连续梁预拱度设置研究

王 红 力， 李 鹏 俊

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

韩滩双岛大桥位于金堂县中河、北河、毗河三江汇口上游约600 m处，跨越韩滩双岛，线路呈东西走向，起于金堂县韩滩路与赵杨路交叉口附近，沿赵杨路向东上跨新龙路、毗河、中河、北河、公园路，止于规划路路口。工程桩号范围为K0+240～K1+884，全长1 644 m，其中桥梁全长1 297 m，拟建桥梁主桥为215 m+430 m+215 m斜拉桥，桥面宽38 m；引桥采用等高预应力混凝土连续梁，标准跨径为40 m、50 m，标准桥宽为32.5 m，36 m。主桥面积为32 680 m2，引桥面积为14 600 m2，人行天桥面积约为1 140 m2。其中东岸引桥为：(25+2×50+44)m、(35+2×50+34)m及(30+40+30)m，西岸引桥为：4×40 m。两岸引桥均为等高度预应力混凝土连续梁，横桥向双幅布置。由于连续梁各跨的跨径增加，使用年限变多，通车后将作为金堂县的关键交通枢纽，车辆超重现象等一些客观原因不可避免，进而将导致连续梁梁体在成桥后跨中出现各种程度的下挠形变。因此，只有在施工过程中设置合理的预拱度,才能使连续梁的上部结构在经历施工中重复发生的朝上或朝下的施工工艺以及韩滩双岛大桥在运营一段时间后达到实际需要的连续梁线形[1]。连续梁在施工过程中，由于混凝土弹性形变量的实际测量值与理论值存在一定程度的差异，混凝土自身的实际重量与理论重量的取值存在一定程度的差值、混凝土的收缩徐变以及施工环境的温度与理论计算值存在一定的差距等一系列原因导致连续梁在混凝土浇筑完成后的线形与设计给出的理论线形发生一定程度的偏差，因此，为了保证完工后的工程满足设计线形的要求，就必须在连续梁施工过程中对连续梁的支架高程进行有效的控制，从而达到最佳的成桥效果，预拱度的设置就显得十分必要。

2 连续梁梁体预拱度的设置与研究

2.1 连续梁梁体预拱度的分类及设置

根据连续梁梁体结构的形变性质和时间的不同，连续梁预拱度的设置可以分为成桥预拱度和施工预拱度。成桥预拱度的设置主要是为了消除后期运营过程中的收缩徐变、后期预应力的损失、活载变形等。施工预拱度的设置主要是为了消除施工过程中各种荷载对线形的影响。从目前来看，对于桥梁预拱度设置的需求，通常预拱度的设置方法是连续刚构桥线形控制方法与研究[2]和桥梁施工质量控制及安全管理技术[3]：全部的恒载力和其中一小部分的活载力所产生的竖向挠度数值即为施工过程中所需要设置的最大预拱度值，设置在连续梁每一跨的中间位置且向连续梁的每一跨的两边逐渐变小，一直到桥墩处变为最小值，按照现场施工需求分配合适的预拱度。

2.2 预拱度的设置及分析

笔者介绍了目前连续梁成桥预拱度设置的常见方法：经验曲线分配法和公式算法。

(1)经验曲线分配法。实践经验及相关资料表明：连续梁的最大预拱度在通常情况下取在L/2 000～L/1 000之间。相关计算结果显示，弹性形变在连续梁中跨四分之一处产生的变形约为连续梁桥跨中的一半；在采用二次抛物线分配合理的预拱度时，连续梁跨中和L/4 处的预拱度比值为四分之三，和简支梁的计算结果刚好一样，但是与连续刚构桥的理论预拱度有一定的差异。因此，应该按照余弦曲线分配合理的预拱度。其原因为：①余弦曲线在连续梁桥墩的顶部为两条曲线相接处，斜率为零；②余弦曲线在L/4 处需要设置的预拱度是该梁段跨中最大预拱度的二分之一，连续梁中跨成桥预拱度的余弦曲线方程如下。

式中L为中跨跨径；fcs值为中跨跨中成桥预拱度。

连续梁边跨预拱度的设置：从以往经验看，一般边跨最大预拱度发生在边跨的最中间处，即边跨的跨中；边跨最大预拱度的数值一般是整个连续梁最大预拱度的四分之一。刚构桥的梁体是固定的，由变形控制可知：转角的位移造成连续梁的跨中下挠、边跨上挠。所以，连续梁的边跨预拱度基本上都设置的比较小。但是，在现阶段施工条件下，通常采用的是连续梁中跨合龙之前梁体压重或顶推的方式，使桥墩的墩顶在成桥之前就有一定的向连续梁边跨的预设置偏移量。 由此可见，连续梁的边跨可以按照理论计算的预拱度值再结合施工经验设置合理的预拱度。

(2)公式计算法。

式中α为预拱度设置过程中的固定系数，需按目前长度相近桥梁的实际下挠情况确定；d1为连续梁完工5 a后混凝土徐变的挠度值；d2为实际活载挠度值。按照上式计算预拱度时，活载力的计算可在连续梁的收缩徐变阶段(成桥后5 a)再后加一个阶段,将按照相关规范对应的车道荷载进行准确的计算，并且单独分离出计算结果乘以二分之一的系数。

3 结论及建议

由以上分析可知：连续梁在浇筑每一跨的过程中，需要控制支架的高程，同桥梁完工时每一节梁段高程之间的差值为施工过程的预拱度，再加上各个连续梁浇筑每一跨的梁体所发生的形变之和；而成桥预拱度值是连续梁完工后连续梁的每一跨梁体的实际高程和理论高程之间的差值。 施工过程中影响预拱度的因素有三点：连续梁的梁体自重、挂篮的本身重量、预应力带来的影响，其中预应力的大小会随着施工工艺的不同和时间的流逝对已经完工的的连续梁产生一定程度的变化。预拱度的设置通常使用两种方法，连续梁的最大预拱度数值都是以施工经验丰富的工程技术人员的经验确定的，公式算法中的固定系数α同样是按照经验确定的[4]。采用等高预应力混凝土连续梁预拱度设置的绝对挠度法[5]与公式算法中采用分配曲线计算即可以得到相应的曲线。自然环境温度引起变化、梁体自身预应力的损失和车辆在行驶过程中对连续梁完工后的预拱度的影响值可以通过准确的计算得到。连续梁成桥预拱度的主要影响原因是后期混凝土徐变造成的影响。但是，混凝土的徐变对连续梁梁体成桥后的具体影响程度还没有得到十分科学的理论依据，再加上运营过程中的几何非线性变化和徐变的挠度中

的偶然现象很多，因此，目前设置连续梁预拱度的方法一般都是根据跨度、长度相近桥梁的相关经验确定，这样看来，为连续梁设置适当的预拱度对桥梁完工后的合理受力以及安全使用就显得十分重要。