劉經(jīng)偉

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)尤其是2010年以來(lái)，連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋由于跨徑大、結(jié)構(gòu)良好的特點(diǎn)在高速公路、鐵路中得到了較為廣泛地應(yīng)用，尤其是在西北、西南山區(qū)。自然環(huán)境、氣候的長(zhǎng)期作用，重車、超重超限車輛持續(xù)增加和人為事故的影響，相當(dāng)數(shù)量的連續(xù)梁橋出現(xiàn)了不同程度的病害，對(duì)于連續(xù)梁橋的運(yùn)營(yíng)安全、耐久性和服役能力造成了較大的影響。為了成橋后橋梁結(jié)構(gòu)的線形、合龍精度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證懸臂施工的安全，需要對(duì)連續(xù)梁橋的懸臂施工過(guò)程進(jìn)行施工監(jiān)控。施工監(jiān)控是隨著大跨徑橋梁的發(fā)展而逐步發(fā)展推廣起來(lái)的，已經(jīng)成為當(dāng)前橋梁尤其是連續(xù)梁橋建設(shè)中不可或缺的一部分。鑒于影響連續(xù)梁橋施工過(guò)程和成橋后線形和受力狀況的系統(tǒng)參數(shù)較多，本文主要介紹連續(xù)梁橋系統(tǒng)參數(shù)的位移敏感性，并結(jié)合實(shí)例分析混凝土容重和施工工藝對(duì)于連續(xù)梁橋的位移敏感性的影響，研究結(jié)果對(duì)于未來(lái)類似橋梁的施工監(jiān)控和后期維護(hù)提供了一定的理論和工程經(jīng)驗(yàn)。

1 連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)橋梁進(jìn)行建模計(jì)算分析，確定橋梁結(jié)構(gòu)在分塊澆筑過(guò)程以及成橋后的線形和受力情況，保障計(jì)算滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。鑒于連續(xù)梁橋的施工過(guò)程較為復(fù)雜，施工中如澆筑塊自重、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、預(yù)應(yīng)力和相對(duì)濕度以及外界環(huán)境因素對(duì)于連續(xù)梁橋的變形和內(nèi)力有較大的影響，施工過(guò)程中需要給予重視，避免橋梁施工過(guò)程中或者成橋后受力情況和結(jié)構(gòu)變形與理論計(jì)算差別太大，從而導(dǎo)致成橋后的線形和受力狀況不滿足設(shè)計(jì)要求和服役要求。對(duì)于施工監(jiān)控過(guò)程，需要在施工的每一個(gè)過(guò)程，通過(guò)理論計(jì)算得到結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到實(shí)際值。如果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值差別較大，應(yīng)及時(shí)查找原因，在未處理之前不得進(jìn)一步施工作業(yè)，保證橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程和成橋后的線形和受力情況處于安全范圍之內(nèi)。

2 敏感性分析

對(duì)于連續(xù)梁橋的線形和受力狀況，不同參數(shù)的影響程度，尤其是同一個(gè)參數(shù)對(duì)于不同的橋梁結(jié)構(gòu)的影響程度也是不同的，因此對(duì)于連續(xù)梁橋的系統(tǒng)參數(shù)需要進(jìn)行敏感性分析，即狀態(tài)參數(shù)發(fā)生一定程度的變化后，研究對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵控制截面的位移（內(nèi)力）的變化幅度。對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)敏感性分析，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響的系統(tǒng)參數(shù)的不同，將影響參數(shù)分為主要狀態(tài)參數(shù)和次要狀態(tài)參數(shù)，即主要狀態(tài)參數(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響較為顯著，而次要狀態(tài)參數(shù)的影響相對(duì)較弱，從而對(duì)施工監(jiān)控過(guò)程和成橋后線形控制進(jìn)行參數(shù)的針對(duì)性處理，確保結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中和成橋后均能滿足服役要求和相關(guān)規(guī)范。

2.1 分析步驟

本文主要介紹連續(xù)梁橋系統(tǒng)參數(shù)的位移敏感性。關(guān)于位移敏感性的分析步驟如下：

（1）調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，控制變化幅度在5%以內(nèi)；

（2）確定關(guān)鍵截面和控制目標(biāo)，建立不同參數(shù)與控制目標(biāo)的關(guān)系式；

（3）根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)關(guān)鍵截面和控制目標(biāo)的影響程度不同，區(qū)分主要狀態(tài)目標(biāo)和次要狀態(tài)目標(biāo)；

（4）根據(jù)以上步驟，列出以下具體過(guò)程：

取任一狀態(tài)參數(shù)x，控制目標(biāo)位y，可得關(guān)鍵截面的撓度或者應(yīng)力等，則y=f( )x，給予x一個(gè)微變量Δx（參數(shù)基準(zhǔn)值5%以內(nèi)），可以得到以下關(guān)系式：

上式中，x0為參數(shù)基準(zhǔn)值。

對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)敏感性分析的目標(biāo)值，則可以選擇下式表示：

從（3）式可知，β值越大，參數(shù)對(duì)于控制目標(biāo)的影響越大，即控制目標(biāo)對(duì)于該參數(shù)變化越敏感。

2.2 控制指標(biāo)

選擇橋梁線形作為主要控制目標(biāo)，進(jìn)行混凝土容重和施工控制參數(shù)的位移敏感性分析。選擇單梁在最大懸臂狀態(tài)下的累計(jì)撓度差值的絕對(duì)值相加，取絕對(duì)值之和作為控制目標(biāo)β1，具體如下式所示：

式中：

n——單梁段數(shù)；

d——累計(jì)撓度，其中di0為參數(shù)取基準(zhǔn)值時(shí)的撓度，di1為參數(shù)調(diào)整一定程度后的累計(jì)撓度。

對(duì)于關(guān)鍵截面的控制目標(biāo)值，當(dāng)前主要存在撓度和應(yīng)力兩種情況，由于其性質(zhì)、大小和單位均有一定程度的差別，因此對(duì)于參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析時(shí)，需要對(duì)于關(guān)鍵截面的控制目標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理，關(guān)鍵表達(dá)式如下式所示：

對(duì)于歸一化取值，本文選擇取值不小于0.3的參數(shù)為主要狀態(tài)參數(shù)。

3 工程背景

3.1 工程概況

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用116m+220m+116m 三跨連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，雙幅布置；墩身采用雙肢等截面布置，樁基采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，D=2.50m，總體布置如圖1所示。

圖1 某橋梁總體布置（單位：m）

3.2 有限元模型

采用MIDAS Civil有限元軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)模型，按照連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂澆筑施工順序進(jìn)行分段處理，橋墩和主梁均采用梁?jiǎn)卧幚?，墩身固結(jié)處理，計(jì)算時(shí)考慮時(shí)間依存效應(yīng)[1-5]。模型澆筑段劃分如圖2所示。

圖2 某橋梁施工節(jié)段劃分（單位：m）

根據(jù)圖2可知，0#段長(zhǎng)度為18.0m，橋墩施工完畢后，托架澆筑施工，每個(gè)懸臂現(xiàn)澆“T”梁順橋向分為28節(jié)段，懸臂節(jié)段最大重量2750kN，掛籃自重為1200kN。合龍順序?yàn)橄冗吙绾笾锌纭?/p>

關(guān)于一期恒載，按照橋梁實(shí)際構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算；二期恒載選擇為65kN∕m。公路-Ⅰ級(jí)荷載，計(jì)算考慮偏向荷載、沖擊和車道折減系數(shù)的影響。

4 混凝土容重/施工控制參數(shù)敏感性分析

4.1 參數(shù)選取

結(jié)合連續(xù)梁橋的特點(diǎn)，混凝土彈性模量E、混凝土容重ρ、張拉齡期t、張拉控制應(yīng)力σcon、管道摩阻系數(shù)μ、管道偏差系數(shù)k、預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛率ξ、錨具回縮量ΔL、環(huán)境相對(duì)溫度RH、徐變系數(shù)修正系數(shù)Cx、收縮系數(shù)修正系數(shù)Cs、混凝土熱膨脹系數(shù)α和施工過(guò)程均會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的線形和受力情況造成影響，本文就混凝土容重和施工過(guò)程的位移敏感性進(jìn)行分析。

4.2 容重均勻變化

對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋的自重誤差，當(dāng)前主要來(lái)源于混凝土容重、梁段成型誤差[6-7]。對(duì)于當(dāng)前混凝土設(shè)計(jì)采用的高等級(jí)混凝土而言，鑒于其密實(shí)度較高，多數(shù)混凝土的容重相比規(guī)范值大，對(duì)于某橋梁混凝土容重設(shè)計(jì)值γ=27.3kN∕m3，混凝土容重分別選擇0.9γ、1.0γ和1.1γ時(shí)，單T主梁在最大懸臂狀態(tài)下的應(yīng)力值如表1所示。

表1 懸臂施工混凝土不同容重時(shí)主梁應(yīng)力

從表1可知，在容重變化量為10%時(shí)，主梁控制截面下部的應(yīng)力發(fā)生變化，幅度在1.5MPa左右。在容重發(fā)生變化時(shí)，主梁控制截面撓度變化對(duì)比如圖3所示。

圖3 容重取不同值時(shí)的主梁撓度

從圖3可知，在容重變化幅度為10%時(shí)，主梁控制截面的撓度最大變化量為20mm。

在實(shí)際施工過(guò)程中，混凝土容重在施工中與設(shè)計(jì)規(guī)范往往有較大偏差。容重的增加會(huì)使得梁體控制截面撓度增大，同時(shí)施工過(guò)程中的模板剛度不足或者結(jié)構(gòu)尺寸誤差都會(huì)使主梁撓度增大，因此在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格控制施工工藝，避免容重增加造成主梁撓度偏差超過(guò)規(guī)范誤差范圍。

4.3 T構(gòu)兩側(cè)主梁自重不平衡

由于連續(xù)剛構(gòu)橋以橋墩為對(duì)稱中心，單T兩側(cè)梁段進(jìn)行懸臂澆筑，由于容重或者尺寸不一致，會(huì)導(dǎo)致T梁梁段質(zhì)量不對(duì)稱，本文以主梁一側(cè)取混凝土容重1.05γ、1.1γ，另一側(cè)混凝土容重選擇1.0γ，計(jì)算可以得到最大懸臂下的主梁控制截面撓度和應(yīng)力，如圖4和表2所示。

表2 T構(gòu)兩側(cè)容重不平衡時(shí)主梁關(guān)鍵截面內(nèi)力

圖4 T端對(duì)稱不平衡時(shí)超重側(cè)主梁撓度

從圖4和表2可知，單側(cè)混凝土的容重增加10%，主梁控制截面、墩頂和墩底截面應(yīng)力變化最大值為1.5MPa，撓度的最大變化值為50mm。

4.4 施工進(jìn)度不一致時(shí)的應(yīng)力和撓度

鑒于連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過(guò)程中存在較大的不可控性，因此T構(gòu)對(duì)稱兩面施工進(jìn)度不一致是不可避免的，因此本工程考慮澆筑超前5.0m3、10.0m3，計(jì)算得到主梁在最大懸臂狀態(tài)下的應(yīng)力和撓度如表3所示。

從表3可知，當(dāng)T構(gòu)單梁?jiǎn)蝹?cè)混凝土澆筑超前10.0m3時(shí)，主梁應(yīng)力增加幅度為0.2MPa左右，主梁懸臂端撓度變化幅度在16.0mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

在連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過(guò)程中，參數(shù)敏感性分析和控制指標(biāo)是工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，以實(shí)際工程為例，對(duì)位移和應(yīng)力敏感性進(jìn)行分析，主要得到以下結(jié)論：

（1）在容重變化幅度為10%時(shí)，主梁控制截面的撓度最大變化量為20mm；

（2）當(dāng)T構(gòu)單梁?jiǎn)蝹?cè)混凝土澆筑超前10.0m3時(shí)，主梁應(yīng)力增加幅度為0.2MPa左右，主梁懸臂端撓度變化幅度在16.0mm。