大跨度預應力混凝土連續剛構橋撓度控制措施

李 仲

（中鐵十九局集團礦業投資有限公司，北京 100161）

0 引言

近幾年來，在我國橋梁的建設工程中采用較多的結構體系就是大跨度預應力混凝土連續剛構橋，這是因為本橋所特有的結構特點，主梁連續、墩梁固結，不但確保了連續梁無伸縮縫隙，行車平坦等，同時還保留了T形鋼構無支座、無需體系轉換的優點，為施工提供了便利，而且在抗彎剛度（順橋向）和抗扭曲度（橫橋向）方面，對大跨徑的受力需求均可滿足。這是由于連續剛構橋是一種具有生命力的橋梁構造體系，在大跨度預應力混凝土橋梁對橋型選擇時，連續剛構橋成為了首選的橋型。而該文章的背景工程選擇的是紫洞特大橋，然后運用Midas有限元軟件計算并分析影響大跨度連續剛構橋長期下撓的各種因素。

1 工程概述

連續鋼構橋，主跨長度270 m，通過長期實際觀測，發現橋梁下撓22 cm；和此座大橋具有相同體系結構的大橋，主跨245 m，同樣橋梁下撓嚴重，最大已經達到32 cm。出現橋梁撓度增加的現象目前在大跨度橋梁建設中已經屢見不鮮。橋梁下撓嚴重會導致出現行車不平順，給乘客帶來不舒服的感覺，更嚴重會增加高速行車的危險系數。

選擇這座主跨為270 m的大跨度預應力混凝土連續鋼構橋，跨徑為150 m+270 m+150 m，聯系鋼構橋的主梁采用的形式是變截面箱形，31 m設為橋梁的寬度，上面有一單獨橋的方案，下面同樣也有一個單獨橋方案，每個單橋的寬度為15 m，上面單獨橋的構造運用的施工方法是懸臂澆注法。相關文獻在對大跨度鋼構橋的撓度進行觀測時，通常是借助高程控制網以及導線加密控制建立鋼構橋的位移監測控制網進行的，同時還需要結合該座大跨度鋼構橋所在的季節、環境以及溫度的實時情況。如果在冬季監測鋼構橋的位移情況，冬季晝夜溫差小，溫度的變化對鋼構橋的影響不會太大，在對橋面的撓度進行檢測時，如果選擇的監測時間基本相同，溫差也不會很大，這在業內計算由溫度引起的橋梁變化是可以忽略的。

2 對長期撓度的方法進行分析

在營運的條件下，橋梁結構的應力相對較小，這符合混凝土線性徐變理論的要求，應力在分次施加時，出現應變符合疊加的原理。從3個方面討論實橋的徐變變形：①實橋主要構造的施工已完結，但二期恒載還沒有施工，剖析該時刻的間隙時間；②二期的恒載施工已完結，對通車的傳統長期徐變撓度測算尚未進行；③預測的長期撓度（準永久值）要考慮在內。最后需通過設計來剖析緣應力差（主橋上下）和結構徐變彼此之前的關系[1]。

3 分析計算

討論本橋的徐變變形與時間關系，同時施行三維有限元分析，所用的程序是ANSYS。二次開發需以該程序的特性來進行，在引入新規中的混凝土徐變方程式，混凝土的收縮和降溫法是等同的，可以此來思量；link8是預應力鋼筋的單位，在ANSYS中可有諸多方法思考預應力，此篇文章用的是初始應變法，可將混凝土和預應力筋順著橋梁的縱向分為諸多個單元，進而確保預應力鋼筋和混凝土是一起工作的，對力筋不一樣的應力可以用各單元不一樣的實常數來模仿，這可以對應力消耗的影響進行模擬，圖1為有限元模型。本橋的設計是以預應力為基礎的，因如今對徐變變形很注重，下面的計算結果只是徐變變形的結果，之后和實測的結果比對。

圖1 有限元計算模型

第一階段的主體結構已經合龍，二期恒載徐變變形還沒有施行表明：在一期恒載作用下，橋梁的徐變變形隨著時間的變化而呈現出了上撓的趨勢，這方便了后面的徐變變形，所以，若想降低后期的徐變變形，可盡可能地將二期恒載動工的時間延遲[2]。但現實中，工期一般較短，當混凝土的強度符合了工程的要求后就馬上進行二期恒載，假定40 d是二期恒載的動工時間。

3.1 第二階段的二期恒載施工完成后的徐變變形

整個橋體合龍后，有40 d的時間是二期恒載的動工時間，完工后，徐變撓度依據時間的計算結果得出，在一、二期的影響下，徐變變形呈現出下撓趨勢，時間越長，下撓值越大，徐變半終值需300 d，徐變穩定需1800 d。

3.2 運營階段考慮準永久值后的長期撓度預測

在新的要求中，長期效應組合涵蓋了諸多方面，準永久值就是其中的成員之一，在此之后可施行常規的應用極限設計，以下分析包含了對準永久值后的考慮。

根據40 d的二期恒載動工的時間，工程竣工后便可以通車，得出徐變變形在第三階段同樣是下撓的，時間越長，下撓值就越大，相對于第二階段來講，其計算值要大很多，和實測值相似。

4 理論分析

將3個階段在理論上得出的結果和實際得出結果比對發現：撓度值在第二階段的理論和實測相差甚遠，二者之間約相差40%，對準永久值影響考慮之后，撓度值在第三階段的理論和實測差值較小，在22%的范圍內。所以，對于推算橋梁長期徐變變形的方法，在第三階段是可取的[3]。

在第二階段，若預應力（梁體上下）的水平相似，后期的徐變撓度也不會很大；在第三階段，若預應力（梁體上下）的水平差距較大，后期的徐變撓度也隨之提升。將預應力（橋梁上下）的差值降低，對后期徐變變形可起到緩解作用，所以，設計時要將上下的緣應力的差值對之后撓度影響要考慮在內。

但在幾年之后，第三階段的撓度值預測的和實測的還有誤差，這是由于由鋼筋混凝土所構造的橋梁不但要接受恒載作用，同時還需接受循環荷載的作用，在加上大跨度預應力混凝土連續剛構橋個別區域的應力波動幅度較大，致使混凝土結構易有疲勞狀態出現，因此對大跨度預應力混凝土連續剛構橋長期性能的探討已經是重要的問題，所以要探討后期的疲勞性能，可對服役期間的橋梁狀態變化更加精準的評估。對8片預應力鋼筋混凝土橋梁的疲勞狀態經AMQZELLHE和E.ARDAMAN進行了試驗，證明：疲勞加載的前期，梁的變形不大，在疲勞加載后期，撓度提升，這對上面的理論分析的正確性做了證實；此外，因主墩的受力的特點，致使2片墩的變形不盡一致，也可能會使主梁在之后的某一時期的豎向撓度升高。如今在徐變變形的影響方面，疲勞加載的定量計算還沒有得出，因此，預測長期撓度時（使用階段），需以第三階段的分析結果為依據，考慮混凝土的限制膨脹率的提升，坍落度和混凝土的強度呈反相關[4-5]。

5 結論

（1）對鋼管混凝土的流動性有決定性作用的是水灰比以及減水劑，摻量越多，坍落度越大，影響特別明顯。水灰比是主要影響混凝土3 d強度的因素，粉煤灰以及減水劑對混凝土3 d強度的影響不大。

（2）在高性能鋼管混凝土配合比設計中引入正交試驗設計理論的策略，對多種配合比影響因素不同位級的分析只需很少的試驗就可以實現，最終獲得最佳配合比的方法。在高性能鋼管混凝土試驗研究中引入數理統計原理，這對材料研究和工程實踐意義非凡。