混凝土斜拉橋施工誤差參數(shù)分析

萬峰(上海市市政公路工程檢測有限公司上海201108)

0 引言

采用現(xiàn)場澆筑施工的混凝土橋梁其施工質量會受到材料力學性能，施工人員水平，混凝土養(yǎng)護條件等較多因素的影響從而使得混凝土的施工質量離散性較大[1]。因此在對現(xiàn)澆混凝土橋梁進行結構力學分析或優(yōu)化設計時，直接采用理論值來對混凝土材料參數(shù)進行取值則可能和橋梁的實際受力狀態(tài)出現(xiàn)一定的偏差，且不用的影響因素對于橋梁結構力學性能的影響程度各不相同，而在實際工程中要對于混凝土橋梁施工的全部影響因素進行高精度的控制并不現(xiàn)實。因此應首先根據(jù)不同的施工誤差參數(shù)對橋梁的關鍵力學指標進行敏感性分析，確定對于橋梁整體力學性能有顯著影響的施工誤差參數(shù)，以便于在實際的施工階段進行重點的監(jiān)測和把控，經(jīng)濟有效的提高現(xiàn)澆混凝土橋梁結構的施工質量，達到橋梁施工控制的目的[2-4]。以一座混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，對主梁混凝土彈模和主塔混凝土彈模2 個參數(shù)針對該橋的靜、動力性能進行了參數(shù)敏感性分析。

1 工程概況及有限元模型

1.1 工程概況

依托工程為一兩跨預應力混凝土斜拉橋，塔、墩、梁固結體系。橋梁全長76m，跨徑布置為46+30m，立面示意如圖1 所示，橫斷面示意如圖2 所示。主梁為等截面單箱三室預應力混凝土箱梁，主梁全寬24m，梁高2.1m，采用3 向預應力體系。橋塔采用矩形混凝土實心橋塔，布置于主塔上方的主梁的中央分隔帶處，主梁向小跨側傾斜58°，高25.25m，斜拉索采用有背索單索面布置。下部結構中主塔同樣采用矩形實心混凝土結構，鉆孔灌注樁基礎以及重力式橋臺。主梁主塔均采用C50 混凝土，主塔則采用C45 混凝土，預應力鋼束采用抗拉強度為1860MPa 的鋼絞線，斜拉索同樣采用高強度低松弛的鋼絞線。

圖1 依托工程立面圖

圖2 依托工程主梁橫斷面尺寸示意/m

1.2 初始有限元模型

采用Midas Civil 建立初始有限元模型。其中主梁、主塔及主塔均采用梁單元建立，塔墩梁之間采用共節(jié)點剛性連接。由于該有限元模型僅用于分析實橋試驗時橋梁的力學性能，因此建模時不考慮施工階段且忽略主塔底部樁土的相互作用，故墩底采用固結連接。橋梁兩端橋臺處的邊界條件按實際工程中制作的約束情況進行施加。由于依托工程箱梁較寬，采用單一的梁單元并不能很好的模擬箱梁的扭轉效應，因此模型中箱梁在橫斷面方向劃分為三段依次建立，相互之間采用虛擬橫梁進行連接。斜拉索采用桁架單元建立，拉索索力則按照二期鋪裝后的實測索力進行施加。全橋模型共計416 個節(jié)點，539 個單元，其中22個桁架單元，517 個梁單元。最終建立的有限元模型如圖3 所示。

圖3 有限元模型

2 施工誤差參數(shù)分析

在混凝土施工過程中的振搗、養(yǎng)護均可能對其彈模存在不同程度的影響，在混凝土結構施工過程中也通常存在對強度的控制較為嚴格而對彈性模量的關注不夠的現(xiàn)象，因此現(xiàn)澆混凝土結構彈模的離散性可能較大。依托工程橋梁混凝土主梁和主塔均采用現(xiàn)場澆筑的方式進行施工。根據(jù)實橋施工中可能存在的施工誤差選擇了主梁彈模，橋塔彈模2 個結構參數(shù)進行敏感性分析。依托工程主梁混凝土采用C50 混凝土，橋塔混凝土采用C45 混凝土，因此主梁混凝土和橋塔混凝土的彈模取值范圍分別為28400~42 600MPa 和29 325MPa~39 675MPa。

圖4 跨中撓度

圖5 結構豎向振動基頻

表1 待分析參數(shù)點

將2 個待分析參數(shù)的幅值范圍進行分割，得到的不同參數(shù)點分別帶入有限元模型進行分析（表1），并以主梁在恒載作用下的跨中撓度以及主梁第一階豎向振動的頻率（基頻）兩個涵蓋了依托橋梁靜、動力性能的指標進行參數(shù)敏感性分析，最終得到的結果如圖4、5 所示。

由圖4 圖5 可得：主梁混凝土彈模以及主塔混凝土彈模對依托橋梁的跨中撓度均呈負相關關系，其中主梁混凝土彈模的參數(shù)敏感性要大于主塔混凝土彈模的參數(shù)敏感性，且呈現(xiàn)出了非線性的相關關系。同樣，主梁混凝土彈模以及主塔混凝土彈模對依托橋梁的基頻均呈現(xiàn)出正相關關系，主梁混凝土彈模的參數(shù)敏感性與主塔的混凝土彈模敏感性相當。因此在實際混凝土橋梁工程的施工過程中應較為注重主梁混凝土澆筑后的養(yǎng)護工作。對于混凝土連續(xù)梁橋來說，也應對主塔混凝土施工后的養(yǎng)護工作給與足夠的重視，其對于結構靜、動力性能也具有一定的影響。

3 結語

（1） 主梁混凝土彈模和主塔混凝土彈模均與橋梁的跨中撓度呈負相關關系，與基頻呈正相關關系；

（2） 對于混凝土斜拉橋，主梁仍為主要承重構件，其混凝土彈模對橋梁跨中撓度的敏感性均要高于橋塔混凝土彈模，對于結構豎向振動基頻的敏感性則相差不大。