收缩徐变对大跨非对称叠合混合梁斜拉桥成桥索力及线形影响研究

徐 飞

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

随着叠合混合梁的快速发展，其以独特优势陆续在各种桥型上得到应用，在大跨非对称叠合混合梁斜拉桥[1]属于高次内部超静定结构，斜拉索非线性效应明显，对于叠合梁斜拉桥，每一次完成钢梁的桥面板浇注，体系都进行了一次体系转换，超静定次数更高，施工控制难度大[2]。我们按照传统的施工控制方法控制此类桥梁达到理想的设计状态，即得到理想的成桥索力和成桥线形。如果我们在施工控制中没有考虑收缩徐变对成桥后的索力和线形的影响，虽然在竣工时候索力和线形是满足设计要求的，但是随着运营时间的增长，收缩徐变会让索力和线形发生很大变化，严重时候会造成安全隐患和影响行车舒适性。因此进行此类桥梁的收缩徐变研究是必要的。

本文依托的桥跨布置为270m+580m+170m，左边边跨和主跨主梁采用钢-混凝土叠合梁，右边边跨因配重需要采用双纵肋混凝土主梁并设置2个辅助墩，双塔双索面，其桥跨布置图如图1所示。

图1 桥跨布置图(单位：m)

由于全桥结构非对称，本文将针对叠合梁边跨，叠合梁主跨和混凝土梁边跨三部分分别说明。特别地，由于右塔边跨混凝土采用支架施工，且具有两个辅助墩，经计算收缩徐变变形量很小，基本不考虑。索力和线形计算方法和流程参考《桥梁工程》教材[3]，分析得出收缩徐变完成前后成桥索力和线形的增量，得到收缩徐变对大跨非对称叠合混合梁斜拉桥影响程度大小。

1 有限元软件及施工情况简介

1.1 施工情况简介

本文依托大桥主要采用悬臂拼装的施工方法，每一个梁段施工步骤如下：第一步，安装钢梁；第二步，安装斜拉索并初张；第三步，安装预制板并完成上一梁段的湿接缝浇注；第四步，完成斜拉索二张单顶张拉和三张整体张拉。

1.2 线形坐标系介绍

测试结果坐标系采用整体坐标系，左边塔边跨合龙端为坐标原点，顺桥向沿小里程至大里程方向作为X轴正方向，Z轴竖直向上，Y轴与X轴、Z轴形成左手螺旋，由下游至上游方向为正方向。

1.3 NLABS软件简介

NLABS是一个用于桥梁结构几何非线性分析的软件, 能够计算梁桥、拱桥、斜拉桥等桥型的内力、位移、反力、施工安装线形、制造线形、斜拉索无应力长度、斜拉索基于预应力钢筋伸长量、主梁安装拼接角度等，在非线性迭代和收缩徐变计算方面有着独特的优势，模型中考虑收缩徐变完成时间为1 000d。

2 收缩徐变完成前后索力增量

2.1 斜拉索编号说明

该桥中跨共有42对斜拉索，左边塔中跨编号从左到右为LZ1-LZ21，右边塔从右到左依次编号为ZS1-ZS21；边跨共有41对斜拉索，左边塔编号从左到右LB1-LB21，右边塔从左到右依次编号为BS1-BS20。

2.2 中跨索力差值

收缩徐变完成前后，中跨叠合梁的索力差值表和增量如表1所示。

由表1可以看出中跨叠合梁收缩徐变前后索力差值有正有负，总体差值不超过32kN。

2.3 边跨索力差值

收缩徐变完成前后，左边塔边跨叠合梁段和右边塔边跨混凝土段的索力差值如表2所示。

由表2可以看出，收缩徐变前后左边边跨叠合梁段的索力增量有正有负，其中LB20和LB21出现了-112kN和-120kN，出现较大的波动；右边塔边跨混凝土梁段斜拉索索力增量有正有负，最大值为-45kN。

表1 中跨叠合梁索力增量 kN

表2 边跨梁段索力增量 kN

3 收缩徐变完成前后竖向变形增量

3.1 中跨竖向变形增量

由于数据较多，表格中仅仅列出变形量较大的部分，中跨收缩徐变完成前后部分竖向变形增量见表3。

表3 中跨叠合梁竖向变形增量

3.2 边跨竖向变形增量

左塔边跨的竖向变形增量表如表4。

3.3 边中跨竖向变形量

由于收缩徐变引起的竖向变形量数据较大，上诉表格仅仅列出了部分变形量较大的数据，其余的数据由图形方式展现(图2)。

图2 边中跨叠合梁变形增量

由表3、表4和图2可以看出，收缩徐变前后边跨叠合梁和中跨叠合梁均出现了较大的变形量。边跨变形量最大的位置出现在边跨中间位置，约为-48mm；中跨变形量最大的位置出现在跨中位置，约为46mm。中间在桥塔位置处出现了正值，可能与模型中边界的模拟不合理有关，特此说明。

表4 边跨叠合梁竖向变形增量

4 结论

本文依托某大跨非对称叠合混合梁斜拉桥为背景，利用大型有限元软件计算收缩徐变完成前后成桥索力和线形的影响大小，得出以下结论：

(1)收缩徐变完成前后，中跨叠合梁成桥索力差值有正有负，总体差值不超过32kN；左边边跨叠合梁段的索力增量有正有负，其中最大值为-112kN和-120kN，出现较大的波动；右边塔边跨混凝土梁段斜拉索索力增量有正有负，最大值为-45kN。可见收缩徐变对成桥索力影响没有具体增大或者减小趋势，对中边跨影响不一致，对边跨影响较中跨较大。

(2)收缩徐变完成前后，边跨叠合梁和中跨叠合梁均出现了较大的变形量。边跨变形量最大的位置出现在边跨中间位置，大概为-48mm；中跨变形量最大的位置出现在跨中位置，大概为46mm。可见，收缩徐变对成桥后的线形影响较大，接近50mm，中跨跨中上挠较大，边跨跨中下挠较大。

(3)收缩徐变完成前后无论索力还是线形均有较大影响，特别是对成桥线形影响较大，如果在成桥调索未考虑这部分线形的影响，将会引起通车过后线路不同部分的上拱和下挠，影响行车舒适性。