混凝土斜拉桥施工误差参数分析

万峰(上海市市政公路工程检测有限公司上海201108)

0 引言

采用现场浇筑施工的混凝土桥梁其施工质量会受到材料力学性能，施工人员水平，混凝土养护条件等较多因素的影响从而使得混凝土的施工质量离散性较大[1]。因此在对现浇混凝土桥梁进行结构力学分析或优化设计时，直接采用理论值来对混凝土材料参数进行取值则可能和桥梁的实际受力状态出现一定的偏差，且不用的影响因素对于桥梁结构力学性能的影响程度各不相同，而在实际工程中要对于混凝土桥梁施工的全部影响因素进行高精度的控制并不现实。因此应首先根据不同的施工误差参数对桥梁的关键力学指标进行敏感性分析，确定对于桥梁整体力学性能有显著影响的施工误差参数，以便于在实际的施工阶段进行重点的监测和把控，经济有效的提高现浇混凝土桥梁结构的施工质量，达到桥梁施工控制的目的[2-4]。以一座混凝土连续梁桥为研究对象，对主梁混凝土弹模和主塔混凝土弹模2 个参数针对该桥的静、动力性能进行了参数敏感性分析。

1 工程概况及有限元模型

1.1 工程概况

依托工程为一两跨预应力混凝土斜拉桥，塔、墩、梁固结体系。桥梁全长76m，跨径布置为46+30m，立面示意如图1 所示，横断面示意如图2 所示。主梁为等截面单箱三室预应力混凝土箱梁，主梁全宽24m，梁高2.1m，采用3 向预应力体系。桥塔采用矩形混凝土实心桥塔，布置于主塔上方的主梁的中央分隔带处，主梁向小跨侧倾斜58°，高25.25m，斜拉索采用有背索单索面布置。下部结构中主塔同样采用矩形实心混凝土结构，钻孔灌注桩基础以及重力式桥台。主梁主塔均采用C50 混凝土，主塔则采用C45 混凝土，预应力钢束采用抗拉强度为1860MPa 的钢绞线，斜拉索同样采用高强度低松弛的钢绞线。

图1 依托工程立面图

图2 依托工程主梁横断面尺寸示意/m

1.2 初始有限元模型

采用Midas Civil 建立初始有限元模型。其中主梁、主塔及主塔均采用梁单元建立，塔墩梁之间采用共节点刚性连接。由于该有限元模型仅用于分析实桥试验时桥梁的力学性能，因此建模时不考虑施工阶段且忽略主塔底部桩土的相互作用，故墩底采用固结连接。桥梁两端桥台处的边界条件按实际工程中制作的约束情况进行施加。由于依托工程箱梁较宽，采用单一的梁单元并不能很好的模拟箱梁的扭转效应，因此模型中箱梁在横断面方向划分为三段依次建立，相互之间采用虚拟横梁进行连接。斜拉索采用桁架单元建立，拉索索力则按照二期铺装后的实测索力进行施加。全桥模型共计416 个节点，539 个单元，其中22个桁架单元，517 个梁单元。最终建立的有限元模型如图3 所示。

图3 有限元模型

2 施工误差参数分析

在混凝土施工过程中的振捣、养护均可能对其弹模存在不同程度的影响，在混凝土结构施工过程中也通常存在对强度的控制较为严格而对弹性模量的关注不够的现象，因此现浇混凝土结构弹模的离散性可能较大。依托工程桥梁混凝土主梁和主塔均采用现场浇筑的方式进行施工。根据实桥施工中可能存在的施工误差选择了主梁弹模，桥塔弹模2 个结构参数进行敏感性分析。依托工程主梁混凝土采用C50 混凝土，桥塔混凝土采用C45 混凝土，因此主梁混凝土和桥塔混凝土的弹模取值范围分别为28400~42 600MPa 和29 325MPa~39 675MPa。

图4 跨中挠度

图5 结构竖向振动基频

表1 待分析参数点

将2 个待分析参数的幅值范围进行分割，得到的不同参数点分别带入有限元模型进行分析（表1），并以主梁在恒载作用下的跨中挠度以及主梁第一阶竖向振动的频率（基频）两个涵盖了依托桥梁静、动力性能的指标进行参数敏感性分析，最终得到的结果如图4、5 所示。

由图4 图5 可得：主梁混凝土弹模以及主塔混凝土弹模对依托桥梁的跨中挠度均呈负相关关系，其中主梁混凝土弹模的参数敏感性要大于主塔混凝土弹模的参数敏感性，且呈现出了非线性的相关关系。同样，主梁混凝土弹模以及主塔混凝土弹模对依托桥梁的基频均呈现出正相关关系，主梁混凝土弹模的参数敏感性与主塔的混凝土弹模敏感性相当。因此在实际混凝土桥梁工程的施工过程中应较为注重主梁混凝土浇筑后的养护工作。对于混凝土连续梁桥来说，也应对主塔混凝土施工后的养护工作给与足够的重视，其对于结构静、动力性能也具有一定的影响。

3 结语

（1） 主梁混凝土弹模和主塔混凝土弹模均与桥梁的跨中挠度呈负相关关系，与基频呈正相关关系；

（2） 对于混凝土斜拉桥，主梁仍为主要承重构件，其混凝土弹模对桥梁跨中挠度的敏感性均要高于桥塔混凝土弹模，对于结构竖向振动基频的敏感性则相差不大。