PC连续刚构桥结构内力与长期挠度相关性分析

张楠 龚林

摘 要：为探究桥梁结构内力对长期挠度的影响，以两座桥墩形式相同的PC连续刚构桥为研究对象，对其各阶段内力与位移状态进行分析，结果表明：桥梁结构内力分布决定梁体形态变化趋势，提高预应力弯矩与恒载弯矩比值可降低PC连续刚构桥长期挠度。

关键词：PC连续刚构桥;结构内力;长期挠度

0 引言

近年来，PC连续刚构桥出现的常见病害是跨中挠度较大[1，2]。早期的桥梁设计过程中，设计师们对于梁体截面的应力水平及强度能否符合规范要求较为重视，不太重视桥梁成桥时的内力分布状态对梁体后期挠度的影响[3，4]。本文通过对两座桥墩形式相同的连续刚构桥进行模拟，探究桥梁结构内力对长期挠度的影响。

1 工程概况及有限元模拟

A桥跨径为72 m+136 m+72 m，B桥跨径为91 m+168 m

+91 m，上部结构选用单箱单室截面，并设置了纵、横、竖三向预应力。A、B桥的模型如图1。

2 PC连续刚构桥成桥内力与挠度分析

根据计算结果可分析各自钢束配置情况引起的主梁梁体弯矩分布与梁体挠度之间的联系。因桥梁跨度对称，桥墩高度接近，故取半结构进行计算分析[5]。

2.1 初始内力分析

A、B两桥在成桥状态与最大悬臂状态下各截面弯矩值如图2。

A桥在最大悬臂阶段，除墩顶中心线位置处与附近少数几个截面有较小负弯矩外，其余位置均为正弯矩;而在成桥阶段，边跨10’#～中跨13#截面内均为正弯矩，其余截面为负弯矩，说明A桥在上述两个施工阶段，较多截面均存在一定的正弯矩余量。

B桥在最大悬臂阶段，边跨17’#～中跨17#截面均为负弯矩，最大负弯矩位于0’#截面处;而在成桥阶段，除边跨12’#～16’ #截面以及中跨8#～ 17#截面为正弯矩外，其余截面位置均为负弯矩，最大值位于0’#截面处，说明B桥在上述两个阶段，较多截面预应力弯矩不足以抵消结构自重引起的弯矩。

2.2 位移对比分析

根据模型计算结果，分别列出A、B两桥在成桥与运营十年两个阶段的位移值如图3，具体分析如下：

A、B两桥在成桥阶段时，中跨跨中截面位移值为正，即使是成桥后运营十年，该处位移值也较小，结合内力分析，最大悬臂状态下，在靠近跨中的前几个截面弯矩比均大于1，在端部取得最大值且远大于前几个截面的弯矩比，同时，由于后期中跨底板束张拉，使得跨中位置处产生一定的上拱，因此在成桥阶段与运营十年阶段，中跨最大挠度往往不是出现在跨中截面位置，而是在跨中截面的前几个截面位置处。

2.3 内力与长期挠度相关性分析

由表1可知，A桥最大悬臂状态弯矩比平均值大于1，成桥时中跨挠度较小，成桥后长期挠度与跨径的比值较小且挠度增幅较慢;与之相反，B桥最大悬臂状态弯矩比平均值小于1，成桥时中跨挠度较大，成桥后长期挠度与跨径的比值较大且挠度增幅度较快;由此可推断提高预应力弯矩与恒载弯矩比值是降低PC连续刚构桥长期挠度的一种方式。

3 结论

根据所依托项目A、B两桥，进行最大悬臂和成桥状态的内力与挠度对比分析，得出结论如下：（1）最大悬臂状态下，距离跨中截面较近的悬臂端部截面位移较小，且底板合龙的张拉使得中跨跨中截面产生一定的上拱，因此在成桥及运营阶段，中跨最大挠度往往出现在跨中前几个截面，而不是跨中截面。（2）最大悬臂状态结构内力不仅影响成桥时挠度，而且还会影响成桥后的长期挠度，提高预应力弯矩与恒载弯矩比值是降低PC刚构桥长期挠度的一种方式。

参考文献：

[1]王法武，石雪飞.大跨径预应力混凝土梁橋长期挠度控制研究[J].公路，2006（8）：72-76.

[2]王法武，石雪飞.大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制分析[J].上海公路，2006（1）：29-32+5.

[3]田宁.大跨径连续刚构桥长期下挠成因之不平衡弯矩研究[D].长安大学，2013.

[4]杨斌，陈闯，韦仕荣，等.大跨径连续刚构桥长期下挠影响因素分析[J].贵州大学学报（自然科学版），2017，34（6）：125-131.

[5]邵旭东，程翔云，李立峰.桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社，2012.