收縮徐變對獨塔混凝土斜拉橋的影響

賈光

摘要：為研究收縮徐變對獨塔混凝土斜拉橋的影響，尤其是橋面線形的變化及斜拉橋索力的減少量，以霍林郭勒市二號橋為背景，采用MIDAS Cvil有限元軟件建立該橋空間計算模型，進行考慮收縮徐變的成橋階段的模擬計算，計算得出成橋三年后的橋面線形和索力值。并且在成橋3年后對大橋進行了全面檢測，根據檢測后的數據與理論計算數據的對比，評估大橋結構受力是否合理，是否需要進行調索施工，同時也為后續類似橋梁提供相應參考。

關鍵詞：斜拉橋；收縮徐變；橋面線形；索力；有限元法；評估

1 引 言

在城市橋梁建設中，獨塔斜拉橋外型線條簡單而又富有變化，顯得新穎和具有緊張感，近些年被大量采用。收縮和徐變是混凝土結構的固有特性。收縮是指混凝土在空氣中凝結硬化時的體積收縮，與其所受荷載無關。影響收縮的主要因素包含混凝土內部組成跟外部環境。徐變是指混凝土結構在承受長期荷載作用時，應變或變形隨時間增長而增加的現象。影響徐變的主要因素包含長期作用應力的大小，混凝土受荷齡期，構件的體積與表面積比，外部環境等。由于影響混凝土收縮徐變的因素眾多，國內外常用的混凝土收縮許變的預測模型有ACI模型，CEB-FIP模型，B3模型，GL2000模型等等。本橋在計算過程中，采用了JTG62-2004提供的計算方法進行計算，并將其與現場實測數據進行了對比，計算結果與實際情況較為吻合，達到了良好的效果。

2 工程背景

霍林郭勒市二號橋為兩跨單塔雙索面斜拉橋，跨徑為100+100=200m，采用塔梁墩固結的結構體系。橋梁縱坡為2.5%，豎曲線半徑為4000m，橋梁寬度為36m，在橋塔處變寬為40.1m。主梁采用預應力鋼筋單箱五室箱形截面，箱梁梁高2.5m，全橋共設置32道橫梁。主塔外形為A形塔柱，采用普通鋼筋混凝土結構，為箱形截面，塔柱寬5.0m，厚2.5m。全橋共有拉索14×4=56根，拉索規格共四種。拉索在主梁上的錨固點橫橋向間距為31.0m，順橋向間距為6.0m。具體如圖1所示。

3 有限元計算分析

本橋的結構為A塔空間索面的斜拉橋，受力具有空間桿系結構受力特性，因此，整體結構分析采用空間模型進行。采用橋梁通用計算軟件Midas /Civil進行建模，模型中的單元包括主梁、索塔、斜拉索等，其中斜拉索采用桁架單元模擬，主梁及橋塔等其他構件均采用梁單元模擬。有限元分析軟件Midas中自帶的時間依存材料模塊（含現有規范JTG62-2004的計算方法）可以實現對混凝土收縮、徐變的計算，具體操作步驟一般分為兩步：一 .按照現有規范要求，定義收縮系數和徐變系數。二.將定義的材料收縮徐變模式賦予材料。

4 理論計算數值和實測對比

4.1理論計算結果

有限元計算表明，在成橋3年后二號橋的結構有如下變化趨勢：1.A型主塔在長期壓力作用下，徐變效應明顯，其中塔頂與成橋狀態比較，豎向向下會有7mm的變形量。2.由于主塔豎向向下發生了變形，造成全橋索力全部變小，具體規律是距離主塔越遠，索力減少的越多。3.由于索力的減少，主梁發生了向下的變形，其中最大處在每跨跨中附近，變形值為1.5cm。

4.2現場實測

大橋建成時，為保證給以后運營提供準確的原始數據，設置了永久觀測段。觀測點位于人行道內墻上，保證測點牢固可靠，測點選用直徑16mm的銅棒制作，銅棒頂部加工成半圓形，并使銅棒頂部超出內墻頂面3cm。現場測量中，可以直接測量大橋主梁的線形情況。

對于斜拉橋的索力測量，目前比較通用的方法是采用頻率法。根據拉索振動頻率換算索力。由于大橋已經通車三年，斜拉索主梁索管處已安裝防雨罩和減震器，所以在對索長進行修正時，并沒有從主梁錨固點算起，而是選擇了減震器處作為拉索的錨固點，并對減震器到防雨罩之間的距離進行了折減，以此長度進行計算。

4.3數據對比

橋面線形檢測采用全站儀按二等工程水準測量要求進行測試，以橋塔中心為基準點測得的標高為相對標高，測量每6m布置額1個測量斷面，每斷面橫向在人行道內側邊各布置1個測點，理論值與實測值的比較如圖2.1～圖2.2所示。

橋梁橋面實測線形較平順，基本與理論計算線形相吻合，無彎折、下撓現象。

圖2.1 北側標高理論值與實測值比較（單位：米） 圖2.2 南側標高理論值與實測值比較（單位：米）

對霍林郭勒市二號橋的拉索進行編號，從塔根處向引道側依次編號為L1～L14。通過索力測試系統測得的拉索振動固有頻率估算斜拉索索力，與理論計算（在結構計算模型中，考慮混凝土收縮徐變的影響，按照成橋后3年計算）相比較，索力偏差值最大為6.24%，并且除個別短索外均小于按照計城A級荷載作用下理論計算索力。由于短索測量誤差影響較大和對結構影響較小，對于橋梁整體來看，實測索力比較均勻，結構受力合理。

5 結 語

1.從理論計算數值和實測值比較可以發現，規范JTG62-2004中關于混凝土收縮徐變的計算是準確的，現場實際情況與理論計算較為吻合。

2.對于獨塔混凝土斜拉橋，成橋后收縮徐變的影響較大。因此在設計中，不僅主梁要設置預拱度，保證結構變形后設計線形的準確。同時還要進行成橋后包含收縮許變效應的組合驗算，保證大橋結構的運營安全。

3.鑒于影響混凝土的收縮徐變效應的因素眾多，要準確的計算其產生的效應難度較大。本橋吻合的情況良好，建議后期應定期對主梁的標高和斜拉索索力進行測量，以便起到安全預警的作用。

參考文獻

[1] 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG62-2004）中華人民共和國交通部，2004

[2] 劉金秋.《斜拉橋施工過程中間索力的確定及其影響因素》（碩士學位論文），2004

[3] 丁文勝. 《混凝土收縮徐變預測模型的分析比較》，《橋梁建設》2004.6