时间：2013年06月07日 分类：推荐论文 次数：
摘要：我国现有的公路与城市立交预应力混凝土曲线桥梁中，不仅跨度不大，而且桥墩也相对较矮。本文主要研究了预应力混凝土曲梁桥悬灌施工中线型控制方法。在考虑了不同时间悬灌混凝土梁段徐变变形的条件下，提出了在两种坐标系中悬臂灌筑主梁时各梁段线型调整参数的计算公式。
关键词：预应力混凝土,曲线连续刚构桥梁,悬灌施工,线型控制
一、悬臂灌筑施工的预应力混凝土曲线梁桥的特点
采用悬臂灌筑施工工艺的曲线梁桥，与膺架法施工工艺相比，其体现出以下几个方面的特点：首先施工过程中结构空间位置会随时发生变化，悬臂越伸越长，梁的根部扭矩与结构扭矩变形就越大，相应的内力也越来越复杂，所以设计过程中不仅要考虑后期结构的受力，还要兼顾前期结构的受力;其次，施工过程中，结构的内力、变形均与混凝土的收缩、徐变以及温度变化等有着密切的关系，因此要精确把握梁体各部位的应力;最后，从某种程度而言，悬灌施工过程各梁段线型控制效果的好坏，对桥梁的建设质量与建设进度会产生直接影响。
本文所提出的某工程预应力混凝土曲线梁桥，采用的就是悬臂灌筑施工法。与直线梁不同，预应力混凝土曲线梁只有竖向位移与挠曲角位移的直线梁，因此只需设置施工预拱度即可。不过由于曲线梁有三个线位移与三个角位移，理论上有三个预留线位移与三个预留角位移，这些无形中就增加了曲线梁逐节悬灌施工线型控制的复杂度。
二、预应力混凝土曲线梁结构单元分析
要保证预应力混凝土曲线梁悬灌施工效果，首先要设计出一套与工程实际情况相符的施工监控程序，该程序可以根据实际的施工步骤将各施工阶段、结构受到各类荷载后的反应以及各施工梁段空间的线型调控参数等准确的计算出来，并且针对施工过程中各类可变因素，可以利用监控程序通过输入不同的计算参数进行调整。在本文所参考的工程中，悬臂施工监控程度包含三个单元，即用于墩身单元的空间直接梁单元、空间曲线梁单元以及空间薄壁箱梁单元等。限于篇幅，此处仅针对空间薄壁箱梁单元进行介绍。
通常的空间箱梁单元有6个位移参数和6个杆端力参数。由于曲梁存在弯、扭藕合作用，梁体截面会产生扭转翘曲和畸变。为了能反映箱梁的约束扭转特征，必须增加一个扭转翘曲位移和一个相对应的翘曲双力矩。由于与轴向力有关的刚度系数已有很多文献介绍，这里仅给出所采用的箱梁单元中与弯、扭自由度对应的刚度元素闭。考虑轴向力的二次效应后，单元的总势能表达式为：
П=U+V
上式中：
V=-{δ}T{F}-P/2 (v’2+ω’2+r2oθ2-2yoω’ θ’+2zov’ θ’)dx
式中，β=Ip/(Ip-Jk)， r2o=(Iy+Iz)A+y20+z20
其中：E表示弹性模量;G表示剪切模量;yo为剪切中心的y坐标，相应的zo则为剪切中心的z坐标;v表示y方向的横向位移，相应的w表示z方向的横向位移;θ表示扭转角;A表示横截面积;Iy表示y轴的惯性矩，相应的Iz则为z轴的惯性矩;Jk表示扭转常数;Iw表示翘曲惯性矩;β表示剪切变形系数，在开口结构中，β为1;L表示单元长度;P表示轴向力，{δ}表示单元节点位移向量，{F}表示单元节点力向量。
三、悬灌曲线梁段线型参数(预留位移)的计算
线型控制的最终目的是既要保证合拢精度，又要保证成桥线型与目标线型相吻合。
(一)徐变位移计算
1、徐变计算的起止时间
计算预留位移的关键是确定混凝土的徐变位移。需特别指出的是，不仅有徐变线位移，还有徐变角位移，而徐变角位移还会引起以后施工梁体的徐变线位移。由于混凝土的徐变是一个长期的过程，它不仅使施工过程中结构的线型随时发生变化，而且即使在全桥合拢后，它仍将使桥梁结构的线型继续随时间发生变化，只是逐渐趋于缓慢而已。设完成墩身混凝土浇筑时为to，假设工程在运营三年后终止于tn时，可以根据施工中相对明显的节点作为界限，采用不同的时段将to到tn进行划分开来，每个时段所对应的分界点分别表示为to、t1、t2……tn=t终;在本工程中n为28，即共将整个桥梁分为28个时段，且任一时段i：Δti=ti-ti-1，式中i=1、2、3、……n。如果第i梁段的混凝土在ti时完成浇筑，那么ti-ti-1即为i段前一段梁至第i段梁完成混凝土浇筑的时间，也就是第i段梁的施工周期。
2、线性徐变位移计算
在施工过程中，结构的位移和内力始终处于动态变化之中，欲求t;时刻结构的位移和内力，也就是将tl时刻之前各时段弹性位移和内力与徐变位移和内力的增量迭加。任意时段i结束时结构应力和变位状态与此前的应力有关，墩身、第0#、1#……n#梁段的应力对后续梁段直至最终的结构应力和变位状态都有贡献。假定混凝土的徐变可以按线性徐变考虑，即：
fx=Ψ(Г，t)·fp
上式中：fx表示混凝徐变导致的线位移或者角位移;fp表示荷载产生的瞬时广义位移，如果无法实现非线性分析，则可以取近似的弹性位移;Ψ(Г，t)表示混凝土的徐变系数，为简便计算，此处假设Ψ(Г，t)与老化理论相符，由此可知，可以用下式表示某个时刻的结构总位移：
f=fp+fx
3、预应力混凝土曲线梁预留位移的一般公式
对预应力混凝土曲线梁，理论上通常需设三个预留线位移和三个预留角位移。限于篇幅，本文将公式推导过程从略。
(二)曲线梁悬灌施工中线型控制的坐标转换计算
预应力混凝土曲线梁悬灌施工中线型控制是通过预留位移的方法实现的。但是，在实际操作中，对悬灌施工的预应力混凝土曲线梁而言，没必要(客观上也不可能)按照预留位移去实施。研究表明，若将笛卡尔坐标系(x，y，：)中的6个预留位移变换到柱坐标系，则只需设三个预留位移即可，其中一个为沿铅垂轴：方向的预留线位移占，一个沿径轴p方向的预留线位移y和一个绕梁轴线：转动的预留角位移笋。因为，在逐节悬灌过程中，绕：轴及绕p轴的转角位移和沿梁轴，方向的线位移均会随着下一梁段混凝土的浇筑而自行得到部分乃至全部补偿。另一方面，成桥的平面线型通过y即可得到完全保证，成桥铅垂面内的纵坡线型通过占即可得到完全保证，而桥面横坡由必提供保证。由此可见，把线型控制的重点放在a、y、协上，不仅可行而且完全能满足工程要求。预应力混凝土曲线梁桥悬灌施工的监控电算程序根据以上计算方法研制而成，每一个施工梁段的线型调控参数由程序自动生成表格文件存储，供随时查阅和调用。
四、工程施工效果
本文所提出的某大桥工程实例完工后运营两年多，无论是理论研究和现场监控均达到了预期的目的。跨中合拢前两悬臂端竖向误差1.5~，即竖向合拢精度为1.5~。水平向精度为2.5~，边跨合拢精度控制在4.5~以内，建成后的大桥线型优美，成桥线型与目标线型吻合一致。大桥通车后，顺利通过了动静载试验的检验和优质工程验收，与该桥配套进行的施工监控技术研究成果也通过了铁道部科技司组织的专家鉴定。
参考文献：
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