大跨度连续梁桥结构参数影响性分析

仇天天,吴 哲,吴 宾

(浙江大港桥梁科学研究有限公司，杭州 310012)

大跨度连续梁桥结构参数影响性分析

仇天天,吴 哲,吴 宾

(浙江大港桥梁科学研究有限公司，杭州 310012)

大跨径梁桥施工工序繁多，影响参数较多，而对施工参数的准确把握对最终合理的成桥状态也起着关键作用。以某大跨度连续铁路梁桥为例，借助有限元分析软件Midas/Civil 建立该桥的计算模型，结合模型对施工控制中涉及的相关参数进行分析，并研究了不同的结构参数对成桥受力和变形的影响。按照各个参数对成桥状态的作用大小判别出主、次影响因素，并概括出规律，为今后同类型桥梁的设计和施工提供参考。

大跨度连续梁桥；参数分析；施工控制

0 引 言

桥梁结构参数包含了与桥梁整体状况变化密切相关的因素，改变参数必将对整个结构体系产生影响，而使施工过程中的真实状况无限的接近于目标状态是施工控制的最终目标[1]。由于在大跨度连续梁桥的整个施工过程中，流程繁琐，现场情况复杂，影响因素较多，所以在施工控制中结构的内力和线形变化规律极为复杂，难以把握[2-3]。所以，在桥梁的施工监控中，有必要对引起结构变化的参数进行归纳和分类，并对结构的影响大小进行误差分析，以便得到满意的成桥效果[4]。本文以某大跨度连续铁路梁桥为研究目标并结合有限元模型，分析了主梁刚度、主梁截面面积、主梁自重、施工荷载、混凝土收缩徐变和预应力等参数的变化对成桥状态的影响程度。

1 工程概况

该桥是一座跨径组合为(50+90+90+50)m四跨双幅四线铁路梁桥，单幅全宽10.64m，设计为主通航孔，桥梁全长279.8m。上部结构采用单箱单室变截面预应力混凝土连续结构，下部结构采用桩接承台基础。梁体采用C50的高性能混凝土，封锚采用C50的补偿收缩混凝土。主梁最大悬臂长度45m，共分11个悬臂节段施工，其中0#块长度12m，1～4#块长度3.0m，5～8#块长度3.5m，9～11#块长度4.0m，中、边跨的合拢段长度均为2.0m。桥梁设计使用年限为100年，最高行车速度为120km/h，列车竖向静活载采用ZK活载。桥型布置图如图1所示。

2 空间有限模型的建立

根据桥梁的真实状况以及主要设计参数运用桥梁计算软件Midas/Civil 建立了完整的仿真计算模型，全桥共计100个单元，106个节点。其中主梁采用C50混凝土，容重取26.0kN/m3；预应力钢束采用15-φs15.2mm、12-φs15.2mm钢绞线，张拉控制应力均为1320MPa；主梁、横隔板均采用梁单元模拟，边界条件采用一般支承模拟。为了确保施工过程的安全和精确，全桥共划分48个阶段，其计算模型如图2所示。

图1 桥型布置图(单位：cm)

图2 Midas/Civil计算模型

3 参数影响性分析

在借助模型的分析计算中，为了真实的模拟出参数变化对成桥体系的影响，通过修改弹性模量、截面面积、容重、挂篮和合拢吊架荷载、加载龄期和张拉控制应力等参数来实现[5-6]。

3.1 主梁刚度变化影响分析

图3 主梁上缘应力变化

图4 主梁下缘应力变化

由图3和图4可知，主梁的上、下缘应力在不同刚度变化情况下有所差异，刚度变化越大主梁应力则变化越大，变化最大值均为0.06MPa，但出现在不同截面位置处，对应的变化幅度均为0.75%，且变化幅度均不足1%。

图5 主梁竖向位移变化

从图5可以看出，随着主梁刚度变化量的增大，竖向位移的变化值也随之增大且位移随主梁刚度的增大而减少。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，且边跨较中跨影响更为敏锐。主梁竖向位移变化值的变化趋势是关于桥墩基本对称且数值大小也基本相同，且当刚度变化范围为±10%时变化最大，其值分别为1.38mm和-1.69mm，对应的变化幅度分别为7.02%和8.60%。

3.2 主梁截面变化影响分析

图6 主梁上缘应力变化

图7 主梁下缘应力变化

从图6和图7可以看出，主梁的上、下缘应力变化趋势基本一致，即应力随截面面积的增加而减小。且在不同截面面积变化情况下变化不同，截面面积变化越大主梁应力则变化越大，最大变化值均为-0.77MPa，对应的变化幅度分别为11.24%和10.05%，且均出现在主墩和主跨跨中截面处。

图8 主梁竖向位移变化

从图8可以看出，随着截面面积的增大，主梁竖向位移的变化值也相应的增大且位移随主梁截面的增加而增大。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，边跨位移波动较小，而中跨位移波动较大，表明中跨位移较边跨位移对截面面积更敏感。主梁竖向位移变化值的变化趋势是关于桥墩基本对称且数值大小也基本相同，且当面积变化范围为±10%时变化最大，其值为±0.33mm，对应的变化幅度为4.49%，发生在主跨跨中位置处。

3.3 主梁自重变化影响分析

从图9和图10可以看出，主梁的上、下缘应力变化趋势正好相反，即上缘应力随自重的增加而减小，下缘应力随自重的增加而增大。但自重变化越大主梁应力则变化越大，变化最大值分别为-0.87MPa和0.97MPa，对应的变化幅度分别为14.19%和11.95%，且都发生在主墩位置处。

图9 主梁上缘应力变化

图10 主梁下缘应力变化

图11 主梁竖向位移变化

从图11可以看出，主梁竖向位移随主梁自重的增加而增大，自重变化越大主梁位移则变化越大。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，且在边跨和中跨跨中位置变化最大，其值分别为±4.55mm和±5.41mm，与其对应的变化幅度分别为23.14%和37.78%。主梁竖向位移变化值的变化趋势是关于桥墩基本对称且数值大小也基本相同。

3.4 施工荷载变化影响分析

图12 主梁上缘应力变化

图13 主梁下缘应力变化

从图12和图13可以看出，主梁的上、下缘应力变化趋势正好相反，即上缘应力随施工荷载的增加而减小，下缘应力随施工荷载的增加而增大。但施工荷载变化越大主梁应力则变化越大，最大变化值分别为0.05MPa和±0.06MPa，对应的变化幅度分别为0.74%和0.73%，且变化幅度均不足1%。

图14 主梁竖向位移变化

从图14可以看出，随着施工荷载的增加，主梁竖向位移的变化值也相应的增大且位移随施工荷载的增加而减少。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，且中跨主梁位移较边跨主梁位移变化更显著。主梁竖向位移变化值的变化趋势是关于桥墩基本对称且数值大小也基本相同，且当施工荷载变化范围为±10%时变化最大，其值为±1.16mm，对应的变化幅度为43.28%，发生在主跨跨中截面附近。

3.5 混凝土收缩徐变变化影响分析

图15 主梁上缘应力变化

图16 主梁下缘应力变化

从图15和图16可以看出，主梁的上、下缘应力在不同收缩徐变天数下变化不同，且均在收缩徐变3天时应力变化最大，其值分别为-0.05MPa和0.04MPa，对应的变化幅度分别为0.67%和0.52%，且变化幅度均不足1%。

图17 主梁竖向位移变化

从图17可以看出，主梁竖向位移在不同收缩徐变天数下变化不同，收缩徐变天数变化越大主梁位移则变化越大。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，且边跨位移较中跨位移变化较大，表明边跨位移比中跨位移受收缩徐变的影响更显著。主梁竖向位移变化值的变化趋势是关于桥墩基本对称，且当收缩徐变天数为3天时变化最大，其值为0.55mm，对应的变化幅度为2.80%。

3.6 预应力变化影响分析

图18 主梁上缘应力变化

图19 主梁下缘应力变化

从图18和图19可以看出，主梁的上、下缘应力变化趋势相同，即主梁应力随预应力的增加而增大，但发生的位置不同。上缘应力最大变化值为1.68MPa，对应的变化幅度为21.65%，且发生在主墩附近位置处；下缘应力变化最大值为1.02MPa，对应的变化幅度为12.86%，且发生在主跨跨中位置处。

由图20可知，主梁竖向位移随预应力的增加而减小，预应力变化越大主梁位移则变化越大。主梁竖向位移在全桥范围内均产生了不同程度的影响，且在边跨和中跨跨中位置变化最大，其值分别为-2.63mm和-4.90mm，与其对应的变化幅度分别为21.75%和34.22%。主梁竖向位移变化值的变化趋势关于桥墩基本对称且数值大小也基本相同。

图20 主梁竖向位移变化

4 结 语

本文通过对不同的参数变化对连续梁结构的影响分析，得出以下结论：

(1)在各项结构参数中，主梁自重和预应力对结构的应力和位移影响最大；而除了主梁截面偏差对分析结果有一定的影响外，其余各参数偏差对其应力的结果影响甚微，变化幅度均不足1%，基本可以忽略不计，但位移均产生了不同程度的变化，而施工荷载对位移的作用最大。

(2)通过对自重的参数分析，桥梁结构的内力和线形对主梁自重的变化灵敏性较高，但自重对主梁线形的影响更为显著。因此在施工现场要严格的控制材料的容重与理论值的误差，使其符合设计要求。

(3)通过对预应力的参数分析，预应力的变化对主梁应力及线形控制影响明显，因此在施工过程中应当严格仔细操作，保证预应力张拉到位。

(4)随着混凝土收缩徐变天数的缩短，成桥线形的控制就变得越发困难，而加载龄期对后期结构的受力和变形起着关键性作用，因此有必要按照现场的实际情况和施工进度来增加混凝土收缩徐变天数，使其达到设计的强度再施工。

[1]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]苏智.大跨度连续刚构桥的施工仿真计算和参数影响分析[D].长沙:长沙理工大学,2005.

[3]向东刚.高墩大跨度连续刚构桥施工控制及影响参数分析[D].西安：长安大学,2014.

[4]柴尚锋.客运专线大跨度连续施工监控与参数影响敏感性分析研究[D].兰州：兰州交通大学,2012.

[5]孙艳艳.高墩大跨连续刚构桥施工仿真计算和影响参数分析[D].重庆：重庆大学,2012.

[6]陈焰焰.大跨度连续刚构桥静力仿真计算及设计参数影响分析[D].长沙:长沙理工大学,2010.

InfluenceAnalysisofStructuralParametersofLongSpanContinuousBeamBridge

QIU Tian-tian，WU Zhe，WU Bin

(Zhejiang Port Bridge Science Research Co., Ltd., Hangzhou 310012,China)

The long span girder bridge has many construction procedures and many influencing parameters, and the accurate grasp of construction parameters also plays a key role in the final reasonable bridge forming state. The author of a long span continuous railway bridge as an example, using finite element analysis software Midas/Civil to establish the calculation model of the bridge, combined with the model has carried on the analysis to the related parameters of construction control, and study the different structure parameters of stress and deformation of the impact on the bridge. According to the effect of each parameter on the condition of the completed bridge, the main and secondary influencing factors are identified, and the rules are summarized, which will provide some reference for the design and construction of the same type of bridge in the future.

Long-span continuous beam; parameter analysis; construction control

U448.215

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.03.001

1671-234X(2017)03-0001-06

2017-05-27

仇天天(1990-)，男，黑龙江嫩江人，硕士，E-mail：1073682673@qq.com。