连续梁桥悬臂法施工的预拱度分析和计算

张杰

【摘要】分析了预拱度预拱度的影响因素，并指出目前预拱度设置中存在的问题。采用有限元法，对某预应力连续梁桥的悬臂法施工过程进行了数值模拟，计算出了预拱度的值。

【关键词】悬臂法施工；预拱度；有限元法

近些年随着经济的发展，国家越来越重视基础设计建设，很多高等级公路都在规划建设当中。这些即将建设和在建的公路桥梁当中，很大一部分采用了连续梁桥的形式。连续梁桥建设和运营过程中的病害时有发生，主要表现为跨中挠度过大，造成桥面不平整，影响行车舒适性和桥梁寿命。

1.预拱度的设置

挠度控制（线形控制）是连续梁橋施工控制的重点内容之一。悬臂法施工时某一个块段标高控制不当，会对后续块段的施工造成很大影响，严重情况下导致桥梁无法顺利合龙。造成桥梁下挠的因素很多，主要有梁体自重、挂篮自重、活荷载（车辆荷载及人群荷载等）、混凝土收缩徐变、预应力、结构体系转换等。为了使桥梁最终满足设计高程，通常采用设置预拱度的方法来解决。我国规范[1]规定：对于预应力混凝土受弯构件①当预加应力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度；②当预加应力的长期反拱值小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时应设预拱度，其值应按该项荷载的挠度值与预应力长期反拱值之差采用。预拱的设置应按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺的曲线。

2.目前预拱度设置存在的问题

（1）规范没有规定预拱度的分配方式。国内目前最常用的方法是以跨中为预拱度最大值，桥墩中央为零，其他部位按二次抛物线比例分配。李志斌[2]指出按二次抛物线分配在桥墩中央处会出现尖点，成桥后跨中会出现偏离设计线形的下挠，使得车辆在行驶至桥墩中央或跨中部位时有颠簸感，局部线形不符合规范中“预拱度设置应按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺曲线”的要求。他建议采用余弦曲线分配预拱度的方法，因为这样分布在桥墩中央、跨中处的切线斜率为零，满足规范要求。

（2）混凝土的徐变机理复杂，影响因素众多，很难在计算模型中完全考虑所有因素。不同科学工作者考虑的影响因素不同，进而提出的计算公式也不同。混凝土徐变无法精确预测，往往是基于试验资料采用经验公式求得。因此目前由混凝土徐变引起的挠度也只能得到粗略解，缺乏行之有效的计算公式。

（3）现场预应力筋施工很难完全按照设计要求，往往出现波纹管偏位、注浆时间滞后、二次张拉不到位等情况，而且预应力的损失也很难精确计算。预应力筋直接影响桥梁结构受力情况，对结构的挠度影响很大。

3.工程概况

西安长安区某桥全长917m，其中主桥长610m，单幅桥面宽27m，中央分隔带1m，全桥宽度55m，按分离式结构设计。主桥上部结构设计为（55+5100+55）m五跨变截面预应力混凝土连续梁，断面为单箱三室，主箱梁顶板宽27.0m，底板宽19.5m，翼缘悬臂宽3.75m。主梁根部梁高8.0m，跨中梁高2.5m。腹板厚度在中跨跨中段为0.5m，根部0.7m。引桥上部结构均采用30m等截面预应力混凝土连续箱梁。采用C55混凝土，Φs15.2钢绞线。

该桥采用悬臂法施工，单个桥墩上部结构分13个块段对称浇筑。合拢采用吊架合拢，先边跨合拢，然后次边跨，接着第三跨合拢，最后中跨合拢，即采用从两边向中间对称依次合拢的施工方法。悬臂施工主要工艺流程：安装挂篮→安装模板绑扎钢筋→混凝土浇筑→预应力施工→挂篮行走→拆除挂篮。

4施工过程的有限元模拟

使用Midas/civil采用正装分析法，按照实际悬臂法施工流程进行单元、荷载工况的激活与钝化以及添加边界约束条件[3]。共建立220个节点，219个单元，分为17个施工阶段，考虑桥梁自重、二期恒载、预应力荷载、挂篮重量、移动荷载、混凝土收缩徐变（3650天）等因素对该桥进行预拱度计算。

材料参数如下：

C55混凝土：容重2600 kg/m3，弹性模量3.55×104 Mpa，泊松比0.1667；

预应力钢筋：标准强度1860 Mpa，弹性模量1.95×105 Mpa，松弛率2.5%，公称直径15.2mm。

计算结果显示预拱度最大值出现在第四跨（正中间跨），为90.1mm。每跨的最大值出现距跨中5.0m的位置，与规范要求“按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺曲线”稍有不同。中跨预拱度如下图所示。

5结语

根据计算的预拱度，得出每个块段立模标高并施工中严格控制。目前该桥已经顺利合拢，桥面线形平整，说明计算得到的预拱度是科学合理的，可供今后类似工程借鉴。

参考文献

[1]JTG D62-2004， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]李志斌. 浅谈大跨度预应力混凝土连续刚构主梁预拱度的设置[J]. 黑龙江交通科技 ， 2011， （10）： 290-291

[3]周如意. 预应力混凝土连续箱梁桥施工监控方法的研究[D]. 南宁：广西大学， 2012.