萬(wàn)峰(上海市市政公路工程檢測(cè)有限公司上海201108)

0 引言

采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工的混凝土橋梁其施工質(zhì)量會(huì)受到材料力學(xué)性能，施工人員水平，混凝土養(yǎng)護(hù)條件等較多因素的影響從而使得混凝土的施工質(zhì)量離散性較大[1]。因此在對(duì)現(xiàn)澆混凝土橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析或優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，直接采用理論值來(lái)對(duì)混凝土材料參數(shù)進(jìn)行取值則可能和橋梁的實(shí)際受力狀態(tài)出現(xiàn)一定的偏差，且不用的影響因素對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響程度各不相同，而在實(shí)際工程中要對(duì)于混凝土橋梁施工的全部影響因素進(jìn)行高精度的控制并不現(xiàn)實(shí)。因此應(yīng)首先根據(jù)不同的施工誤差參數(shù)對(duì)橋梁的關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，確定對(duì)于橋梁整體力學(xué)性能有顯著影響的施工誤差參數(shù)，以便于在實(shí)際的施工階段進(jìn)行重點(diǎn)的監(jiān)測(cè)和把控，經(jīng)濟(jì)有效的提高現(xiàn)澆混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，達(dá)到橋梁施工控制的目的[2-4]。以一座混凝土連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)主梁混凝土彈模和主塔混凝土彈模2 個(gè)參數(shù)針對(duì)該橋的靜、動(dòng)力性能進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析。

1 工程概況及有限元模型

1.1 工程概況

依托工程為一兩跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔、墩、梁固結(jié)體系。橋梁全長(zhǎng)76m，跨徑布置為46+30m，立面示意如圖1 所示，橫斷面示意如圖2 所示。主梁為等截面單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主梁全寬24m，梁高2.1m，采用3 向預(yù)應(yīng)力體系。橋塔采用矩形混凝土實(shí)心橋塔，布置于主塔上方的主梁的中央分隔帶處，主梁向小跨側(cè)傾斜58°，高25.25m，斜拉索采用有背索單索面布置。下部結(jié)構(gòu)中主塔同樣采用矩形實(shí)心混凝土結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)以及重力式橋臺(tái)。主梁主塔均采用C50 混凝土，主塔則采用C45 混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼束采用抗拉強(qiáng)度為1860MPa 的鋼絞線，斜拉索同樣采用高強(qiáng)度低松弛的鋼絞線。

圖1 依托工程立面圖

圖2 依托工程主梁橫斷面尺寸示意/m

1.2 初始有限元模型

采用Midas Civil 建立初始有限元模型。其中主梁、主塔及主塔均采用梁?jiǎn)卧?，塔墩梁之間采用共節(jié)點(diǎn)剛性連接。由于該有限元模型僅用于分析實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)橋梁的力學(xué)性能，因此建模時(shí)不考慮施工階段且忽略主塔底部樁土的相互作用，故墩底采用固結(jié)連接。橋梁兩端橋臺(tái)處的邊界條件按實(shí)際工程中制作的約束情況進(jìn)行施加。由于依托工程箱梁較寬，采用單一的梁?jiǎn)卧⒉荒芎芎玫哪M箱梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此模型中箱梁在橫斷面方向劃分為三段依次建立，相互之間采用虛擬橫梁進(jìn)行連接。斜拉索采用桁架單元建立，拉索索力則按照二期鋪裝后的實(shí)測(cè)索力進(jìn)行施加。全橋模型共計(jì)416 個(gè)節(jié)點(diǎn)，539 個(gè)單元，其中22個(gè)桁架單元，517 個(gè)梁?jiǎn)卧Ｗ罱K建立的有限元模型如圖3 所示。

圖3 有限元模型

2 施工誤差參數(shù)分析

在混凝土施工過程中的振搗、養(yǎng)護(hù)均可能對(duì)其彈模存在不同程度的影響，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中也通常存在對(duì)強(qiáng)度的控制較為嚴(yán)格而對(duì)彈性模量的關(guān)注不夠的現(xiàn)象，因此現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)彈模的離散性可能較大。依托工程橋梁混凝土主梁和主塔均采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式進(jìn)行施工。根據(jù)實(shí)橋施工中可能存在的施工誤差選擇了主梁彈模，橋塔彈模2 個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。依托工程主梁混凝土采用C50 混凝土，橋塔混凝土采用C45 混凝土，因此主梁混凝土和橋塔混凝土的彈模取值范圍分別為28400~42 600MPa 和29 325MPa~39 675MPa。

圖4 跨中撓度

圖5 結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)基頻

表1 待分析參數(shù)點(diǎn)

將2 個(gè)待分析參數(shù)的幅值范圍進(jìn)行分割，得到的不同參數(shù)點(diǎn)分別帶入有限元模型進(jìn)行分析（表1），并以主梁在恒載作用下的跨中撓度以及主梁第一階豎向振動(dòng)的頻率（基頻）兩個(gè)涵蓋了依托橋梁靜、動(dòng)力性能的指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，最終得到的結(jié)果如圖4、5 所示。

由圖4 圖5 可得：主梁混凝土彈模以及主塔混凝土彈模對(duì)依托橋梁的跨中撓度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中主梁混凝土彈模的參數(shù)敏感性要大于主塔混凝土彈模的參數(shù)敏感性，且呈現(xiàn)出了非線性的相關(guān)關(guān)系。同樣，主梁混凝土彈模以及主塔混凝土彈模對(duì)依托橋梁的基頻均呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，主梁混凝土彈模的參數(shù)敏感性與主塔的混凝土彈模敏感性相當(dāng)。因此在實(shí)際混凝土橋梁工程的施工過程中應(yīng)較為注重主梁混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作。對(duì)于混凝土連續(xù)梁橋來(lái)說(shuō)，也應(yīng)對(duì)主塔混凝土施工后的養(yǎng)護(hù)工作給與足夠的重視，其對(duì)于結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力性能也具有一定的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 主梁混凝土彈模和主塔混凝土彈模均與橋梁的跨中撓度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與基頻呈正相關(guān)關(guān)系；

（2） 對(duì)于混凝土斜拉橋，主梁仍為主要承重構(gòu)件，其混凝土彈模對(duì)橋梁跨中撓度的敏感性均要高于橋塔混凝土彈模，對(duì)于結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)基頻的敏感性則相差不大。