高墩大跨連續剛構橋預拱度仿真分析

劉 濤，代鈞元

(1.廣安市交通建設工程造價管理站，四川 廣安 638000；2.重慶浩正公路園林工程有限公司，重慶 400060)

1 預拱度設置與分析

預拱度包括施工預拱度、成橋預拱度和30年收縮徐變預拱度三個階段。施工預拱度包括施工階段變形、1/2的移動荷載變形和長期變形等，成橋預拱度包括1/2的移動荷載變形和長期變形等，30年收縮徐變預拱度是指橋梁使用30年后跨中截面仍有一定預拱度儲備。施工階段變形影響因素主要包括各節段箱梁自重，掛籃、模板和施工機具(包括人工)的重量，混凝土收縮徐變，預應力和二期恒載等；長期變形主要考慮成橋后30年的收縮徐變引起的變形。根據經驗及相關文獻可知，在確定施工預拱度時，一般還會加入一項經驗值。

本文采用經驗法對各階段預拱度進行計算分析，其理論表達式如下：施工階段變形[3]=梁體自重變形+預應力變形+掛籃、模板和施工機具等變形+混凝土收縮徐變變形+二期恒載變形；施工預拱度=施工階段變形+1/2移動荷載變形+長期變形+經驗值；成橋預拱度=施工預拱度-成橋階段各節點累計變形值；30年收縮徐變預拱度=施工預拱度-30年收縮徐變各節點累計變形值。此處經驗值的取值根據成橋預拱度中跨跨中和邊跨變形最大點分別由L/1 000和L/2 000確定(L表示各跨的橋梁跨徑)。

2 工程背景

四川省某橋主橋為98+180+98(m)三跨預應力混凝土連續剛構橋，箱梁斷面采用單箱單室，箱頂寬12 m，箱底寬6.6 m，箱懸臂長2.7 m，箱梁高度、底板厚度變化按1.8次拋物線布設；箱梁0#塊長度為12 m，懸澆“T”單側總長為83 m，從根部至跨中對稱劃分成4×3.0、4×3.5、3×4.0和10×4.5共21個節段，且最重懸澆節段達2 733 kN；全橋共設11道橫隔板；3#、6#墩處現澆段長度為6.84 m，合龍段(邊、中跨)長度為2 m。主墩為8 m×8 m的分離式矩形空心墩，左幅4號橋墩高110 m，5號橋墩高為95.5 m；右副4號橋墩高為100 m，5號橋墩高為89.5 m。主梁、橋墩混凝土分別采用C55、C40。

3 優化建模及計算分析

根據設計圖紙、施工方案以及綜合考慮橋梁空間效應，采用MIDAS/Civil對該橋進行建模仿真分析預拱度，如圖1所示。同時對建模過程進行細部優化，使模型更加符合橋梁實際，并與設計提供預拱度進行對比分析，最后得到實際的預拱度。

圖1 MIDAS分析的計算模型圖

結合主梁節段施工實際，全橋計算模型共劃成201個單元，其中懸澆主梁105個、橋墩96個；同時，為準確模擬主梁施工過程，每一節段施工又細分為上(移)掛籃→現澆混凝土→預應力張拉等3個施工階段，本模型共有73個施工階段。

3.1 模型仿真優化分析

3.1.1 預應力鋼束優化

采用3D樣條曲線來模擬預應力鋼束的空間線形，真實反映鋼束的平彎、豎彎等設計狀態，從而提高結構計算分析的精確度。

3.1.2 橫隔板處理

橫隔板對于結構局部抗扭、抗剪作用明顯，而對于結構整體縱向受力作用不太明顯，因此，偏于安全的將橫隔板簡化成集中力，施加到模型上。

3.1.3 混凝土收縮、徐變計算模式的選擇

考慮結構截面形狀、材料組成和周圍環境等影響因素，CEB-FIP1990模式較其他模式更符合實際情況；同時，還考慮了30年收縮徐變。

3.1.4 邊界條件的模擬

模型中3#～6#墩墩底設置為固定端，采用橋墩與基礎剛結形式；4#、5#主墩墩頂采用墩梁剛結形式，3#、6#過渡墩墩頂采用彈性連接中僅受壓類型，邊跨現澆臨時支座采用固定鉸支座方式連接。

3.2 計算結果分析

經計算，得到成橋階段、30年收縮徐變階段、移動荷載和經驗值作用下的各節點豎向變形值或累計變形值，本文僅列出較高墩4#墩各截面的豎向變形值，見表1。根據預拱度理論公式計算得出施工預拱度、成橋預拱度和30年收縮徐變后預拱度，同時與設計單位提供的設計預拱度進行比較，如圖2～4所示。

表1 4#墩處各截面變形值 單位：mm

圖2 施工預拱度對比圖

圖3 成橋預拱度對比圖

圖4 30年收縮徐變后預拱度對比圖

通過計算可以發現：①邊跨最大變形點位于距離邊支點34.79 m處(16’截面)，因而設為邊跨預拱度最高點；②預期實現成橋后中跨跨中預拱度為21.49 cm，邊跨16’截面預拱度8.43 cm。在保證橋梁具有足夠的預拱度基礎上，確保成橋橋面線型的平順性；③預期實現正常使用30年后跨中預拱度為17.79 cm，邊跨16’截面預拱度6.21 cm，確保橋梁在全壽命期內不出現主梁線型下凹問題。

4 結 論

根據建模仿真分析可知，采用經驗法得出的預拱度值較設計預拱度值更具有實用價值，各階段剩余預拱度儲備較大，橋面線型較平順，能明顯改善連續剛構橋長期下撓問題；可為其他類似高墩大跨連續剛構橋的設計、施工和監控提供參考。

[ID：009872]