砼桥面板存梁时间对钢混叠合梁受力影响分析

（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）

砼桥面板存梁时间对钢混叠合梁受力影响分析

潘永兵

（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）

基于某钢混叠合梁斜拉桥，通过有限元软件对全桥施工阶段进行建模计算，分析该斜拉桥钢混叠合梁段预制桥面板存梁时间与混凝土桥面板以及钢主梁之间的受力关系，得到了存梁时间对叠合梁桥面板、钢主梁受力分配的影响。分析结果显示：存梁的时间越长，钢主梁压应力降低，混凝土桥面压应力越大，对避免桥面板开裂或裂缝发展是有利的，综合考虑存梁时间对内力以及位移的影响，并且考虑到实际工程的需要及性价比，建议预制桥面板存放时间不宜少于180d，这样叠合梁中的钢主梁和砼桥面板的受力才能达到较为合理的状态。

斜拉桥；预制桥面板；叠合梁；存梁时间

0 引言

钢混叠合梁是通过剪力连接件将预制砼板和钢梁结合在一起，砼板之间采用现浇湿接缝连接的一种钢混组合结构[1,2]。

对于钢混组合结构，混凝土桥面板的存梁时间对钢混叠合梁的不利影响，早已经引起了国内外学者的重视[3,4]。存梁时间引起混凝土的收缩、徐变变化，同时引起叠合梁截面的应力重分布，因此叠合梁受力性能的发挥与存梁时间密切有关[5,6]。国内外同类型桥梁因没有可靠的资料，对存梁时间也就不完全统一[7]。在施工组织设计中，预制桥面板没有合理的存梁时间，则预制桥面板制造时机很难把握[8]。

本文以某斜拉桥为研究背景，采用有限元软件对该桥进行模拟计算，分析钢混叠合梁预制桥面板的不同存梁时间与钢混叠合梁受力之间的关系，并依据分析对钢混叠合梁预制桥面板给出较为合理的存梁时间。

1 工程背景

某斜拉桥主桥采用双塔双索面混合式叠合梁，跨径布置为54m+71m+360m+71m+54m。主梁采用混合式叠合梁，边跨主梁为π型截面混凝土梁，主梁中心线梁高3.16m，边主肋梁高2.88m；中跨采用钢—混叠合梁，叠合梁中心线梁高3.16m，钢梁采用边上字型，上字型梁的梁高2.9m。桥面板厚28cm。大桥总体布置与中跨叠合梁断面如图1～2所示。

图1 全桥总体布置图（单位：cm）

图2 中跨叠合梁断面图（单位：cm）

2 模型建立

本文采用正装计算法，根据实际结构配筋状况和施工方案设计对该斜拉桥逐步逐阶段地进行计算，最终获得成桥结构的受力状态[3]。

在有限元建模过程中，利用梁单元对索塔、主梁进行模拟，拉索采用桁架单元，采用联合截面对主梁进行模拟，其中钢主梁截面先装置，预制混凝土桥面板截面后安装，成桥后激活二期恒载、基础位移、活载以及附加力。全桥共建有节点数689个，单元数570个，如图3所示。

图3 全桥有限元模型图

3 预制混凝土桥面板存梁时间与主梁受力关系

通过全桥整体计算分析，保持其他情况（例如：边界条件、施工过程、施工及运营荷载等）一致的条件下，只改动预制桥面板存梁时间，获得存梁时间对桥面板、钢主梁受力以及叠合梁受力的影响。存梁时间共分为以下10种：30d、60d、90d、120d、150d、180d、210d、240d、300d、360d。分别选取主跨1/8、1/4、1/2截面作为主跨三个代表性截面进行分析比较。其中，依据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中的公式计算收缩、徐变的影响，环境年平均相对湿度RH=82%。

为了更有效地分析存梁时间与叠合梁受力之间的关系，本文截取叠合梁的1/8、1/4、1/2截面，分别对主梁在恒载作用下以及考虑混凝土收缩徐变后两种情况进行分析，得到预制桥面板存梁时间对钢主梁、桥面板和联合截面的受力影响。

3.1桥面板存梁时间在恒载作用下与主梁受力关系

主跨1/8、1/4、1/2截面混凝土桥面板存梁时间在恒载作用下与钢主梁和桥面板应力关系经计算，结果如图4所示。

图4 存梁时间对叠合梁恒载内力的影响

由图4可知，随着存梁时间的增加，钢主梁压应力均有所下降，且降低幅度越来越小，桥面板压应力储备均上升，且增加幅度越来越小。

3.2 砼收缩徐变后桥面板存梁时间与主梁受力关系

混凝土收缩徐变后，对桥面板存梁时间与主梁受力关系进行分析，经计算，得到主跨1/8、1/4、1/2截面混凝土桥面板存梁时间与钢主梁和桥面板应力关系，如图5所示。

图5 砼收缩徐变后存梁时间与叠合梁受力关系图

由图5可见，混凝土收缩徐变后，随着存梁时间的增加，钢主梁压应力均有所降低，且降低幅度越来越小，桥面板压应力储备均增加，且增加幅度越来越小。

由桥面板存梁时间引起桥梁的应力的改变，必然将引起叠合梁挠度的改变。取主梁1/2处作为特殊截面，分析在混凝土收缩徐变后存梁时间对叠合梁挠度的影响，经计算，得到预制混凝土桥面板存梁时间与叠合梁挠度关系见图6所示。

图6 存梁时间与叠合梁跨中收缩徐变位移关系图

由图6可见，随着存梁时间的增加，叠合梁向下位移有所增加，存梁时间越久，向下位移增幅就越小，并逐渐趋近于0。可见存梁时间对叠合梁的位移影响很小，存梁360天相比30天位移前后变化仅在2mm左右，故预拱度的设置可不考虑混凝土桥面板的存梁时间。

4 结论

（1）存梁时间对钢混叠合梁受力有较大影响。钢主梁压应力随着存梁时间的增加而降低，混凝土桥面板压应力随着存梁时间的增加而增大。其中，存梁30～180d变化趋势相比180～360d更加明显。

（2）存梁360天相比30天位移前后变化仅在2mm左右，可见存梁时间对叠合梁整体挠度影响有限。特别是存梁时间超过180d后，叠合梁位移变化越来越小，并趋于不变。

（3）混凝土桥面中的压应力伴随存梁时间增加而增大，对避免其开裂或裂缝发展是有益的。然而存梁时间过长，必将影响项目工期，选取合理的存梁时间是必要的。根据以上计算结果，综合考虑存放时间对内力以及位移的影响，建议混凝土桥面板存放时间不宜少于180d，这样钢主梁和桥面板都能达到较好的受力状态。

[1]邱文亮,姜萌,张哲. 钢—混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法[J]. 工程力学, 2004, 21(4)： 162-166.

[2]项海帆. 高等桥梁结构理论（第二版）[M]. 北京：人民交通出版社, 2013.

[3]Salvatore G M, Claudio M. Preflex beams： a method of calculation of creep and shrinkage effects[J]. Journal of Bridge Engineering,2006,11(1) ：48-58.

[4]林元培. 斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社, 2004.

[5]姚康宁. 大跨度混凝土斜拉桥运营阶段混凝土收缩徐变影响研究[D]. 长沙理工大学, 2006.

[6]李法雄,王晓夫,黄厚卿,王家忠. 钢—混凝土组合梁斜拉桥收縮徐变影响[J].公路交通科技, 2013,30(10)：54-60.

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1007-6344（2017）04-0051-02