大跨度预应力混凝土连续刚构桥挠度控制措施

李 仲

（中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100161）

0 引言

近几年来，在我国桥梁的建设工程中采用较多的结构体系就是大跨度预应力混凝土连续刚构桥，这是因为本桥所特有的结构特点，主梁连续、墩梁固结，不但确保了连续梁无伸缩缝隙，行车平坦等，同时还保留了T形钢构无支座、无需体系转换的优点，为施工提供了便利，而且在抗弯刚度（顺桥向）和抗扭曲度（横桥向）方面，对大跨径的受力需求均可满足。这是由于连续刚构桥是一种具有生命力的桥梁构造体系，在大跨度预应力混凝土桥梁对桥型选择时，连续刚构桥成为了首选的桥型。而该文章的背景工程选择的是紫洞特大桥，然后运用Midas有限元软件计算并分析影响大跨度连续刚构桥长期下挠的各种因素。

1 工程概述

连续钢构桥，主跨长度270 m，通过长期实际观测，发现桥梁下挠22 cm；和此座大桥具有相同体系结构的大桥，主跨245 m，同样桥梁下挠严重，最大已经达到32 cm。出现桥梁挠度增加的现象目前在大跨度桥梁建设中已经屡见不鲜。桥梁下挠严重会导致出现行车不平顺，给乘客带来不舒服的感觉，更严重会增加高速行车的危险系数。

选择这座主跨为270 m的大跨度预应力混凝土连续钢构桥，跨径为150 m+270 m+150 m，联系钢构桥的主梁采用的形式是变截面箱形，31 m设为桥梁的宽度，上面有一单独桥的方案，下面同样也有一个单独桥方案，每个单桥的宽度为15 m，上面单独桥的构造运用的施工方法是悬臂浇注法。相关文献在对大跨度钢构桥的挠度进行观测时，通常是借助高程控制网以及导线加密控制建立钢构桥的位移监测控制网进行的，同时还需要结合该座大跨度钢构桥所在的季节、环境以及温度的实时情况。如果在冬季监测钢构桥的位移情况，冬季昼夜温差小，温度的变化对钢构桥的影响不会太大，在对桥面的挠度进行检测时，如果选择的监测时间基本相同，温差也不会很大，这在业内计算由温度引起的桥梁变化是可以忽略的。

2 对长期挠度的方法进行分析

在营运的条件下，桥梁结构的应力相对较小，这符合混凝土线性徐变理论的要求，应力在分次施加时，出现应变符合叠加的原理。从3个方面讨论实桥的徐变变形：①实桥主要构造的施工已完结，但二期恒载还没有施工，剖析该时刻的间隙时间；②二期的恒载施工已完结，对通车的传统长期徐变挠度测算尚未进行；③预测的长期挠度（准永久值）要考虑在内。最后需通过设计来剖析缘应力差（主桥上下）和结构徐变彼此之前的关系[1]。

3 分析计算

讨论本桥的徐变变形与时间关系，同时施行三维有限元分析，所用的程序是ANSYS。二次开发需以该程序的特性来进行，在引入新规中的混凝土徐变方程式，混凝土的收缩和降温法是等同的，可以此来思量；link8是预应力钢筋的单位，在ANSYS中可有诸多方法思考预应力，此篇文章用的是初始应变法，可将混凝土和预应力筋顺着桥梁的纵向分为诸多个单元，进而确保预应力钢筋和混凝土是一起工作的，对力筋不一样的应力可以用各单元不一样的实常数来模仿，这可以对应力消耗的影响进行模拟，图1为有限元模型。本桥的设计是以预应力为基础的，因如今对徐变变形很注重，下面的计算结果只是徐变变形的结果，之后和实测的结果比对。

第一阶段的主体结构已经合龙，二期恒载徐变变形还没有施行表明：在一期恒载作用下，桥梁的徐变变形随着时间的变化而呈现出了上挠的趋势，这方便了后面的徐变变形，所以，若想降低后期的徐变变形，可尽可能地将二期恒载动工的时间延迟[2]。但现实中，工期一般较短，当混凝土的强度符合了工程的要求后就马上进行二期恒载，假定40 d是二期恒载的动工时间。

图1 有限元计算模型

3.1 第二阶段的二期恒载施工完成后的徐变变形

整个桥体合龙后，有40 d的时间是二期恒载的动工时间，完工后，徐变挠度依据时间的计算结果得出，在一、二期的影响下，徐变变形呈现出下挠趋势，时间越长，下挠值越大，徐变半终值需300 d，徐变稳定需1800 d。

3.2 运营阶段考虑准永久值后的长期挠度预测

在新的要求中，长期效应组合涵盖了诸多方面，准永久值就是其中的成员之一，在此之后可施行常规的应用极限设计，以下分析包含了对准永久值后的考虑。

根据40 d的二期恒载动工的时间，工程竣工后便可以通车，得出徐变变形在第三阶段同样是下挠的，时间越长，下挠值就越大，相对于第二阶段来讲，其计算值要大很多，和实测值相似。

4 理论分析

将3个阶段在理论上得出的结果和实际得出结果比对发现：挠度值在第二阶段的理论和实测相差甚远，二者之间约相差40%，对准永久值影响考虑之后，挠度值在第三阶段的理论和实测差值较小，在22%的范围内。所以，对于推算桥梁长期徐变变形的方法，在第三阶段是可取的[3]。

在第二阶段，若预应力（梁体上下）的水平相似，后期的徐变挠度也不会很大；在第三阶段，若预应力（梁体上下）的水平差距较大，后期的徐变挠度也随之提升。将预应力（桥梁上下）的差值降低，对后期徐变变形可起到缓解作用，所以，设计时要将上下的缘应力的差值对之后挠度影响要考虑在内。

但在几年之后，第三阶段的挠度值预测的和实测的还有误差，这是由于由钢筋混凝土所构造的桥梁不但要接受恒载作用，同时还需接受循环荷载的作用，在加上大跨度预应力混凝土连续刚构桥个别区域的应力波动幅度较大，致使混凝土结构易有疲劳状态出现，因此对大跨度预应力混凝土连续刚构桥长期性能的探讨已经是重要的问题，所以要探讨后期的疲劳性能，可对服役期间的桥梁状态变化更加精准的评估。对8片预应力钢筋混凝土桥梁的疲劳状态经AMQZELLHE和E.ARDAMAN进行了试验，证明：疲劳加载的前期，梁的变形不大，在疲劳加载后期，挠度提升，这对上面的理论分析的正确性做了证实；此外，因主墩的受力的特点，致使2片墩的变形不尽一致，也可能会使主梁在之后的某一时期的竖向挠度升高。如今在徐变变形的影响方面，疲劳加载的定量计算还没有得出，因此，预测长期挠度时（使用阶段），需以第三阶段的分析结果为依据，考虑混凝土的限制膨胀率的提升，坍落度和混凝土的强度呈反相关[4-5]。

5 结论

（1）对钢管混凝土的流动性有决定性作用的是水灰比以及减水剂，掺量越多，坍落度越大，影响特别明显。水灰比是主要影响混凝土3 d强度的因素，粉煤灰以及减水剂对混凝土3 d强度的影响不大。

（2）在高性能钢管混凝土配合比设计中引入正交试验设计理论的策略，对多种配合比影响因素不同位级的分析只需很少的试验就可以实现，最终获得最佳配合比的方法。在高性能钢管混凝土试验研究中引入数理统计原理，这对材料研究和工程实践意义非凡。

［1］许梁.大跨度预应力混凝土连续刚构桥的长期挠度分析［D］.广州：华南理工大学，2016.

［2］马少飞.大跨度预应力混凝土连续刚构桥挠度成因分析［D］.北京：北京交通大学，2009.

［3］文武松.大跨度PC连续刚构桥挠曲开裂因素研究［D］.成都：西南交通大学，2009.

［4］童建刚.大跨度预应力混凝土连续刚构桥挠度计算和施工控制［D］.成都：西南交通大学，2007.

［5］舒鑫.大跨度预应力混凝土连续刚构桥线形控制研究［D］.南京：南京理工大学，2007.