连续刚构桥的预拱度计算

李清逸

(重庆交通大学)

连续刚构桥的预拱度计算

李清逸

(重庆交通大学)

前言

目的是研究连续钢构桥施工阶段预拱度的设置和计算问题，这是现在桥梁发展一个很好的设计问题，可以帮助我们解决很多跨径上的问题。随着科学技术和交通事业的发展，预应力混凝土连续梁桥以其施工简便、造价经济、受力合理、行车舒适等独特优势在近年来得到了迅速发展，在主跨100～300m范围内几乎成为首选桥型。但由于它出现较晚，其理论和经验还不十分完善，在修建过程中也存在一些技术上的问题。在现代桥梁施工中，施工监制技术是工程施工安全和内在质量的保证，正确计算和设置施工过程参数已成为大跨径桥梁施工领域重要研究课题之一。如今我国修筑好的很多桥梁都出现了严重的稳定性不足的问题，有的甚至在还没有达到规定年限就已经倒塌，而往往造成倒塌的原因就是施工不足，例如：没有按照施工要求配钢筋、工作人员本身的知识缺乏、施工中的技术不成熟。因此使得很多的桥梁早早就失去了承载能力。故施工技术应是重中之重，我们要不断的追求和探索对于桥梁施工有利的施工技术来造福我们的桥梁事业。

正文

在阅读过大量文献后，令我颇有感受的是在连续钢构桥施工阶段施工预拱度的计算中有很多方法不同的研究成果，都是我很好的参考对象。近年来，在大跨度桥梁的施工过程中，由于跨度大所以施工难度大且工程造价高，因此在对施工控制就显的十分重要。一方面，大量新材料、新工艺和新技术被引入至桥梁设计环节，造成在实现设计文件要求的过程中，不可避免地受到很多确定和不知道或是分不清的因素的影响，使得施工过程中的实时监测、调整和预测显得格外重要；另一方面，桥梁施工加载的过程中，我们可以应用膺架施工方法、挂篮施工法或者顶推法。但是不管我们使用上述的哪种方法，只要桥梁是连续梁桥，那在其自身的构造特性的影响下，在全桥的施工工艺过程中到最后合拢完桥还有转换问题也是在第一期桥梁工作阶段存在整体桥梁结构的转换问题。从而演变成内力和位移会随着桥梁结构的状态变化而发生相应的转变。

下面简单介绍灰色系统理论，它是以联系空间为基础的分析体系，在原有的数据基础上，通过灰色过程以及灰色生成对原有的或是原来的数据进行处理，将原来数据整理成具有规律性较强的数列，后建立灰色模型来分析和预测接下来发展的形势，梁挠度的变化发生在连续桥梁的每一个施工节段。因此我们可以根据每一个施工阶段前后梁端挠度的真实测值和理论模拟值建立灰色人为模拟的模型，来分析和预测下一阶段梁段的挠度变化，从而得到桥梁在设计中的标高。

以上述理论作为我们的理论依据，通过施工阶段每一个的影响因素，选择有灰色信息特征的原始数据，建立4 参数控制模型。在桥梁的实际施工中，对前4 个现浇块给出理论计算预拱度以及工程中经验预拱度，对4个块中每个块段进行观测记录，于是可以形成GM( 1，1) 数据序列:

式( 1) 的数据经1 - AGO 后形成数列:

式中

Xi(1)可建立下述形式的微分方程:

按照最小二乘法求解:

微分方程的解为

进行梁段的预拱度进行计算可以运用该公式，最后只要满足精度后就可以作为最终的结构预拱度。

对于预拱度的控制理论研究：在进行连续刚构桥的施工阶段主要分为：（1）施工挂篮向前移动；（2）混凝土的现场浇筑；（3）预应力张拉3个阶段。挂篮向前移、搭建模的标高主要分为：（1）桥梁成型后的设计中的标高；（2）在施工阶段由于各个因素引起的预变位；（3）成桥后汽车、人群等活荷载引起的预抛告（4）施工过程中由于力的作用挂篮体系变形值及根据经验增加的附加预拱度。混凝土浇筑后的标高我们主要用在已建成结构的标高校对和核查，在此基础上对马上要建力的结构模型参数进行对比优化很分析。而其中预应力张拉后的标高被用于校对核实测数值与数值模拟值间的差异，最终可以得出模型计算参数是不是合理，模型预应力损失与实际间存在的差别，从而对模型进行修正。

大跨预应力连续梁桥结构在施工过程大多采用悬臂施工，因为悬臂施工是分阶段施工，后一阶段的施工荷载会影响前一阶段成型结构产生力的作用引起弹性变形，而本此施工阶段节段在成为结构后已经完成了本身静载的变形，对后一节段不产生影响。此过程中由施工荷载引起的预拱度应按式（1）进行。

预应力连续刚构桥预拱度主要包括施工过程中预拱度、成桥后预拱度及人为附加上去的预拱度。施工预拱度主要是通过正装计算、施工过程模拟，每一段预拱度的叠加计算。影响施工预拱度的因素主要包括有一期恒载、预应力、二期恒载、结构体系转换。其中挂篮变形、前期收缩徐变、墩身压缩、温度影响、墩顶转角位移及施工荷载也是影响因素。成桥预拱度主要包括后期1/2活荷载及收缩徐变。

式中H为该点在设计时设置的理论标高；f1为本次和后面各浇筑箱梁段对该点挠度产生的影响值，其中有箱梁节段自身的重量、预应力张拉效果产生的效应、混凝土收缩徐变、结构体系转换、二期恒载等影响；f2为挂篮弹性变形对该点挠度影响值；f3为成桥后列车活载等对该点挠度影响值；f4为根据专家经验设置的附加预拱度，暂定将跨中最大附加预拱度设置为跨度的1/3000，其余节段按设计的2次抛物线插值计算。以上参数在施工控制过程中，多依据现场反馈实测值与有限元数值分析值，采用最小二乘法、卡尔曼（KALMAN)滤波法等理论进行修正和预测，最终获得最佳预拱度。

结论

预应力连续箱梁桥悬臂施工是一个非平稳的随机过程，可以看成是一个灰色过程。大桥按照理论施工合理预拱度顺利合拢，最大合拢误差在1cm内，且成桥跨中标高略高于设计线性约4cm左右，满足后期行车及混凝土材料收缩徐变造成跨中下挠储备要求。本文只是很简单的施工预拱度的研究，只考虑了预应力和桥梁自身重力的影响，对于温度汽车荷载等因素考虑的不够全面。设计还有很多不完善的地方，还需要我的不断学习不断努力来修正。

悬臂挂篮技术在我国桥梁建设中被广泛地运用，因为它不仅能够从根本上提高桥梁的施工效率以及施工质量，还能降低桥梁施工的难度。但是因为悬臂挂篮施工技术中高空作业已经是家常便饭，加强对施工人员人身安全的防护，对悬臂挂篮施工技术以及安全措施的处理还需要我们进行严格的控制。

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