大跨長聯連續梁橋施工控制參數敏感性分析

李勇

摘 要：本文以茨維新河特大橋為工程背景，研究了大跨長聯連續梁橋施工過程中影響橋梁施工的各影響因素，并進行參數分析得出結論，為以后的類似工程實例提供參考。

關鍵詞：大跨長聯；連續梁；橋梁施工；敏感性；參數分析

中圖分類號：U448.21 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0047-03

大跨長聯連續梁橋以結構變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀等特點，這幾年在國內逐漸得到廣泛應用。但同時這種結構也存在施工工序復雜，施工控制難度大等問題。因此很有必要針對這種大跨長聯連續梁橋施工過程中的參數敏感性分析，以期找出施工過程中對結構狀態影響較大的設計參數，以便我們更好的完善設計和施工工作。

橋梁施工控制的主要目的是使施工實際狀態最大限度地與理論設計狀態相吻合。要實現這個目標，就必須全面了解可能使施工狀態偏離理論設計的所有因素，以便對施工過程實施有效的控制。施工控制受到諸多因素的影響，主要有：結構參數、施工方法、溫度變化、混凝土收縮徐變等。本章主要討論結構參數對成橋狀態下主梁撓度和應力的敏感性。結構參數主要包括：結構構件的尺寸、材料容重、材料彈性模量、預應力參數。

1 工程背景

本文以安徽省濟南至祁門高速公路利辛至淮南段工程中茨維新河特大橋為工程背景，主橋上部采用大跨長聯的變截面連續剛構和連續梁組合體系現澆箱梁，主橋跨徑組合為45m+80m+4×85m+80m+45m，如圖1所示。主橋下部連續主墩采用圓端型實體墩、承臺接群樁基礎，剛構主墩采用雙肢薄壁墩、承臺接群樁基礎，過渡墩采用蓋梁接雙柱式墩、系梁接樁基礎；引橋上部采用裝配式組合箱梁，先簡支后連續，下部構造橋墩采用柱式墩，橋臺采用肋式臺，基礎均采用樁基礎。

2 各主要參數計算和分析

選取混凝土容重、彈性模量和預應力誤差參數，將成橋狀態下主梁撓度和應力作為控制目標，分析各參數對結構的影響。由于該橋共計8跨，為對稱結構，以16#墩為中心為對稱軸選取1/2橋跨進行分析。本節約定撓度向上為正，向下為負；應力以壓為正，以拉為負。

2.1 混凝土容重敏感性分析

橋梁本身的自重對結構施工的線形和應力有著不容忽視的影響。懸臂箱梁在施工過程中，由于箱梁下部沒有豎向支撐，箱梁本身的自重以及其上的施工荷載將對懸臂結構產生很大的彎曲變形和彎曲應力。

由于施工中掛籃模板發生脹模現象以及頂板厚度控制不準等問題，易使主梁存在尺寸誤差。另外，混凝土容重也有一定的離散性，這些因素都會造成主梁自重的誤差。施工過程中對主梁自重的誤差主要有：主梁成型后尺寸與設計的尺寸之間的誤差、施工過程中混凝土實際容重與理論值之間的誤差、考慮普通鋼筋后的自重和設計理論值之間的誤差。

本橋設計中混凝土容重γ取值為26kN/m3，現假設該橋所有梁段的混凝土都變化10%，進行敏感性分析，計算成橋狀態下撓度和應力變化值。

由圖2可知，當混凝土容重增大10%時，成橋時向下的撓度變大，撓度差最大變化量為7.0mm，即結構主梁的撓度最大增幅為17.7%；當混凝土容重減小10%時，成橋時向下的撓度變小，撓度差變化量為6.9mm，即結構主梁的撓度最大降幅為17.4%。

由圖3及圖4可知，當混凝土容重增大10%時，成橋時主梁墩頂處上緣拉應力最大增加0.1MPa，主梁下緣壓應力最大增加1.0MPa，增幅分別為0.7%和13.2%；當混凝土容重減小10%時，上緣壓應力最大增加1.0MPa，下緣壓應力最大減小1.0MPa，變化幅度分別為11.7%和13.2%。

由此可以看出，結構混凝土容重的誤差對主梁撓度和應力的影響顯著，施工監控中應加強結構尺寸和混凝土方量的控制，使其符合設計要求。

2.2 混凝土彈性模量的敏感性分析

材料的彈性模量具有離散性，彈性模量的實際值與設計值往往有一定偏差。結構剛度主要與構件的截面特征值、支承的彈性條件和材料的彈性模量有關。為了分析方便，僅考慮彈性模量誤差對結構的撓度和應力的影響，主梁截面面積和慣性矩的誤差影響與彈性模量類似。

本橋主梁混凝土為C50，彈性模量E規范取值為3.45×104MPa，假設本橋主梁混凝土彈性模量E變化10%，進行敏感性分析，計算成橋狀態下撓度和應力變化值。

由圖5可知，當混凝土彈性模量增大10%時，撓度差最大變化量為8.2mm，即結構主梁的撓度最大增幅為9.1%；當混凝土彈性模量減小10%時，撓度差變化量為10.0mm，即結構主梁的撓度最大降幅為11.1%。

由圖6及圖7可知，混凝土彈性模量增大、減小對主梁截面應力影響很小，最大差值0.2MPa，幅度不足1%。

由此可以看出，混凝土彈性模量的誤差對主梁撓度影響明顯，對主梁應力的影響較小，施工監控中應注意彈性模量對預拋高的影響。

2.3 預應力誤差的敏感性分析

預應力鋼束是預應力混凝土橋梁中承受彎矩的主要構件。預應力誤差主要有兩種誤差，一是施加預應力時存在的初始控制應力誤差；二是預應力損失計算的誤差，包括預應力管道的摩擦系數μ、預應力管道的偏差系數k。

本橋初始張拉控制應力σcon為1395MPa，預應力管道摩擦系數μ為0.17，偏差系數k為0.0015。分別將上述參數增減10%，進行敏感性分析，計算成橋狀態下撓度和應力變化值。

2.3.1 張拉控制應力σcon敏感性分析

由圖8可知，初始張拉控制應力的誤差對撓度的影響很顯著，最大差值達到11.0mm，幅度為30.0%。

由圖9及圖10可知，初始張拉控制應力的誤差對應力的影響也很顯著，最大差值為2.1MPa，幅度為19.6%。

由此可以看出，初始張拉應力的誤差對主梁撓度和應力的影響明顯，這種誤差完全是可以避免的。因此在施工中應消除人為因素和外界因素引起初始張拉應力的誤差，預應力張拉油表應進行標定，預應力張拉值進行“雙控”控制。

2.3.2 預應力管道摩擦系數μ敏感性分析

由圖11可知，預應力管道摩擦系數的誤差對撓度的影響很小，最大差值為0.6mm，幅度僅為1.4%。

由圖12及圖13可知，預應力管道摩擦系數的誤差對應力的影響也不明顯，最大差值僅為0.1MPa，幅度不足1.0%。

由此可以看出，預應力管道摩擦系數的誤差對主梁撓度和應力的影響不明顯。但并不是說可以忽視預應力管道摩擦系數，必要時可以通過現場摩阻試驗來確定實際管道摩擦系數來修正模型，從而更好的指導施工監控控制。

2.3.3 預應力管道偏差系數k敏感性分析

由圖14可知，預應力管道偏差系數的誤差對撓度的影響很小，最大差值為0.3mm，幅度不足1.0%。

由圖15及圖16可知，預應力管道偏差系數的誤差對應力的影響也不明顯，最大差值僅為0.1MPa，幅度不足1.0%。

由此可以看出，預應力管道偏差系數的誤差對主梁撓度和應力的影響不明顯。同樣的并不是說可以忽視預應力管道偏差系數。施工中應加強定位鋼筋的布置，使波紋管平順，必要時可以通過現場摩阻試驗來確定實際管道偏差系數來修正模型，從而更好的指導施工監控控制。

2.4 參數對比分析

根據以上參數敏感性分析，各參數對結構撓度和應力的影響程度匯總、對比如下表1所示，表中撓度和應力變化量為參數引起的最大變化值。

由表1可知，初始張拉控制應力σcon對結構的撓度和應力影響最大，但是該誤差可以人為消除或減小。其次是混凝土的彈性模量和容重誤差對主梁撓度和應力影響較大，實際監控中可以通過現場測試來確定實際值，并與理論值相比較來修正模型，為后續施工提供提供科學的指導。預應力管道摩阻系數和偏差系數對主梁撓度和應力影響最小。

3 小結

本文介紹了茨維新河特大橋結構參數的敏感性對本橋成橋時撓度和應力的影響，分析表明初始張拉控制應力對結構的撓度和應力影響最大；其次是混凝土的彈性模量和容重誤差對主梁撓度和應力影響較大；預應力管道摩阻系數和偏差系數影響最小。

對于初始張拉應力的誤差可以通過人為的控制來避免或減小影響；彈性模量和容重的誤差可以通過現場的控制和試驗，來確定實際值，并與理論值比較來修正模型，為后續施工階段提供科學的指導；預應力管道摩阻系數和偏差系數，必要時可以通過現在做摩阻試驗來確定實際值，同時施工過程中應保證波紋管道定位準確、預埋平順過渡。

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