大跨度橋梁在設計中的施工力學理論及分析

曹青+

【摘要】施工力學是工程力學的拓展，主要研究結構施工過程中結構的力學表現及其特點。本文對 大跨度橋梁施工力學理論及其應用進行了簡要分析，通過本文的研究探討，希望能為有關于大跨 度橋梁施工力學理論方面的研究提供一些參考和借鑒。

【關鍵詞】橋梁施工力學；大跨度橋梁；理論體系；力學分析

Theory and Analysis of Construction Mechanics for Large Span Bridges in Design

Cao Qing

（Shaanxi Yuantong Construction Planning & Design Co.， LtdXi'anShanxi710000）

【Abstract】The construction mechanics is the extension of engineering mechanics， mainly studies the mechanical performance and characteristics of the structure during the construction process. In this paper， the theory and application of large span bridge construction mechanics are briefly analyzed. Through the research of this paper， we hope to provide some reference and reference for the research on the mechanics theory of large span bridge construction.

【Key words】Bridge construction mechanics；Large span bridge；Theoretical system；Mechanics analysis

1. 引言

施工力學是力學學科與土木工程等工程學科 結合的產物，其成果將會對全國工程建設以及 21 世紀發展產生廣泛、深遠影響。它主要研究結構 在施工過程中的力學表現，以對施工過程正確地 進行結構分析。在科學技術和經濟不斷發展的今 天，回顧橋梁建設結構的歷史，從小跨度、形式 簡單的橋梁結構，到現在的大跨度、結構復雜的 新式橋梁，都體現了科技的不斷進步。伴隨著新 技術、新工藝、新材料的不斷發展，以及關于橋 梁方面作用荷載研究的不斷深入，人們更加關注 橋梁力學問題的研究。同時，這一系列的問題也 推動了我國橋梁力學的發展。同樣，橋梁力學的 研究成果也使得橋梁設計施工和橋梁管理水平有 了相應的提高。在技術不斷發展的過程中，橋梁 建設的發展與力學研究的發展同樣表現出了相輔 相成的態勢，二者互相促進，相互影響。當然， 一系列的橋梁倒塌事故等也告訴人們，理論要和 實際密切結合，切不可理論脫離實際。力學原理 在橋梁施工及施工監理的過程中同樣非常重要。

2. 大跨度橋梁施工力學主要問題及理論分析

2.1施工階段力學計算的不確定性。

施工階段力學問題不同于橋梁結構設計的力 學計算，它具有一定復雜性和不確定性，主要體 現在以下兩方面：（1）臨時支架力學計算，包括 基礎條件的不確定性、支架連接的不確定性、支 架荷載的不確定性；（2）施工狀態的力學計算， 包括材料特性的不確定性、結構體系的不確定性、 施工荷載的不確定性（橫向荷載及偶然荷載的影 響）、構造細節特性的不確定性。

2.2結構體系轉換。

大跨徑橋梁施工過程往往存在體系轉換問 題。預應力混凝土連續梁、連續剛構或析式組合 拱橋，除滿堂支架施工外，采用其他施工方法都 面臨著體系轉換這一共同問題，尤其是采用懸臂 澆筑或懸臂拼裝的多跨大跨度連續結構，都經歷 最初的靜定懸臂剛構狀態，然后分階段合龍為單跨（或多跨）的固端梁、伸臂梁或臨時連續剛構 等不同體系，最后才合龍為成橋狀態的連續梁、 連續剛構或析架拱等超靜定結構。 在體系轉換中，除了要計算因施工程序不同、 荷載不同而產生的不同施工內力外，還應計及各 項次內力，包括施工過程中由于張拉預應力筋引 起的次應力和由于溫度變化、混凝土徐變、收縮 等因素所產生的次內力。當按順序合龍橋梁形成 體系轉換時，在合龍梁段上要張拉連續預應力鋼 束，這些連續束的張拉是在超靜定體系上進行的， 勢必產生由預加力引起的次內力。多次體系轉換， 加上鋼束的預加力沿程分布的變化，計算相當復 雜，通常采用等效荷載法，將混凝土與鋼束分開 來考慮，最后求得預應力對結構的總效應（包括 初內力和次內力）。選擇體系轉換次序時，應該使 最終的連續梁（或剛構）體系的恒載內力分布合 理，同時還應盡可能地縮小各項次內力的不利影 響。在懸臂施工的連續梁中，各項次內力常使跨 中區段的正彎矩值有較大幅度的變化。

2.3由荷載組合分析結構內力和局部應力。

大跨度橋梁結構復雜，設計和施工高度相互 作用。如果兩種或兩種以上原因同時發生，則會 出現應力的疊加，其結果使得梁體的應力超過正 常使用極限狀態的混凝土應力限值，必須以恒載+ 活載+溫度驟降+基礎不均勻沉降為控制設計荷 載。 對大跨度橋梁構件細部也需要精確的應力分 析，連續梁橋在頂板配置有橫向預應力的情況下， 頂板和腹板交接處為控制設計斷而，預應力鋼筋 錨固端的兩側，危險截而要加以驗算。以避免局 部構造損傷而失效，使橋梁破壞。

2.4撓度計算的疊加算法以及力學關系分析。

橋梁的撓度計算也是對不同階段所產生的撓 度的疊加，其總值和一次性成橋所產生的撓度值 也是有差異的。不同的成橋方式其撓度規律截然 不同。施工階段，其累計撓度能夠更準確地體現 出橋梁建成以后最終的成橋線形。由此可知，橋梁的施工線形控制需要按照施工階段累積撓度為 依據進行。對于采取懸臂掛籃澆筑施工法，最容 易發生的是內力和撓度不相吻合，也就是內力等 效的計算方式下算出來的撓度與實際的撓度不一 樣，撓度不等效，在預計誤差范圍外。現階段， 對于大跨徑的橋梁線形控制，己逐步發展成為施 工控制過程中一項非常重要的任務。在橋梁施工 過程中必須要考慮其實際內力情況，而且要使得 撓度計算合乎要求。endprint

2.5有效預應力作用力學計算分析。

大跨度橋梁結構中，預應力的大小受到預加 力值和預應力筋的形狀兩個因素的影響。一般情 況下，預加力值包括對構件截而本身具有靜定的 作用，對一些多余的約束有超靜定的作用。在分 階段施工的橋梁建筑過程中，常用到的方法包括 外力作用法，等效荷載法以及組合截面法。現階 段，對于預應力效應計算方法的選取，都是在原 有的對于小型橋梁建設的基礎上進行的，而大跨 度的橋梁建設，預應力損失很大，其實際結果與 計算結果相差較大。

3. 大跨度橋梁分析的施工力學效應

研究表明，進行大跨度橋梁的施工力學分析 和竣工結構一次性力學分析的差異，即大跨度橋 梁的施工力學效應可分為下面三種情況：

（1）一是“時效”。若材料具有粘性或結構具有非 定常熱傳導或需要考慮結構質量的慣性，則這些 含有時間因素的問題將和幾何、物性、邊界的時 變發生藕聯，產生施工力學“時效”，即同一結構，不同施工過程，其最終力學狀態不同，當然施工 力學分析結果和結構一次性分析結果也有不同。

（2）二是“路效”。若材料具有非線性或考慮幾何 非線性，邊界非線性（接觸），則這些問題含有的 路徑因素將和幾何、物性、邊界時變發生藕聯， 產生施工力學“路效”，即同一結構，不同施工過 程，其最終力學狀態不同，當然施工力學分析結 果和結構一次性分析結果也不同。

（3）第三種情況，即不考慮以上諸因素，只是計 入幾何或物性或邊界時變，而材料是線彈性的， 則不存在“時效”、“路效”，施工力學的分析過程 只要不斷改變參數，進行多次常規分析（各次間 不再藕聯），其簡單組合形成施工過程力學狀態時 空分布，來作為設計參考。也就是同一結構，不 同施工過程，其最終力學狀態是一樣的，施工力 學分析只是增加施工過程不同階段的分析計算。

4. 結語

大跨度橋梁施工目前應用廣泛。對于大跨度 橋梁工程的質量把握，關系到人們的生命安全， 關系到社會的穩步發展。分析其具體的力學理論， 對于更好地進行大跨度橋梁施工建設有著十分重 要意義。本文從多個方而分析了大跨度橋梁施工 中的力學原理，并且給出了一些簡要的解決措施。 通過本文的研究，能夠對該方而的問題給予一些 指導。相信在不斷的發展過程中，關于該方而的 問題會處理得越來越好，關于大跨度橋梁施工質 量也會更加完善。endprint