連續剛構橋預拱度設計方法研究

安坤

（錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州 121000）

連續剛構橋預拱度設計方法研究

安坤

（錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州 121000）

連續剛構橋線形控制主要通過合理設置預拱度來實現，通過系統分析影響連續剛構橋預拱度設置的多種因素，根據結構的變形和時間的不同，將預拱度分為施工預拱度和成橋預拱度，根據連續剛構橋結構的變形規律，提出了施工預拱度各種影響因素的計算原理。

連續剛構橋 預拱度 成橋預拱度 余弦曲線分配法

很多大跨度連續剛構橋在通車運行過程中出現跨中的下撓過大及橋面線形成波浪曲線變化等問題。主要的原因是預拱度設置不合理，所以有必要對連續剛構橋的預拱度設置進行認真深入的研究。

1 影響預拱度的主要因素

連續剛構橋的預拱度可分為施工預拱度和成橋預拱度。設置施工預拱度主要是為消除施工過程中各種何在對線形的影響。成橋預拱度主要是為消除后期運營過程中的收縮徐變、后期預應力的損失、活載變形等而設置。

大跨度連續剛構橋在大多數情況下的施工方法，基本上都是采用掛籃懸臂施工法。預拱度設置時，考慮的主要影響因素如表1所示。

表1 連續剛構橋施工預拱度的主要影響因素

圖1 成橋預拱度的分配曲線

2 設置施工預拱度的原理和計算方法

2.1 結構的自重作用、預應力作用下的預拱度設置

結構自重的計入方法是本節段塊件生成后和以后各階段撓度的累計值，特點是先澆段完成本身自重變形，不再對后澆段起到影響：預應力作用的計入方法是本次澆筑梁段及后澆筑梁段縱向預應力張拉后對該點撓度的影響值，特點是需要計入后張拉應力對已生成節段產生的影響。因此結構節段i在自重的作用下預拱度數值∑f1i為：

∑f1i=fi1+f1

i+1+f1i+2+…+f1

n（上標1表示結構的自重影響）節段i在預應力作用下預拱度值∑f2i為：∑f2i=fi2+f2

i+1+f2i+2+…+f2

n（上標2表示預應力作用影響）

2.2 體系轉換、二期恒載的預拱度設置

施工過程中的體系轉換，大多采用壓重或頂推的方法。壓重時，與結構等量的配重隨著梁部結構的合攏而同步拆除，施工預拱度值要剔除其所產生的影響，但是為了保證合攏段兩端的標高的一致，附加配重一定要等到合攏段混凝土達到規定放人強度后才卸載。

結構加載二期恒載后經過計算所產生的撓度值，按反向計入預拱度設置值中便可。

2.3 前期收縮和徐變的影響

施工階段預應力混凝土受彎構件所產生的變形，可以按構件的自重和預加力產生的初始彈性變形乘以［1+（t，t0）］求得。前期徐變主要是施工階段的徐變，所以，前期徐變可根據規范規定計算，收縮的影響也按規范執行。

2.4 溫度影響

連續剛構橋一般采用分 段施工，橋梁結構計算模型中的荷載，含有溫度荷載。通過對施工各階段的敏感性分析，計算得到隨日照溫差變化的變形曲線后，對其進行插值計算，進而對結構的變形進行調整。

2.5 施工荷載的影響

施工荷載主要包括掛籃自重、人員設備等荷載，屬于臨時荷載。可以采用調整立模標高的方法來抵消因臨時荷載引起的墩身變形，掛籃自重發生的彈性變形，以及偏載引起的轉角影響等。

3 成橋預拱度的設置原理和計算方法

3.1 經驗曲線分配法

目前，徐變對混凝土橋梁結構的影響程度，還沒有得到一個較可靠，較廣泛認可的結論。在橋梁通車運營過程中，徐變撓度與運行中產生的幾何非線性變形耦合效應顯著。現在成橋預拱度設置的計算方法，大多根據理論計算值和經驗值求出跨中撓度后，按某種曲線對全跨進行分配。

根據實踐經驗，跨中最大預拱度一般取L/1500～L/1000左右，目前成橋預拱度的曲線分配方式普遍采用二次拋物線曲線，但采用二次拋物線曲線存在如下問題：

（1）采用二次拋物線曲線作為成橋曲線，曲線的線形不順暢、不協調。如圖1所示，二次拋物線曲線，在各橋墩頂點處出現尖點，導致行車不平順。

（2）采用二次拋物線曲線與徐變計算方法的結論不相符合。計算徐變的基本方法為建立在線形徐變理論基礎上的徐變系數法，即應力水平不是很高時，徐變應變應與應力成正比，由于初始的彈性應變在此范圍內與應力成正比，因此，徐變應變與彈性應變存在的比例關系。

建立數學模型通過有限元計算，中跨L/4處所產生的彈性變形約為跨中所產生變形值的1/2：所以，徐變的變形變化值應符合類似的規律。二次拋物線曲線分配預拱度時，跨中的預拱度值與L/4處的預拱度值，它們的比值為3/4，與簡支梁橋的計算結果相近，但與連續剛構橋理論計算值相比較，相差較大。

根據上述分析，按余弦曲線分配預拱度的方法較合理，原因為：

首先，余弦曲線在各橋墩墩頂的兩曲線連接處、最大預拱度處的切線斜率均為零，滿足成橋曲線平順的要求。

其次，余弦曲線在梁的L/4處與梁體預拱度最大值處的比值為0.5，與有限元計算結果非常相近。如圖1所示坐標系中，中跨成橋預拱度余弦曲線方程為：

y=（1-cos）

式中：L為中跨跨徑：fcz為中跨跨中成橋預拱度

邊跨成橋預拱度的設置：通過對使用理論算法進行計算得到的結果進行分析，我們可以得到邊跨撓度的最大值為中跨撓度的1/4，位置為3L/8處。大跨度連續剛構橋，中跨長度與邊跨長度的比值一般在0.52～0.60之間。橋梁在后期運營中，橋墩墩頂會向中跨產生位移。由變形協調可知，轉角位移使跨中撓度向下，邊跨撓度向上。所以，邊跨成橋預拱度設置較小。邊跨可按理論計算的方法，如圖1所示，在邊跨3L/8處設置大小為fcz/4左右的預拱度，分配方式采用余弦曲線變化。

3.2 公式算法

安坤（1981—），男，漢族，遼寧錦州人，職稱是中級工程師，研究方向：橋梁工程設計。