波形钢腹板连续刚构桥施工预拱度控制
时间：2023-06-29 14:30:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王韶松，杨建荣，曾章波
（1.昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明 650500；
2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）
为保证桥梁在竣工阶段符合设计线性要求，在施工阶段就要将预拱度考虑在内[1]。对于结构不同的桥梁，其施工预拱度的控制方法也存在差别。对于波形钢腹板连续刚构桥，不能简单的通过控制立模标高的方法，波形钢腹板连续刚构桥的波形钢腹，都是预先通过工厂加工完成，节段内的连接在工厂完成，节段间的连接在悬臂浇筑过程中完成。在混凝土浇筑振捣时，要保证连接件位置不发生偏移，这对波形钢腹板连续刚构桥的施工控制，提出新的要求。
目前有研究学者对刚—混凝土组合梁桥的受力性能进行分析[2]，并且验证钢—混凝土组合梁构造简单并具有足够承载力[3]。曹洪亮[4]等学者研究发现，钢—混组合连续箱梁的施工中边跨和中跨混凝土徐变收缩不一致，应当分开考虑。钟华栋[5]等学者通过对波形钢腹板连续刚构桥跨中挠度影响因素进行分析，并提出改善措施使波形钢腹板连续刚构桥日益完善。本文在以往研究内容基础上，以某波形钢腹板连续刚构桥为例，为波形钢腹板连续刚构桥的施工提供借鉴。
本文依托工程为某波形钢腹板连续刚构桥，桥跨布置为65+4×120+65m，上部结构采用预应力混凝土波形钢腹板连续刚构，单箱单室截面，箱梁横断面如图1所示，桥面顶宽12.55m，底板宽8.5m，跨中梁高5.5m，根部梁高9.5m。主墩采用双肢空心薄壁墩，桥墩最高为85m。利用有限元软件，建立空间杆系模型，全桥共274 个节点，如图2所示。
图1 箱梁横断面图
图2 有限元模型
2.1 自重影响
对于大跨度波形钢腹板连续刚构桥来说，桥梁的自重对于成桥挠度有非常重要的影响，自重荷载在所有荷载中能占据主要因素，需考虑随时间变化的混凝土弹性模量[6]，可得以下公式：
2.2 挂篮变形产生的挠度
在波形钢腹板连续刚构桥的挂篮施工过程中，在浇筑混凝土之前，挂篮自重会造成桥梁发生弹性变形，根据现场预压实验的结果，可将梁端自重等效为均布荷载，在均布荷载作用下，可求得挂篮处的弹性变形值为：
2.3 混凝土徐变产生的挠度
本案例采用悬臂浇筑施工方法，需要考虑混凝土的徐变效应，以免因为混凝土的徐变一起结构的挠度变化。根据巫炯[7]等学者的研究，发现钢腹板和混凝土会发生相对滑移，会进一步使桥梁的挠度发生变化，所以还应考虑这种相对位移。
混凝土随时间的徐变曲线公式为：
徐变引起的钢腹板位移：
2.4 各影响因素之和
影响波形钢腹板连续刚构桥预拱度的因素本文列举三个，根据邬晓光[8]等学者的研究，这些变形符合线性叠加原理，因此总挠度变化Y，可以简化为各个影响因素之和:
对干流河道，要积极争取列入国家治理规划，力争尽早治理。对已列入省级以上治理规划的21条中小河道，要按照节点目标，扎实搞好工程建设，确保按时保质完成任务。对淤积比较快的支流河道，要每年在农业水费中拿出资金进行专项奖补。力争在“十二五”期间，把全市骨干河道全部治理一遍，真正形成完善的“南北调配、东西互济”水网体系。
Y = W+L+S
2.5 施工预拱度拟合
为抵消施工时产生的形变，在施工阶段就要将预拱度考虑在内。以该波形钢腹板连续刚构桥为例，拟合出该桥的施工预拱度曲线，如图3所示。
图3 波形钢腹板挠度情况
根据上图中的挠度曲线情况，本文采取多项式拟合的方法，选取拟合函数为：
采用最佳平方和逼近方法求解，要求误差的平方和最小，即相当于求的最小值:
将表1数据带入拟合函数可得：
表1 主梁节点挠度
得到的目标函数为：
为了验证本文数据的准确性，通过数学统计中的决定系数对比函数拟合程度[9]，决定系数越接近1，则代表拟合程度越高，计算程度公式为：
计算得出拟合决定系数为：R2=0.8736
将有限元软件计算出的挠度值和多项式拟合计算值放在一起得出对比图，由图4可见，多项式拟合结果和有限元模型拟合结果略有不同，但复合挠度线性形状，对施工过程中预拱度的计算有参考价值。
图4 线性结果比较
（1）本文通过混凝土自重影响，混凝土徐变影响，挂篮施工变形影响三方面分析了施工过程中影响桥梁线性的主要因素，为分析施工过程中影响因素打下基础，也为进一步简化施工挠度计算做出铺垫。
（2）本文采用多项式拟合的分析方法，拟合结果决定系数达到0.9865，在施工过程中可以通过多项式拟合的办法，对桥梁预拱度控制进行参考。
（3）对于波形钢腹板连续刚构桥施工过程中，下一步还应考虑不同温度场对施工的影响，对桥梁施工进行更精确控制。
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