大跨曲线连续刚构桥施工误差影响因素分析

周军杰

1 概述

为了减小桥梁与道路连接部分线路的长度，降低整个工程的造价，有时需要修建弯桥以适应桥址受地形地物的限制。相对于直桥而言，弯梁桥因受弯扭耦合效应的影响，其受力更为复杂，由此导致其设计及施工上的诸多困难，对大跨曲线梁桥采用悬臂浇筑方法而言难度更大。故将大跨弯连续刚构作为一个整体进行研究是十分有必要的，具有很强的现实意义。

2 施工控制中的主要影响因素

大跨径预应力曲线连续刚构桥施工阶段比较多，各个阶段的变形与诸多因素有关，有必要研究各种不同因素的作用。对曲线连续刚构桥而言，引起结构状态偏差的主要因素有:结构几何形态参数、截面特征参数、与时间相关的参数、荷载参数、材料特性参数。但是在以上五种设计参数中，对结构状态的影响程度有所差异。因此为了在监控工作中抓住主要因素，本文以最大悬臂施工阶段累计挠度作为比较目标，对以上五个主要参数的影响情况进行了敏感性分析。

3 大跨径曲线连续刚构桥的施工仿真分析

3.1 工程简介

312国道某大桥，主桥60 m+100 m+60 m预应力混凝土曲线连续刚构桥，桥宽0.5 m+11 m+0.5 m，桥高60 m，路线半径R=582.963 m。主梁采用单箱单室断面，支点处梁高5.2 m，跨中梁高2.2 m;顶板宽12 m，底板宽6 m;腹板厚度32 cm，顶板厚22 cm，底板为变厚度，从根部52 cm至跨中22 cm。桥墩类型为矩形薄壁空心板，高度30.1m～56.7m，桥墩尺寸4.4 m×6.0 m，壁厚50 cm(箱梁尺寸见图1)。

3.2 仿真分析模型建立

本文利用Midas/Civil软件建立了该桥在施工阶段的仿真分析模型。全桥共划分81个单元(其中，主梁共分为61个单元，每个悬浇段划分为1个单元，0号块每个划分为5个单元，桥墩每个分为10个单元)。全部施工过程模拟为15个施工阶段，其中，施工阶段1～11分别为0号～10号块的施工，施工阶段12为左侧满堂施工阶段，施工阶段13为右侧满堂施工阶段，施工阶段14为中跨合龙阶段。

3.3 施工误差的影响因素分析

1)梁段自重的影响。现假设所有的梁段均超重3%，其他设计参数不变，计算得到施工阶段11(即最大悬臂施工阶段)的主梁竖向变形影响图，见图2。

由图2可见，在梁段整体超重的情况下，会导致主梁挠度明显增大，在容重增加3%的条件下，竖向变形最大增加18 mm，其影响不容忽视。且挠度增加最大的单元为9，27，36，54(即悬臂施工中的6号、7号、8号块段)，主要因为此时悬臂弯矩最大。

2)主梁刚度的影响。假设主梁刚度增加10%，其他设计参数不变，计算得到施工阶段11(即最大悬臂施工阶段)的主梁竖向变形影响图，见图3。由图3可见，随着主梁刚度的增加主梁的竖向变形变小，但主梁刚度对变形的影响是很有限的。

3)预应力损失的影响。a.管道摩擦系数μ。规范规定当预应力钢束为钢绞线且管道成型方式是预埋金属波纹管时，管道摩擦系数μ取值为0.25。假设管道摩擦系数增大10%(其他设计参数不变)，计算得到2号墩左幅T构主梁在最大悬臂阶段的竖向变形影响图，见图4。由图4可见，管道摩擦系数对竖向变形的影响是很小的，随着管道摩擦系数的增大，主梁竖向变形增大。在墩顶处竖向变形没有发生变化，这是因为预应力不引起墩顶竖向变形，在摩擦系数增大的情况下，34号单元的变形增量最大，该位置大概在距最大悬臂端1/5处。b.管道偏差系数k。规范规定当预应力钢束为钢绞线且管道成型方式是预埋金属波纹管时，管道偏差系数k取值为0.001 5。假设管道偏差系数k增大10%(其他设计参数不变)，计算得到主梁在最大悬臂阶段的变形影响图见图5。

由图5可见，管道偏差系数对主梁悬臂施工阶段的变形影响规律与摩擦系数类似。

4)混凝土收缩徐变的影响。本文只将在环境条件一致的情况下是否考虑收缩徐变影响的结构挠度和侧向变形进行简单比较。

不计收缩徐变与考虑收缩徐变对1号桥墩右幅T构施工段悬臂累计挠度的影响对比见图6。

由图6可见，不考虑混凝土徐变的情况下其竖向变形显著减小，混凝土收缩徐变对主梁竖向变形的影响较大，混凝土徐变对线形控制很不利，因此其影响作用不容忽视。

5)温度的影响。在本桥施工控制中，不考虑温度变化的影响，因为合理选择施工测量的时间，使相邻两次挠度观测时的结构温度相近，对消除温度变化引起的挠度观测误差可以得到较满意的结果，这也是目前此类桥型施工中普遍采取的一种行之有效的方法。

3.4 各种因素对变形的影响比较

通过以上的分析可以看出，对悬臂施工的曲线连续刚构桥竖向变形影响最大的因素是混凝土徐变系数，其次是主梁混凝土的容重，而主梁及桥墩的刚度对变形的影响次之，预应力损失的影响最小。所以，在进行参数修正时，将混凝土容重及收缩徐变作为主要参数，重点分析，对其进行参数估计与调整。而将主梁及桥墩刚度(弹性模量、截面面积)等作为次要参数，忽略其影响。

4 结语

本文具体讨论了各种设计参数误差对曲线连续刚构桥悬臂施工中竖向变形的影响情况，得出了针对曲线连续刚构桥这种桥型的敏感参数，以便有针对性的对主要设计参数进行修正和调整，对同类其他桥梁具有一定的指导意义。

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