波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度控制

王韶松，楊建榮，曾章波

（1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

為保證橋梁在竣工階段符合設(shè)計(jì)線性要求，在施工階段就要將預(yù)拱度考慮在內(nèi)[1]。對(duì)于結(jié)構(gòu)不同的橋梁，其施工預(yù)拱度的控制方法也存在差別。對(duì)于波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋，不能簡(jiǎn)單的通過(guò)控制立模標(biāo)高的方法，波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋的波形鋼腹，都是預(yù)先通過(guò)工廠加工完成，節(jié)段內(nèi)的連接在工廠完成，節(jié)段間的連接在懸臂澆筑過(guò)程中完成。在混凝土澆筑振搗時(shí)，要保證連接件位置不發(fā)生偏移，這對(duì)波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋的施工控制，提出新的要求。

目前有研究學(xué)者對(duì)剛—混凝土組合梁橋的受力性能進(jìn)行分析[2]，并且驗(yàn)證鋼—混凝土組合梁構(gòu)造簡(jiǎn)單并具有足夠承載力[3]。曹洪亮[4]等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，鋼—混組合連續(xù)箱梁的施工中邊跨和中跨混凝土徐變收縮不一致，應(yīng)當(dāng)分開考慮。鐘華棟[5]等學(xué)者通過(guò)對(duì)波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋跨中撓度影響因素進(jìn)行分析，并提出改善措施使波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋日益完善。本文在以往研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)上，以某波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槔瑸椴ㄐ武摳拱暹B續(xù)剛構(gòu)橋的施工提供借鑒。

1 工程概況

本文依托工程為某波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋，橋跨布置為65+4×120+65m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)，單箱單室截面，箱梁橫斷面如圖1所示，橋面頂寬12.55m，底板寬8.5m，跨中梁高5.5m，根部梁高9.5m。主墩采用雙肢空心薄壁墩，橋墩最高為85m。利用有限元軟件，建立空間桿系模型，全橋共274 個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

圖1 箱梁橫斷面圖

圖2 有限元模型

2 影響預(yù)拱度的因素

2.1 自重影響

對(duì)于大跨度波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋來(lái)說(shuō)，橋梁的自重對(duì)于成橋撓度有非常重要的影響，自重荷載在所有荷載中能占據(jù)主要因素，需考慮隨時(shí)間變化的混凝土彈性模量[6]，可得以下公式：

2.2 掛籃變形產(chǎn)生的撓度

在波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋的掛籃施工過(guò)程中，在澆筑混凝土之前，掛籃自重會(huì)造成橋梁發(fā)生彈性變形，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可將梁端自重等效為均布荷載，在均布荷載作用下，可求得掛籃處的彈性變形值為：

2.3 混凝土徐變產(chǎn)生的撓度

本案例采用懸臂澆筑施工方法，需要考慮混凝土的徐變效應(yīng)，以免因?yàn)榛炷恋男熳円黄鸾Y(jié)構(gòu)的撓度變化。根據(jù)巫炯[7]等學(xué)者的研究，發(fā)現(xiàn)鋼腹板和混凝土?xí)l(fā)生相對(duì)滑移，會(huì)進(jìn)一步使橋梁的撓度發(fā)生變化，所以還應(yīng)考慮這種相對(duì)位移。

混凝土隨時(shí)間的徐變曲線公式為：

徐變引起的鋼腹板位移：

2.4 各影響因素之和

影響波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)拱度的因素本文列舉三個(gè)，根據(jù)鄔曉光[8]等學(xué)者的研究，這些變形符合線性疊加原理，因此總撓度變化Y，可以簡(jiǎn)化為各個(gè)影響因素之和:

對(duì)干流河道，要積極爭(zhēng)取列入國(guó)家治理規(guī)劃，力爭(zhēng)盡早治理。對(duì)已列入省級(jí)以上治理規(guī)劃的21條中小河道，要按照節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，扎實(shí)搞好工程建設(shè)，確保按時(shí)保質(zhì)完成任務(wù)。對(duì)淤積比較快的支流河道，要每年在農(nóng)業(yè)水費(fèi)中拿出資金進(jìn)行專項(xiàng)獎(jiǎng)補(bǔ)。力爭(zhēng)在“十二五”期間，把全市骨干河道全部治理一遍，真正形成完善的“南北調(diào)配、東西互濟(jì)”水網(wǎng)體系。

Y = W+L+S

2.5 施工預(yù)拱度擬合

為抵消施工時(shí)產(chǎn)生的形變，在施工階段就要將預(yù)拱度考慮在內(nèi)。以該波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槔瑪M合出該橋的施工預(yù)拱度曲線，如圖3所示。

圖3 波形鋼腹板撓度情況

根據(jù)上圖中的撓度曲線情況，本文采取多項(xiàng)式擬合的方法，選取擬合函數(shù)為：

采用最佳平方和逼近方法求解，要求誤差的平方和最小，即相當(dāng)于求的最小值:

將表1數(shù)據(jù)帶入擬合函數(shù)可得：

表1 主梁節(jié)點(diǎn)撓度

得到的目標(biāo)函數(shù)為：

為了驗(yàn)證本文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)中的決定系數(shù)對(duì)比函數(shù)擬合程度[9]，決定系數(shù)越接近1，則代表擬合程度越高，計(jì)算程度公式為：

計(jì)算得出擬合決定系數(shù)為：R2=0.8736

3 數(shù)據(jù)對(duì)比

將有限元軟件計(jì)算出的撓度值和多項(xiàng)式擬合計(jì)算值放在一起得出對(duì)比圖，由圖4可見，多項(xiàng)式擬合結(jié)果和有限元模型擬合結(jié)果略有不同，但復(fù)合撓度線性形狀，對(duì)施工過(guò)程中預(yù)拱度的計(jì)算有參考價(jià)值。

圖4 線性結(jié)果比較

4 結(jié)論

（1）本文通過(guò)混凝土自重影響，混凝土徐變影響，掛籃施工變形影響三方面分析了施工過(guò)程中影響橋梁線性的主要因素，為分析施工過(guò)程中影響因素打下基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步簡(jiǎn)化施工撓度計(jì)算做出鋪墊。

（2）本文采用多項(xiàng)式擬合的分析方法，擬合結(jié)果決定系數(shù)達(dá)到0.9865，在施工過(guò)程中可以通過(guò)多項(xiàng)式擬合的辦法，對(duì)橋梁預(yù)拱度控制進(jìn)行參考。

（3）對(duì)于波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋施工過(guò)程中，下一步還應(yīng)考慮不同溫度場(chǎng)對(duì)施工的影響，對(duì)橋梁施工進(jìn)行更精確控制。