連續剛構橋施工控制參數敏感性分析

毛洪貴，黃己偉，王海城，彭笑川

（1.重慶兩江新區工業園建設投資有限公司，重慶市 401135；2.四川建筑職業技術學院工程管理系，四川 德陽 618000；3.國家建筑工程質量監督檢驗中心，北京市 100013）

0 引言

PC 連續剛構橋是橋梁結構體系中較為典型的一種橋型[1]。近幾十年來，隨著混凝土結構理論的不斷完善和現代橋梁施工技術的不斷進步[2]，該橋型因具有結構剛度大、體系轉換少及后期維護方便等優點，在我國中西部地區得到了較為廣泛的應用。

大跨度連續剛構橋在懸臂施工及成橋過程中會受到各種因素的影響。這些因素會導致橋梁位移和內力理論值與實際值之間存在差異，并且不同影響因素對結構影響程度不同。

鄭一峰等[3]、朱俊宇等[4]、馬松松等[5]采用單因素法對連續剛構橋施工控制參數進行了敏感性分析。當參數較多時，需進行試驗的次數也隨之增多，因而單因素法具有一定局限性。許明[6]采用正交設計表，對連續剛構橋主梁形狀進行了優化。周勇軍等[7]基于正交試驗，對連續剛構橋地震響應敏感性參數進行了分析。

本文建立橋梁空間有限元模型，基于均勻試驗，探討混凝土重度、掛籃荷載、初始張拉預應力、彈性模量4 個控制參數對橋梁典型工況下位移和內力的影響程度，以期給同類橋型施工精細化控制提供借鑒。

1 工程概況

宜賓市觀音巖特大橋為宜賓市新機場至中心城區東連接線工程的一部分。該橋平面位于曲線上，曲線半徑為1 500 m。橋梁斷面總寬度為30.5 m。由于左右幅橋梁的設計要求一致，故本文僅以大橋左幅為研究對象。單幅橋梁上部結構采用2×130 m 連續剛構橋，跨徑布置為70 m+130 m+130 m+70 m。主梁采用單箱單室、三向預應力混凝土箱形斷面。主梁混凝土強度等級為C55。箱梁根部高8 m，跨中及邊跨直線段梁高3.2 m，梁高以及底板厚按1.8 次拋物線變化，箱底寬7.5 m，兩側懸臂長3.275 m，單幅寬度14.05 m。

2 均勻試驗

2.1 參數選定

影響連續剛構橋施工階段和成橋階段線形和內力的因素很多。根據文獻[8-9]和工程實際情況，綜合選擇試驗因素為：混凝土重度、掛籃荷載、初始張拉預應力和彈性模量。

當連續剛構橋采用懸臂澆筑法施工時，最大懸臂階段和成橋階段的位移和內力對橋梁影響較大。因此，選取這2 個階段典型位置的位移和內力作為施工控制指標進行敏感性分析。

以結構設計參數為基準，按±10%范圍變化選擇相應水平。具體試驗因素取值范圍見表1。

表1 試驗因素取值范圍

2.2 均勻試驗表建立

根據本工程的實際情況，選取4 個因素、16 個水平的均勻試驗表，見表2。

表2 均勻試驗表

3 有限元模型建立及分析

3.1 有限元模型建立

采用Midas/Civil 2019 建立空間有限元模型（見圖1）。主梁和橋墩均采用梁單元模擬。全橋模型共有190 個節點、182 個單元。

圖1 全橋有限元模型圖

3.2 有限元模型分析

根據前述均勻設計試驗方案，分別計算橋梁在最大懸臂狀態（工況一）和成橋狀態（工況二）下的位移和彎矩。其中，最大懸臂狀態位移按14# 塊節段預應力張拉完成為準；成橋狀態位移按二期鋪裝完成后中跨跨中為準。彎矩均取2 種工況下40# 塊根部彎矩值。有限元計算位移結果見表3，40# 塊根部有限元計算彎矩結果見表4。

表3 有限元計算位移結果 單位：mm

表4 40# 塊根部有限元計算彎矩結果 單位：kN·m

4 試驗結果分析

基于均勻試驗結果，利用SPSS24.0 數據統計分析軟件，對工況一和工況二下的位移和彎矩計算結果進行線性回歸分析。

4.1 位移的顯著性檢驗

當顯著性水平為0.05 時，位移顯著性檢驗分析結果見表5、表6。

由表5、表6 可知：無論在工況一還是在工況二，彈性模量Es均與位移負相關；混凝土重度Gp、掛籃荷載Fk和初始張拉預應力σcon均與位移正相關。在表5 中，控制因素回歸系數絕對值大小排序為：Fk＞Gp＞Es＞σcon，說明在工況一下，掛籃荷載Fk對位移最為敏感。在表6 中，控制因素回歸系數絕對值大小排序為：σcon＞Gp＞Fk＞Es，說明在工況二下，初始張拉預應力σcon對位移最為敏感。

表5 工況一下位移顯著性分析

表6 工況二下位移顯著性分析

4.2 彎矩的顯著性檢驗

當顯著性水平為0.05 時，彎矩顯著性檢驗分析結果見表7、表8。

表7 工況一下彎矩顯著性分析

由表7、表8 可以看出，無論在工況一還是工況二下，彈性模量Es均與彎矩負相關；混凝土重度Gp、掛籃荷載Fk和初始張拉預應力σcon均與彎矩正相關。在表7 中，控制因素回歸系數絕對值大小排序為：Fk＞Gp＞Es＞σcon，說明在工況一下，掛籃荷載Fk對彎矩最為敏感。在表8 中，控制因素回歸系數絕對值大小排序為：σcon＞Gp＞Fk＞Es，說明在工況二下，初始張拉預應力σcon對彎矩最為敏感。

表8 工況二下彎矩顯著性分析

5 結語

（1）在工況一下，掛籃荷載Fk對位移最為敏感；在工況二下，初始張拉預應力σcon對位移最為敏感。

（2）在工況一下，掛籃荷載Fk對彎矩最為敏感；在工況二下，初始張拉預應力σcon對彎矩最為敏感。

（3）對于施工控制敏感參數，需要在大橋施工中加強監控并嚴格控制其誤差。