大跨度PC连续梁桥参数敏感性及施工控制分析

张学荣

（合肥市公路管理服务中心,安徽 合肥 230000）

0 引言

PC连续梁桥具有整体受力性能好、刚度大、变形曲线平缓等优点，已成为大跨径桥梁的主要选择类型之一[1-2]，大多采用悬臂浇筑法[3]。大跨度PC连续梁桥悬臂浇筑施工过程中受诸多因素影响，结构线形、应力不断变化，桥梁跨度越大，施工过程中桥梁线形和应力越不易控制，桥梁施工控制是保证大跨度PC连续梁桥施工质量的关键技术[4-6]。该文依托G206上跨沪陕高速主桥工程，建立主桥空间梁单元有限元模型，进行有限元数值分析，以设计参数为基准，探讨参数变化对结构线形影响规律。同时，对该桥施工过程中结构线形和应力进行监测，通过实测数据和理论数据对比分析，指导后续施工，确保桥梁线形平顺和受力合理。

1 工程概况及有限元模型

G206上跨沪陕高速主桥为三跨变截面单箱双室连续梁桥，采用C50混凝土，跨径布置为（55+100+55）m，全长210 m，箱梁顶宽15.75 m，中墩墩顶梁高6.0 m，跨中梁高2.8 m，悬臂浇筑部分梁高按2次抛物线规律变化；预应力钢束采用φ15.2-19、φ15.2-15钢绞线，张拉控制应力 0.75fpk，fpk=1 860 MPa。全桥共划分 17 个施工阶段，边跨现浇段采用满堂支架法施工，累计长8 m，其他梁段采用挂篮法悬臂分段浇筑，边跨和中跨合龙段各2 m，先边跨合龙，然后中跨合龙，再进行体系转换，二期铺装。采用Midas Civil建立空间梁单元有限元模型，全桥共划分115个节点，98个梁单元，桥墩底部固结，中墩与主梁采用弹性连接中一般连接，边墩按支座约束采用一般支承，空间梁单元有限元模型如图1。

图1 空间梁单元有限元模型

2 施工过程参数敏感性分析

根据大跨度PC连续梁桥悬臂浇筑施工情况及桥梁结构特点，针对G206上跨沪陕高速主桥，选取结构最大悬臂状态、成桥阶段作为典型阶段，分析主梁自重、主梁刚度、张拉控制应力调整后，结构线形变化规律。

2.1 主梁自重敏感性分析

考虑到主梁自重直接影响桥梁线形，实际施工过程中，混凝土材料的离散性、模板制作偏差等因素[7]，往往造成主梁重量偏差。在保持主梁结构截面尺寸不变基础上，将主梁自重以增大2.5%、5.0%和减小2.5%、5%幅度进行改变，分析比较结构线形变化规律，见图2～3。

由图2～3可以得出，主梁自重偏差主要影响悬臂中部线形，对臂根部附近线形影响微小，最大位移差值位于悬臂中部附近；当主梁自重偏差5.0%时，最大悬臂状态，结构最大位移差绝对值为3.0 mm；成桥阶段，结构最大位移差绝对值为3.9 mm。

图2 主梁自重对最大悬臂状态线形影响

2.2 主梁刚度敏感性分析

刚度反映结构抵抗变形能力，直接影响结构线形变化，混凝土弹性模量决定主梁刚度，混凝土弹性模量与设计值存在偏差。通过调整混凝土弹性模量，探讨主梁刚度以−5.0%、−2.5%、2.5%、5.0%进行调整，分析主梁刚度对结构线形的影响，见图4～5。

由图4～5可以看出，主梁刚度变化时，结构线形变化幅度很小。当主梁刚度偏差5.0%时，最大悬臂状态，结构最大位移差绝对值为0.4 mm；成桥阶段，结构最大位移差绝对值为0.6 mm。

图3 主梁自重对成桥阶段线形影响

图4 主梁刚度对最大悬臂状态线形影响

图5 主梁刚度对成桥阶段线形影响

2.3 张拉控制应力敏感性分析

由于预应力张拉施工过程中往往出现张拉偏差[8]，对于大跨度PC连续梁桥，预应力变化对结构线形有很大影响[9]，同时，张拉控制应力是预应力张拉施工主控项。设计张拉控制应力为0.75fpk，将预应力张拉控制应力以2.5%、5.0%幅度进行调整，分析张拉控制应力0.7fpk、0.725fpk、0.775fpk、0.8fpk对结构线形影响，见图6～7。

图6 张拉控制应力对最大悬臂状态线形影响

图7 张拉控制应力对成桥阶节段线形影响

由图6～7可知，张拉控制应力对悬臂中部梁段线形影响较大，对悬臂根部附近线形影响微小，最大位移值出现在悬臂中跨中部附近。当张拉控制应力偏差5.0%时，最大悬臂状态，结构最大位移差绝对值为3.4 mm；成桥阶段，结构最大位移差绝对值为6.2 mm。

3 施工过程参数敏感性对比分析

以结构原设计参数为基准，通过主梁自重、主梁刚度、张拉控制应力以5.0%幅度调整，对比分析结构参数变化对结构最大悬臂状态、成桥阶段结构线形影响，见表1。

表1 不同结构参数对结构线形影响对比

由表1可知，当结构参数以同等幅度变化时，最大悬臂状态，主梁自重对结构线形影响最显著，张拉控制应力次之，主梁刚度影响最小；成桥阶段，张拉控制应力对结构线形影响最大，主梁自重次之，主梁刚度影响最小。经对比参数敏感性结果可知，桥梁施工过程中，结构线形对主梁自重和张拉控制应力最敏感，必须加强施工过程主梁自重和预应力张拉控制。

4 大跨度PC连续梁桥施工控制

根据施工方案以及节段划分，为实时监测整个施工过程中结构线形，确保大桥顺利合龙，线形平顺，在主梁各个号块前端截面布置线形监测点。为保证结构受力满足规范要求[10]，结合桥梁结构受力特点，梁段0#块与1#块交界截面，边跨跨中截面，中跨1/4、跨中、3/4截面位置附近关键截面布设应力测点。为更直观反映施工控制结果，根据施工进度，中跨合龙后，全桥实测线形与理论线形及0#块与1#块交界截面实测应力与理论应力对比如图8～9所示。

图8 实测线形与理论线形对比

图9 实测应力与理论应力对比

由图8～9可以得出，中跨合龙后，结构线形吻合度较好，实测与理论位移最大差值分别为12 mm、−5 mm，均在误差允许范围内；整个施工过程中，实测应力值与理论应力值变化趋势基本保持一致，主梁顶板及底板始终保持全截面受压，结构受力良好，最大受压应力值为12.9 MPa，未超过规范限值。

5 结论

该文依托G206上跨沪陕高速主桥工程，通过有限元软件Midas Civil进行仿真分析，以结构设计参数为基准，针对大跨度PC连续梁桥悬臂施工过程中参数敏感性进行研究，综合分析各项结构参数对结构线形影响，并对现场施工控制线形和应力成果进行分析，得出如下结论：

（1）施工过程中，最大悬臂状态，结构线形对主梁自重最敏感，张拉控制应力次之，主梁刚度影响最小；成桥阶段，张拉控制应力对结构线形影响最大，主梁自重次之，主梁刚度最小。

（2）经最大悬臂状态和成桥阶段结构参数敏感性对比分析，说明主梁自重和张拉控制应力是最影响结构线形的参数；施工控制过程中，应根据主梁自重和张拉控制应力结果反馈，进行模型参数修正，做好施工线形控制工作，确保结构线形在误差允许范围内。

（3）施工控制结果表明结构线形和应力控制合理，实测线形与理论线形吻合度好，结构受力状况良好，实测应力值与理论应力值变化趋势基本一致，箱梁全截面受压，最大压应力值12.9 MPa，处于安全范围，满足相关规范要求。