大跨度桥梁在设计中的施工力学理论及分析

曹青+

【摘要】施工力学是工程力学的拓展，主要研究结构施工过程中结构的力学表现及其特点。本文对 大跨度桥梁施工力学理论及其应用进行了简要分析，通过本文的研究探讨，希望能为有关于大跨 度桥梁施工力学理论方面的研究提供一些参考和借鉴。

【关键词】桥梁施工力学；大跨度桥梁；理论体系；力学分析

Theory and Analysis of Construction Mechanics for Large Span Bridges in Design

Cao Qing

（Shaanxi Yuantong Construction Planning & Design Co.， LtdXi'anShanxi710000）

【Abstract】The construction mechanics is the extension of engineering mechanics， mainly studies the mechanical performance and characteristics of the structure during the construction process. In this paper， the theory and application of large span bridge construction mechanics are briefly analyzed. Through the research of this paper， we hope to provide some reference and reference for the research on the mechanics theory of large span bridge construction.

【Key words】Bridge construction mechanics；Large span bridge；Theoretical system；Mechanics analysis

1. 引言

施工力学是力学学科与土木工程等工程学科 结合的产物，其成果将会对全国工程建设以及 21 世纪发展产生广泛、深远影响。它主要研究结构 在施工过程中的力学表现，以对施工过程正确地 进行结构分析。在科学技术和经济不断发展的今 天，回顾桥梁建设结构的历史，从小跨度、形式 简单的桥梁结构，到现在的大跨度、结构复杂的 新式桥梁，都体现了科技的不断进步。伴随着新 技术、新工艺、新材料的不断发展，以及关于桥 梁方面作用荷载研究的不断深入，人们更加关注 桥梁力学问题的研究。同时，这一系列的问题也 推动了我国桥梁力学的发展。同样，桥梁力学的 研究成果也使得桥梁设计施工和桥梁管理水平有 了相应的提高。在技术不断发展的过程中，桥梁 建设的发展与力学研究的发展同样表现出了相辅 相成的态势，二者互相促进，相互影响。当然， 一系列的桥梁倒塌事故等也告诉人们，理论要和 实际密切结合，切不可理论脱离实际。力学原理 在桥梁施工及施工监理的过程中同样非常重要。

2. 大跨度桥梁施工力学主要问题及理论分析

2.1施工阶段力学计算的不确定性。

施工阶段力学问题不同于桥梁结构设计的力 学计算，它具有一定复杂性和不确定性，主要体 现在以下两方面：（1）临时支架力学计算，包括 基础条件的不确定性、支架连接的不确定性、支 架荷载的不确定性；（2）施工状态的力学计算， 包括材料特性的不确定性、结构体系的不确定性、 施工荷载的不确定性（横向荷载及偶然荷载的影 响）、构造细节特性的不确定性。

2.2结构体系转换。

大跨径桥梁施工过程往往存在体系转换问 题。预应力混凝土连续梁、连续刚构或析式组合 拱桥，除满堂支架施工外，采用其他施工方法都 面临着体系转换这一共同问题，尤其是采用悬臂 浇筑或悬臂拼装的多跨大跨度连续结构，都经历 最初的静定悬臂刚构状态，然后分阶段合龙为单跨（或多跨）的固端梁、伸臂梁或临时连续刚构 等不同体系，最后才合龙为成桥状态的连续梁、 连续刚构或析架拱等超静定结构。 在体系转换中，除了要计算因施工程序不同、 荷载不同而产生的不同施工内力外，还应计及各 项次内力，包括施工过程中由于张拉预应力筋引 起的次应力和由于温度变化、混凝土徐变、收缩 等因素所产生的次内力。当按顺序合龙桥梁形成 体系转换时，在合龙梁段上要张拉连续预应力钢 束，这些连续束的张拉是在超静定体系上进行的， 势必产生由预加力引起的次内力。多次体系转换， 加上钢束的预加力沿程分布的变化，计算相当复 杂，通常采用等效荷载法，将混凝土与钢束分开 来考虑，最后求得预应力对结构的总效应（包括 初内力和次内力）。选择体系转换次序时，应该使 最终的连续梁（或刚构）体系的恒载内力分布合 理，同时还应尽可能地缩小各项次内力的不利影 响。在悬臂施工的连续梁中，各项次内力常使跨 中区段的正彎矩值有较大幅度的变化。

2.3由荷载组合分析结构内力和局部应力。

大跨度桥梁结构复杂，设计和施工高度相互 作用。如果两种或两种以上原因同时发生，则会 出现应力的叠加，其结果使得梁体的应力超过正 常使用极限状态的混凝土应力限值，必须以恒载+ 活载+温度骤降+基础不均匀沉降为控制设计荷 载。 对大跨度桥梁构件细部也需要精确的应力分 析，连续梁桥在顶板配置有横向预应力的情况下， 顶板和腹板交接处为控制设计断而，预应力钢筋 锚固端的两侧，危险截而要加以验算。以避免局 部构造损伤而失效，使桥梁破坏。

2.4挠度计算的叠加算法以及力学关系分析。

桥梁的挠度计算也是对不同阶段所产生的挠 度的叠加，其总值和一次性成桥所产生的挠度值 也是有差异的。不同的成桥方式其挠度规律截然 不同。施工阶段，其累计挠度能够更准确地体现 出桥梁建成以后最终的成桥线形。由此可知，桥梁的施工线形控制需要按照施工阶段累积挠度为 依据进行。对于采取悬臂挂篮浇筑施工法，最容 易发生的是内力和挠度不相吻合，也就是内力等 效的计算方式下算出来的挠度与实际的挠度不一 样，挠度不等效，在预计误差范围外。现阶段， 对于大跨径的桥梁线形控制，己逐步发展成为施 工控制过程中一项非常重要的任务。在桥梁施工 过程中必须要考虑其实际内力情况，而且要使得 挠度计算合乎要求。endprint

2.5有效预应力作用力学计算分析。

大跨度桥梁结构中，预应力的大小受到预加 力值和预应力筋的形状两个因素的影响。一般情 况下，预加力值包括对构件截而本身具有静定的 作用，对一些多余的约束有超静定的作用。在分 阶段施工的桥梁建筑过程中，常用到的方法包括 外力作用法，等效荷载法以及组合截面法。现阶 段，对于预应力效应计算方法的选取，都是在原 有的对于小型桥梁建设的基础上进行的，而大跨 度的桥梁建设，预应力损失很大，其实际结果与 计算结果相差较大。

3. 大跨度桥梁分析的施工力学效应

研究表明，进行大跨度桥梁的施工力学分析 和竣工结构一次性力学分析的差异，即大跨度桥 梁的施工力学效应可分为下面三种情况：

（1）一是“时效”。若材料具有粘性或结构具有非 定常热传导或需要考虑结构质量的惯性，则这些 含有时间因素的问题将和几何、物性、边界的时 变发生藕联，产生施工力学“时效”，即同一结构，不同施工过程，其最终力学状态不同，当然施工 力学分析结果和结构一次性分析结果也有不同。

（2）二是“路效”。若材料具有非线性或考虑几何 非线性，边界非线性（接触），则这些问题含有的 路径因素将和几何、物性、边界时变发生藕联， 产生施工力学“路效”，即同一结构，不同施工过 程，其最终力学状态不同，当然施工力学分析结 果和结构一次性分析结果也不同。

（3）第三种情况，即不考虑以上诸因素，只是計 入几何或物性或边界时变，而材料是线弹性的， 则不存在“时效”、“路效”，施工力学的分析过程 只要不断改变参数，进行多次常规分析（各次间 不再藕联），其简单组合形成施工过程力学状态时 空分布，来作为设计参考。也就是同一结构，不 同施工过程，其最终力学状态是一样的，施工力 学分析只是增加施工过程不同阶段的分析计算。

4. 结语

大跨度桥梁施工目前应用广泛。对于大跨度 桥梁工程的质量把握，关系到人们的生命安全， 关系到社会的稳步发展。分析其具体的力学理论， 对于更好地进行大跨度桥梁施工建设有着十分重 要意义。本文从多个方而分析了大跨度桥梁施工 中的力学原理，并且给出了一些简要的解决措施。 通过本文的研究，能够对该方而的问题给予一些 指导。相信在不断的发展过程中，关于该方而的 问题会处理得越来越好，关于大跨度桥梁施工质 量也会更加完善。endprint