，隨著混凝土橋面板厚度的增加，其預(yù)壓應(yīng)力的變化非常小。當(dāng)橋面板厚度減少10 mm時(shí)，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力僅增加了約0.07 MPa；而當(dāng)橋面板厚度增加10 mm時(shí)，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力減小了約0.07 MPa；次中墩和中墩墩頂處的橋面板上緣壓應(yīng)力則基本未受到橋面板厚度變化的影響。同時(shí)，由圖7可見(jiàn)，在考慮10 a的收縮徐變后，混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力的變化情況與成橋階段相似，基本未受到混凝土橋面板厚度變化的影響。

4 混凝土強(qiáng)度誤差敏感性分析

成橋階段與考慮10 a的收縮徐變后，混凝土強(qiáng)度變化對(duì)混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力的影響如圖8、圖9所示。

圖8 成橋階段橋面板上緣壓應(yīng)力

圖9 考慮10 a收縮徐變后橋面板上緣壓應(yīng)力

由圖8可見(jiàn)，在成橋階段，隨著混凝土強(qiáng)度的增加，混凝土橋面板的預(yù)壓應(yīng)力也隨之增加。當(dāng)采用C50混凝土?xí)r，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了約0.24 MPa，次中墩和中墩墩頂處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了0.19～0.21 MPa；當(dāng)采用C60混凝土?xí)r，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力增加了約0.22 MPa，次中墩和中墩墩頂?shù)臉蛎姘迳暇墘簯?yīng)力則增加了0.18～0.19 MPa。

在經(jīng)過(guò)了10 a的收縮徐變后，混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土橋面板應(yīng)力造成的影響并未消失。由圖9可見(jiàn)，當(dāng)采用C50混凝土?xí)r，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了約0.3 MPa，次中墩和中墩墩頂處的橋面板上緣壓應(yīng)力減少了0.25～0.28 MPa；而當(dāng)采用C60混凝土?xí)r，中跨跨中處的橋面板上緣壓應(yīng)力增加了約0.29 MPa，次中墩和中墩墩頂?shù)臉蛎姘迳暇墘簯?yīng)力增加了0.25～0.28 MPa?？梢?jiàn)，收縮徐變會(huì)略微增大混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土橋面板預(yù)壓應(yīng)力的影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）隨著鋼板厚度的增加，鋼梁頂升過(guò)程中的最大負(fù)反力也基本隨之增加，混凝土橋面板在成橋階段的上緣預(yù)壓應(yīng)力隨之增加，但在考慮10 a的收縮徐變后，混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力受到的影響基本消失。

（2）混凝土橋面板厚度誤差對(duì)成橋階段和考慮10 a收縮徐變后的混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力基本不產(chǎn)生影響。

（3）隨著混凝土強(qiáng)度的增加，混凝土橋面板在成橋階段的上緣預(yù)壓應(yīng)力隨之增加，且在考慮10 a的收縮徐變后，混凝土橋面板上緣壓應(yīng)力受到的影響略有增強(qiáng)。