02-大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形控制参数敏感性分析

文章编号:1003-4722(2006)02-0081-03

大跨度预应力混凝土连续刚构桥

主梁线形控制参数敏感性分析

方华兵,田启贤

(中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034)

摘　要:采用有限元分析软件,对大跨度预应力混凝土连续刚构桥线形影响较大的7个参数进行主跨跨中及位移最大节点标高的分析,得到了各个参数变化时,产生主跨跨中及位移最大节点标高的影响值,并根据实际可能发生的程度,提出了影响大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形的主要参数。

关键词:连续刚构桥;线形控制;参数;分析中图分类号:U448.215;U448.23

文献标识码:A

AnalysisofParametricSensitivityforGeometricControlofMainGirderofLongSpanPrestressedConcrete

ContinuousRigid2FrameBridge

FANGHua2bing,TIANQi2xian

(BridgeScienceResearchInstituteLtd.,ChinaZhongtieMajorBridgeEngineeringGroup,Wuhan430034,China)

Abstract:Thefiniteelementanalysissoftwareisusedtoconductanalysisofmainspanmid2spanelevationanddisplacementmaximumnodepointelevationfor7parametersthathaveconsid2erableinfluencesonthegeometryoflongspanpretsressedconcretecontinuousrigid2framebridge.Thevaluesthatcauseinfluencesonthemainspanmidspanelevationanddisplacementmaximumnodeelevationareobtainedatthetimetheparametersarevarying,andtheprincipalparameterswillhaveinfluencesonthegeometryofthetypeofthebridgearepointedoutinac2cordancewiththeiractuallypossibleoccurrence.

Keywords:continuousrigid2framebridge;geometriccontrol;parameter;analysis

1　前　言

构桥梁体线形控制中须重点关注的参数。以苏通长江大桥辅航道主桥为主要分析研究对象,该桥为

(140+268+140)m三跨连续预应力混凝土刚构桥。

2　线形控制主要参数的选取

目前国内大跨度预应力混凝土连续刚构桥普遍存在“腹板开裂”、“梁体下挠”和“非荷载裂缝增长”等问题,腹板预应力不足、混凝土的收缩徐变是重要

的影响因素之一。为了避免梁体出现过大下挠,保证桥面平顺,在设置合理预拱度的前提下,尽量提高桥面线形控制精度显得十分必要。

本文主要从对线形影响较大的参数中选择较为关键参数进行参数影响量分析,提出大跨度连续刚

影响桥面线形的参数主要包括几何参数和材料参数。而几何参数和材料参数与施工密切相关,前期计算时其取值与实际值常存在一定差别,因此有

收稿日期:2006-03-06

作者简介:方华兵(1972-),男,工程师,1996年毕业于长沙交通学院道路专业,工学学士。

© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

82桥梁建设　　2006年第2期

必要分析这些差别对线形的影响。根据参数影响量

的大小,提前做好预测调整,使桥面线形尽量满足设计目标状态。

3　各主要参数对线形影响的计算和分析

mm,10年标高增量为176.6mm,30年标高增量为212.4mm,表明混凝土的收缩徐变对主梁线形影响

明显。

表2　混凝土收缩徐变对主梁线形的影响

时间成桥

成桥1年成桥2年成桥3年成桥5年成桥10年成桥30年

Δh/mm

A点　0.0-82.1-101.0-122.4-150.1-176.6-212.4

B点　0.0-90.0-108.9-132.6-163.5-193.1-232.5

重点分析7个参数,分别是混凝土容重、混凝土收缩徐变系数、混凝土弹性模量、预应力参数、温度场、主墩基础沉降、汽车活载。分析时以研究主跨跨中及位移最大节点标高变化为主。

计算软件采用Midas/civil。3.1　混凝土容重变化对主梁线形的影响

前期计算确定的主梁和二期恒载重量与结构实际重量往往有一定差别。以成桥平衡状态为基准,考虑主梁自重变化10%,梁重变化时主梁线形的变化值见表1。

表1　梁重变化对主梁线形的影响

梁重变化/%

-10-50+5+10

3.3　混凝土弹性模量变化对主梁线形的影响

混凝土为非线性材料,其弹性模量随时间变化。

分别计算混凝土28d弹性模量在3.29×104～4.02×104MPa变化时对主梁线形的影响,表3为弹性模量变化对关键节点位移的影响。表3　混凝土弹性模量变化对主梁线形的影响Δh/mm

A点-33.3-13.50.014.132.5

4

Δh/mm

A点84.442.20-42.3-84.6B点104.452.20-52.2-104.5

E/MPaB点-48.5-20.30.021.245.8

3.29×1043.47×103.83×103.65×104

4

　注:①Δh为节点标高变化;②A点为中跨跨中节点,B点为中跨

位移最大节点。下同。

4.02×104

从表1可看出,梁重每变化5%,中跨跨中节点标高变化42.3mm,中跨位移最大节点标高变化

52.2mm。表明梁重对主梁线形影响明显。3.2　混凝土收缩徐变对主梁线形的影响

　　从表3可见,混凝土弹性模量变化5%,中跨跨

中节点标高平均变化约33mm,中跨位移最大节点标高变化约45mm,说明混凝土28d弹性模量对主梁线形影响较明显。3.4　预应力参数的变化对主梁线形的影响

根据国内众多的预应力束孔道摩阻实测资料,纵向预应力束的实测μ、k均比规范中的μ、k要大。对于预埋塑料波纹管,现行规范取值μ=0.14～0.17,k=0.0015。表4为根据μ、k的实测资料进行不同的取值对主梁线形的影响。

表4　预应力参数的变化对主梁线形的影响

μ、k变化

μ=0.15

μ=0.25μ=0.35μ=0.45μ=0.55

k=0.0025k=0.0035

目前,国内外混凝土收缩徐变有多种计算模式,包括:欧洲混凝土协会(CEB)与国际预应力混凝土协会(FIP)CEB-FIP1978模式,为我国交通部《公

(JTJ路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》

023—85)所采用;欧洲混凝土协会(CEB)与国际预应力混凝土协会(FIP)CEB-FIP1990模式,为我国交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设

(JTGD62-2004)所采用。计规范》

分别采用2种模式计算成桥后的徐变位移,对

比分析发现,同一时间段内,用CEB-FIP1978徐变模式计算出的后期徐变位移比用CEB-FIP1990徐变模式计算出的后期徐变位移大。就目前连续刚构桥后期徐变位移普遍较大来讲,采用CEB-FIP1978徐变模式比较合理。采用CEB-FIP1978徐

Δh/mm

A点037.473.0107.4140.636.471.4

B点040.378.8115.7151.342.482.9

k=0.0015

μ=0.15

变模式得出关键节点徐变位移见表2。

从表2可以看出,采用CEB-FIP1978徐变模式计算成桥3年中跨跨中节点标高增量为122.4　　从表4可见,k=0.0015,μ值每增加0.1,中跨跨中节点标高变化超过33mm,中跨位移最大节点标高变化超过36mm;μ=0.15,k值每增加0.001,

© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁线形控制参数敏感性分析　　方华兵,田启贤83

中跨跨中节点标高变化约35mm,中跨位移最大节点标高变化约40mm。说明预应力束孔道摩阻参数对主梁线形影响明显。建议施工现场进行孔道摩阻试验,以测得实际的预应力参数进行施工控制。3.5　温度变化对主梁线形的影响在主梁施工过程中,由于外界温度不断变化,将会使主梁产生温度变形。由于实际温度与模型计算基准温度存在一定差异,须对理论值进行修正。针对各施工阶段温度变化对结构变形的影响进行敏感性分析,得到温度变化与结构变形的关系曲线,根据温度变化幅度进行插值计算,对结构变形进行修正。以最大悬臂施工阶段为例,模型计算基准温度取+20℃,顶板温度从+10℃变化到+30℃,最大悬臂端位移随温度变化见表5。

表5　温度变化对主梁线形的影响

Δt/℃

-10-50+5+10

见表6。

表6　主墩基础沉降对主梁线形的影响

基础沉降位移/mm

-10-20-30

Δh/mm

-12-24-36

　　从上表可知,主墩基础每沉降10mm,中跨跨

中下挠12mm。3.7　汽车活载对主梁线形的影响

设计活载为汽-超20级,借鉴AASHTO规范关于箱梁计算的方法,考虑箱梁偏载系数1.15,纵向未作折减,按3车道计算时,横向增大系数为3×0.78×1.15=2.691,汽车冲击按《公路桥涵设计通用规范》计算。

以成桥平衡状态为基准,中跨跨中节点位移为71mm,一般取汽车活载1/2计入预拱度。4　结　论(1)大跨度连续刚构桥中对线形影响较大的为Δh/mm

90.5.10.0-46.9-91.6

Δh-1

Δt/mm・℃

-9.1-9.0-0.0-9.4-9.2混凝土容重、混凝土徐变系数、混凝土弹性模量、预应力束孔道摩阻系数、温度场。相对影响较小的为主墩基础沉降、汽车活载。

(2)混凝土徐变对大跨度刚构桥线形影响极大,建议进行混凝土小梁徐变试验,以选取合适的徐变模式。

(3)主梁节段施工过程中,应选择典型预应力束进行孔道摩阻试验,以修正计算采用预应力参数。

(4)在立模标高放样过程中要重点关注梁体温差变化,测量时间尽量选择在温度较为稳定的时段进行。监控计算应考虑立模时的实际温度的影响,对立模标高做出相应的修正。

　注:Δt为温度变化。从上表可知,主梁温度状态对主梁变形影响明显,在±10℃内基本成线性变化。顶板每升高1℃,最大悬臂端下挠9.3mm,顶板每降低1℃,最大悬臂端上挠9.1mm。3.6　主墩基础沉降对主梁线形的影响

主墩基础在承台、墩柱及上部结构恒载作用下会产生沉降,在设置预拱度时应予以考虑。

以成桥平衡状态为基准,约束两边墩竖向位移,对两主墩施加强迫位移,其对中跨跨中位移的影响(上接第73页)

够满足桥梁评估和管理的实际要求。参　考　文　献:

[1]　张　誉,蒋利学,张伟平,等.混凝土结构耐久性概况

[M].上海:上海科学技术出版社,2003.

[2]　YalcynH,ErgunM.ThePredictionofCorrosion

RatesofReinforcingSteelsinConcrete[J].CementandConcreteResearch,1996,26(10):1593-1599.[3]　FrangopolDM,LinKY,EstesAC.Life2CycleCost

DesignofDeterioratingStructures[J].JournalofStructuralEngineering,ASCE,1997,123(10):1390-1401.

[4]　SaettaAV,VitalianiRV.ExperimentalInvestigation

andNumericalModelingofCarbonationProcessinRe2inforcedConcreteStructuresPartI:TheoreticalFor2mulation[J].CementandConcreteResearch,2004,34(4):571-579.

[5]　常大民,江克斌.桥梁结构可靠性分析与设计[M].北

京:中国铁道出版社,1995.

© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net