浅析预应力砼连续梁桥在施工中的位移变化

范家标

摘要：纵向位移发生较大变化是预应力砼连续梁桥在体系转换和钢铰线张拉后梁体位移中比较主要的问题，更是连续梁施工中较为普遍的问题。因此，在实际施工中对体系转换前后进行受力分析，论证该位移变化在允许范围内。

关键词：体系转换 预应力砼连续梁桥 次内力 负弯矩 T构

概述

全长1188.3m的漠阳江西河大桥，主桥是我们较为常见的55+80+55m分离式连续箱

梁（见图一）。临时支座

主要是混凝土块锚固钢筋

组成。合拢顺序为：边跨

合拢到体系转换再到中跨合拢。向爆破炸除临时支座是体系转换时采用较为常见的方法。在体系转换后中跨12号块沉降较大，而边跨合拢段却有所提升。这一变化使施工位移与设计位移的差距增大。但底板钢束张拉后合拢段上拱到接近设计位移。这是否属于正常情况，为此对体系转化前后利用有限元分析法进行受力分析计算。

利用连续梁成桥设计的负弯矩预应力筋为支承，是连续梁分段施工的受力特点。悬浇过程中各独立T构的梁体处于负弯矩受力状态，随着各T构的依次合拢，梁体依次转化为成桥状态的正负弯矩交替分布形式，这一转化就是连续梁的体系转换，因此，连续梁悬浇施工的过程就是其应力体系转换的过程，也就是悬浇时实行支座临时固结、各T构的合拢、固结的适时解除、预应力的分配以及分批依次张拉的过程。体系转换前体系属于一次超静定结构，体系转换后体系成为静定结构，梁的受力情况明确了，而且消除了次内力的不利影响。

影响因素

桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态（线性和受力） 相吻合。要实现上述目的，就必须全面了解可能使施工状态偏离理论设计状态的因素，以便施工实际有的放矢的有效控制。结构参数。结构参数是控制中结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。结构参数主要包括：结构构件截面尺寸、结构材料弹性模量、材料容重、材料热膨胀系数、施工荷载和预应力或索力。施工监测。检测是桥梁施工监控的最重要手段之一。检测包括应力检测、变形监测。因测量仪器、仪器安装，测量方法数据采集、环境情况等存在误差，所以，结构监测总是存在误差。温度变化。温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变。在不同时刻的结构状态（应力、应变） 进行量测，如果施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真是状态数据（与控制理想状态比较） ，从而也难以保证控制的有效性，所以，必须考虑温度变化的影响。材料收缩。徐变对混凝土桥梁结构而言，材料的收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响，这主要是由于大跨径桥梁施工中混凝土普遍存在加载龄期小、各阶段龄期相差大等引起的，控制重要予以认真研究，以期采用合理的、符合实际的徐变参数和计算模型。

计算思路

无论采用什么分析方法和手段，总要对实际桥梁结构进行简化和建立计算模型，这种简化式计算模型与实际情况之间存在的误差、包括各种假定，边界条件处理，模型化的本身精度等。控制中需要在这个方面做大量工作，必要时还要进行专门的试验研究，把计算模型误差所差生的影响减到最低限度。连续梁桥在施工阶段的竖向位移可近似看作梁的弯曲变形。梁的变形一般是由剪力Q和弯矩M分别引起的。对工程中绝大多数的细长

梁，剪力Q对梁变形的影响很小，可忽略不计。所以纯弯曲变形公式，在此仍可适用。梁弯曲变形的基本公式：

…………（1）

ρ——梁的中性层曲率

M——梁段承受的弯矩

EI——梁的抗弯刚度

建立了挠曲线近似微分方程后，就可用直接积分法求梁的转角及挠度方程，再计算任一横截面的转角和挠度。对于等截面梁，将式（4）积分一次得出转角方程。

再积分一次得出挠度方程：

积分常数可由梁的边界条件和交界处变形连续条件确定。

数据文件的编写依据

利用电算程序对西河大桥施工时的挠度进行验算。

数据文件只针对箱梁编写，下部结构视为刚体。全桥根据施工阶段悬浇次数共分64个单元，利用节线法计算其截面特性。根据砼浇筑，钢铰线张拉把全桥梁体分32个施工阶段。

通过数据描述出施工阶段数，砼收缩徐变系数，支座类型及所在位置，临时支座安装、拆除时间，桥面竖曲线数据，预应力钢束的几何类型、物理类型及分布情况，竖向镫筋的信息数据，各施工阶段梁上荷载分布情况，非桥面移动荷载控制变量，普通钢筋设计数据。（详见电算说明书）

电算结果

由电算程序可得出各施工阶段的强迫位移，现取西河桥各施工阶段最后浇筑段的位移与实测值相比较。

由程序得结构竖向位移图

由观测测量得出结构竖向位移值

测点编号 体系转化前 体系转化后 中跨张拉后 测点编号 边跨张拉前 体系转化前 体系转化后 中跨张拉后

两种数据相比较可见程序计算值与观测值基本吻合。由程序计算得边跨底板张拉后现浇段4#块起拱5.8cm，体系转化后中跨12#块下沉11.4cm，中跨张拉后中跨12#块起拱4.6cm。由观测得边跨底板张拉后现浇段4#块起拱5.5cm，体系转化后中跨12#块下沉9.4cm，中跨张拉后中跨12#块起拱3.6cm。可见梁体的这些变化是允许的。

结果分析

梁体纵会向位移的原因有多个，主要包括以下几个：温度变化、结构受力形式的改变、支座位移、砼的收缩徐变、及预加次力矩的影响。

预应力混凝土箱梁桥近年来在我国公路建设中得到迅速发展，其温度效应问题在工程界一直备受关注。温度变化本身相当复杂，包括季节温差、日照温差、骤变温差、残余温度、不同温度场等等，但就自然环境条件变化所产生的温度作用而言，一般分为日照温度作用、骤然降温温度作用和年温度变化作用3种类型。虽然这3种温度作用均在混凝土桥梁结构中产生温度效应，但由于年温变化相对简单，且通常在工程设计中已被考虑，所以日照温度和骤然降温温度作用就成为研究的重点。而悬臂箱梁在施工过程中，梁体是在钢铰线的预应力、梁体本身的强度、普通钢筋的强度及相对支座的对称施工情况下出于一种平衡状态。随着悬臂长度的不断增加，在重力作用下梁体的下挠是不可避免的。每施工完一塊后在梁体在自重的作用下都会下挠，张拉完成后由于次力矩的作用梁体又会上挠。因为跨度大、悬臂长、白天在阳光的照射下，箱梁的顶底面形成温差，顶面温度高砼膨胀，底面温度底砼收缩，梁体有下挠的趋势。随着施工时间的增加，砼产生收缩徐变，预应力有所损失使梁体的上挠程度减少。同时钢铰线张拉完后预应力不会马上全部释放出来，而是在之后一段时间里慢慢释放，因此在这段时间里梁体将会产生位移。此外，体系转化使梁体的受力形式发生变化、支座由没完全受力到完全受力都会使梁体产生位移。虽然电算程序计算的数值与观测值大致吻合，但在施工过程中结构的实际变形却未必能达到预期的结果。这种偏差随着连续刚构桥悬臂的不断加长，逐渐积累。梁体的位移还有水平位移和转角位移这里不再累叙。

结束语

通过对漠阳江西河大桥位移变化进行观测，并把观测值与计算值进行比较分析可为今后挂篮施工的位移控制提供依据。