波形鋼腹板連續剛構橋施工預拱度控制

王韶松，楊建榮，曾章波

（1.昆明理工大學建筑工程學院，云南 昆明 650500；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

為保證橋梁在竣工階段符合設計線性要求，在施工階段就要將預拱度考慮在內[1]。對于結構不同的橋梁，其施工預拱度的控制方法也存在差別。對于波形鋼腹板連續剛構橋，不能簡單的通過控制立模標高的方法，波形鋼腹板連續剛構橋的波形鋼腹，都是預先通過工廠加工完成，節段內的連接在工廠完成，節段間的連接在懸臂澆筑過程中完成。在混凝土澆筑振搗時，要保證連接件位置不發生偏移，這對波形鋼腹板連續剛構橋的施工控制，提出新的要求。

目前有研究學者對剛—混凝土組合梁橋的受力性能進行分析[2]，并且驗證鋼—混凝土組合梁構造簡單并具有足夠承載力[3]。曹洪亮[4]等學者研究發現，鋼—混組合連續箱梁的施工中邊跨和中跨混凝土徐變收縮不一致，應當分開考慮。鐘華棟[5]等學者通過對波形鋼腹板連續剛構橋跨中撓度影響因素進行分析，并提出改善措施使波形鋼腹板連續剛構橋日益完善。本文在以往研究內容基礎上，以某波形鋼腹板連續剛構橋為例，為波形鋼腹板連續剛構橋的施工提供借鑒。

1 工程概況

本文依托工程為某波形鋼腹板連續剛構橋，橋跨布置為65+4×120+65m，上部結構采用預應力混凝土波形鋼腹板連續剛構，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 個節點，如圖2所示。

圖1 箱梁橫斷面圖

圖2 有限元模型

2 影響預拱度的因素

2.1 自重影響

對于大跨度波形鋼腹板連續剛構橋來說，橋梁的自重對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主要因素，需考慮隨時間變化的混凝土彈性模量[6]，可得以下公式：

2.2 掛籃變形產生的撓度

在波形鋼腹板連續剛構橋的掛籃施工過程中，在澆筑混凝土之前，掛籃自重會造成橋梁發生彈性變形，根據現場預壓實驗的結果，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，以免因為混凝土的徐變一起結構的撓度變化。根據巫炯[7]等學者的研究，發現鋼腹板和混凝土會發生相對滑移，會進一步使橋梁的撓度發生變化，所以還應考慮這種相對位移。

混凝土隨時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剛構橋預拱度的因素本文列舉三個，根據鄔曉光[8]等學者的研究，這些變形符合線性疊加原理，因此總撓度變化Y，可以簡化為各個影響因素之和:

對干流河道，要積極爭取列入國家治理規劃，力爭盡早治理。對已列入省級以上治理規劃的21條中小河道，要按照節點目標，扎實搞好工程建設，確保按時保質完成任務。對淤積比較快的支流河道，要每年在農業水費中拿出資金進行專項獎補。力爭在“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“南北調配、東西互濟”水網體系。

Y = W+L+S

2.5 施工預拱度擬合

為抵消施工時產生的形變，在施工階段就要將預拱度考慮在內。以該波形鋼腹板連續剛構橋為例，擬合出該橋的施工預拱度曲線，如圖3所示。

圖3 波形鋼腹板撓度情況

根據上圖中的撓度曲線情況，本文采取多項式擬合的方法，選取擬合函數為：

采用最佳平方和逼近方法求解，要求誤差的平方和最小，即相當于求的最小值:

將表1數據帶入擬合函數可得：

表1 主梁節點撓度

得到的目標函數為：

為了驗證本文數據的準確性，通過數學統計中的決定系數對比函數擬合程度[9]，決定系數越接近1，則代表擬合程度越高，計算程度公式為：

計算得出擬合決定系數為：R2=0.8736

3 數據對比

將有限元軟件計算出的撓度值和多項式擬合計算值放在一起得出對比圖，由圖4可見，多項式擬合結果和有限元模型擬合結果略有不同，但復合撓度線性形狀，對施工過程中預拱度的計算有參考價值。

圖4 線性結果比較

4 結論

（1）本文通過混凝土自重影響，混凝土徐變影響，掛籃施工變形影響三方面分析了施工過程中影響橋梁線性的主要因素，為分析施工過程中影響因素打下基礎，也為進一步簡化施工撓度計算做出鋪墊。

（2）本文采用多項式擬合的分析方法，擬合結果決定系數達到0.9865，在施工過程中可以通過多項式擬合的辦法，對橋梁預拱度控制進行參考。

（3）對于波形鋼腹板連續剛構橋施工過程中，下一步還應考慮不同溫度場對施工的影響，對橋梁施工進行更精確控制。