對大跨度預應力混凝土橋梁結構的幾點研究

摘要:作為全預應力混凝土的大跨度連續箱梁，在施工階段或使用過程中，普遍出現各種不同性質不同類型的裂縫，所以橋梁結構設計時，參數的選取、施工狀況的確定和結構分析模型等諸多因素的影響，以及混凝土材料的非均勻性和不穩定性，大跨度預應力混凝土連續梁、T型剛構、連續剛構等梁橋施工過程中結構的實際狀態與設計狀態很難完全吻合。因此在橋梁施工過程中，必須對施工預拱度、主梁梁體內的應力等進行嚴格的施工控制。本文對橋梁結構的理論計算及其預應力混凝土橋梁的設計原理及方法進行了論述，以供同業參考。

關鍵詞:大跨度 公路橋梁 預應力混凝土 設計 測量

0 引言

目前橋梁施工控制的結構計算方法主要包括:正裝分析法、倒裝分析法和無應力狀態計算法。正裝計算法能較好地模擬橋梁結構的實際施工歷程，得到橋梁結構在各個施工階段的位移和受力狀態，同時，能較好地考慮結構的非線性問題和混凝土收縮、徐變等問題。對于大跨度預應力混凝土橋梁，首先必須進行正裝計算。施工預拱度應按照橋梁結構實際施工加載順序的逆過程來進行結構行為計算和予以確定。只有按照倒裝計算出的橋梁結構各階段中間狀態去指導施工，才能使橋梁的成橋狀態符合設計要求。一般而言，以正裝計算結果作為應力監測的依據，以倒裝計算結果作為預拱度控制的依據。

1 橋梁結構的理論計算

1.1 關于壓應力控制值問題 如均采用C50混凝土，達到設計強度的80%進行張拉，按三國規范容許壓應力比較見表1。

從表1 知，運營階段壓應力容許值中國規范偏低，趨于保守。而施工階段容許壓應力僅次于美國，兩者僅差4.76%，比英國大出31.25%。簽于中國施工水平的實際情況;另還有許多因素在設計中是很難精確計算的，若施工階段容許壓應力取值過高，確實存在著冒險的因素。建議σha=0.65Rba(荷載組合Ⅰ)，即為其兩國的平均值較好。在具體進行橋梁設計時，要求結構各截面的應力具有一定的安全儲備，對截面正應力，一般要求在不利荷載組合下，還應保持2.0～3.0MPa的壓應力儲備。

1.2 剪力滯效應 剪力滯效應在混凝土箱形梁設計中應該考慮，特別是簿壁箱形寬翼緣截面，不能忽視其剪力滯效應。剪力滯效應考慮過多，對鋼筋混凝土結構只不過多配筋，造成一些浪費;而對預應力混凝土結構，由于翼緣板上的法向應力不均勻，若按大值取值或按等間距等預應力，不按應力變化的要求設置預應力筋，都有可能造成混凝土開裂。對箱形截面的剪力滯效應問題，比較各國規范現階段箱形梁橋設計可參考德國規范DIN1075“關于共同作用寬度”的條文規定執行。

2 主梁線形測量

2.1 主梁撓度、軸線和主梁頂面高程的測量 在每一節段懸臂端梁頂設立2～4個標高觀測點和一個軸線點。測點用短鋼筋或鋼板預埋，并用紅色油漆標明編號。標高用水準儀進行測量，根據各節段施工次序，每一節段按三種工況對主梁撓度進行平行獨立測量，相互校核。軸線使用全站儀和鋼尺等進行測量，采用測小角法或視準法直接測量其前端偏位。視準時，將軸線后視點引至過渡墩，用遠點控制近距離點。在主梁頂面混凝土高程測量過程中，同一截面測2～4點，根據其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時，在不同工況下，由觀察得到的主梁撓度(反拱)變化值，與給定立模標高(含預拱度)立模的高程值，也可得到主梁頂面的高程值，兩者比較后，可檢驗施工質量。

2.2 主梁立模標高的測量 用精密水準儀測量立模標高，立模標高的測量應避開溫差較大的時段。施工單位立模到位，測量完畢后，監理單位對施工各節段的立模標高進行復測，監控單位不定期進行抽測。

2.3 同跨兩邊對稱截面相對高差的直接測量和多跨線形的通測 當兩邊施工節段相同時，對稱截面的相對高差可直接進行測量和分析比較。當施工節段不同時，對稱節段的相對高差不滿足可比性，此時，可選擇較慢的一邊最末端截面和較快的一邊已施工的對應截面作為相對高差的測量對象。在測量過程中，同一對稱截面可測多點，根據其橫坡取其平均值，可得到對稱截面的對應點的相對高差。除保證各跨線形在控制范圍內外，主梁全程線形應定期或不定期進行通測，確保全橋線形的協調性。

3 線形控制原理與技術

3.1 預拱度控制 主梁懸澆段的各節段立模標高可按下式確定

Hi=H0+fi+(-fi預)+f籃+fx(1)

式中:Hi為待澆筑段主梁底板前端底模標高;H0為該點設計標高;fi為本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值;fi預為本施工段頂板縱向預應力束張拉后對該點的影響值;f籃為掛籃彈性變形對該施工段的影響值;fx為由徐變、收縮、溫度、結構體系轉換、二期恒載、活載等影響值。上述各參數在有限元倒向分析基礎上，根據實測信息，對計算預拱度進行調整和預測，確定最佳預拱度。

3.2 預拱度 指令預拱度是主梁線形控制的主要參數，也是決定主跨和邊跨能否順利合攏，應力分布是否合理的關鍵。施工預拱度指令，一般由監測監控單位拿出方案，經設代組計算審核后，橋梁專業監理工程師簽字才能組織施工。施工預拱度指令除保證其合理性、科學性外，下達時間應保證施工的連續性和及時性。

4 主梁結構應變測量與應力分析

4.1 布點時間 在主梁鋼筋布置基本就緒、混凝土澆筑之前，在控制斷面預埋傳感元件，并做好相應的防護工作。對于預應力混凝土梁橋，主要是測試和控制橋梁結構縱向應力。因此，布點時，傳感元件沿縱向(橋的里程或樁號方向)布置，用鐵絲捆扎在主梁縱向鋼筋的上(下)緣。

4.2 傳感元件測試原理及其應變測量 混凝土應力測試傳感元件類型較多，目前通常使用鋼弦應變計，其測試效果較好。鋼弦傳感器應變與頻率間的關系通常是以標定表和折線圖的形式給出的，用二次曲線或三次曲線進行最小二乘擬合，便能得到較好數學表達式。

綜上所述，對大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測，至今仍有不少問題沒有更好的解求方法。在科學的方法沒有建立之前，經驗的積累十分重要。當前由于工程發展需要，正推動這項測試工作不斷開展，在這大好的時機中，只要堅持不斷地實踐，不斷地分析總結，不斷地試驗探索，必將使混凝土橋梁施工應力測試工作更快地走向完善。