连续梁桥预拱度设置探究

1、连续梁桥预拱度设置探究摘要：以某特大连续梁桥为工程背景，采用有限 元软件对该桥进行了施工过程模拟计算，得出了施工过程的 变形情况，在此基础上提出了各施工阶段及成桥阶段梁体的 设置方法，并对影响预拱度设置的各因素进行了分析。结果 表明，恒载、预应力及收缩徐变是影响施工预拱度的主要因 素。桥梁合龙误差处于规范容许值之内，成桥后桥梁线形平 顺，验证了预拱度计算与设置方法的准确性。本文方法及结 论可为同类桥梁设计与施工提供参考。关键词：连续梁桥；预拱度；标高；有限元法中图分类号：tu997文献标识码：acamber setting of continuous girder bridgehu liang

2、 liang(china railway first group co., ltdshanxi xi ' an712000, china)abstract： taking a super-span continuous girder bridge as background, the whole construction stages were calculated with finite element soft ware, t hen the displacement of the strueture were obtained based on the calculation r

3、esults, the setting method of camber of both girder in was put forward, besides, factors which influencing the setting of camber were analyzed finally the conclusion can be got that the dead load, prestressing force, creep and shrinkage were the main factors. the closure elevation difference was wit

4、hin the allowance of criterion, whas more, the bridge line was smooth when constructed, which ensured the accuracy of the calcula tion and setting met hod. met hods and conclusion in the article can provide useful reference for design and construction of the same kind.keywords： continuous girder bri

5、dge； camber； elevation ； finite element method连续梁桥是一种结构受力合理明确，连续梁桥行车舒 适、受力合理、跨越能力较大、经济适用性好等优点。在连 续梁桥的设计分析中，如何确保桥梁结构性能满足规范要求 十分重要，空间分析可以比较精确的反映结构的真实受力状 况，为桥梁设计定型提供依据。诸多大跨径连续梁桥在运营 过程中出现中跨跨中下挠过大以及桥面线形成波浪形变化 等问题，其主要原因就是预拱度设置不合理，因此，有必要 对连续梁桥预拱度的设置作更深入研究。为便于理解，首先 定义桥梁的3种线形：设计线形，即设计文件中要求达到的 线形；成桥线形，即施工完毕后的

6、线形；最终线形，即后期 运营过程中，收缩徐变基本完成时的线形，一般指运营35 年后的线形1。如果施工预拱度设置合理，成桥时的线形 为设计线形加成桥预拱度的线形。成桥预拱度设置合理，那 么最终线形和设计线形吻合较好。本文对影响预拱度的各种 因素及其设置计算方法进行了研究。1. 概况某特大桥主桥桥式采用连续梁桥。双线i级铁路，中- 活载，设计速度为120 km/h客货共线。主桥平面位于缓和 曲线和直线上，墩到墩之间的范围为缓和曲线，线间距为 4. 096 m4. 0 m；直线段线间距为4. 0 m。主梁为预应力混 凝土结构，采用单箱单室变高度箱型截面，跨中及边支点处 梁高3.2 m,中支点处梁高6

7、.5 m,梁底按圆曲线变化。箱 梁顶宽12.5 m,中支点处局部顶宽15. 0 m；箱梁底宽8. 0 m, 中支点处局部底宽10.2 m0梁采用直腹板，腹板厚边跨分 0.60 m、0.80 m两种；箱梁于各吊杆处共设14道吊点横梁, 主梁共分61个梁段，除梁段、k17'梁段在支架上施工外， 其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑，悬臂梁段最重1998. 4 kno2. 施工过程的有限元模拟按照施工方案拟定的施工过程，预应力混凝土连续梁桥 施工工艺流程为：桥墩施工一悬臂浇筑一边跨合龙一中跨合龙一桥面系施工。按此流 程逐阶段计算结构各截面内力、应力和位移，每个悬臂的施 工包括移挂篮、梁段浇筑、张拉预应

8、力等3个主要工况。在 对各施工阶段进行仿真计算分析时，将其简化为平面结构， 采用平面杆系有限元程序建立计算模型进行分析。对整个施 工过程、结构体系转换进行了跟踪模拟。全桥使用了 102个 单元，103个节点。整个有限元模型如图1所示，施工节点 如图2所示。计算每一施工阶段的计算预拱度时，考虑了施 工预拱度和成桥预拱度。设置施工预拱度主要是为消除施工 过程中各种荷载对线形的影响。成桥预拱度主要是为消除后 期运营过程中的收缩徐变、后期预应力的损失、活载变形等 而设置。图1连续梁桥的有限元模型fig. 1 finite element model of continuous girder bridg

9、e图2施工节点示意图fig. 2 layout of nodes in construetion3. 预拱度的设置原则大跨径连续梁桥多数采用挂篮悬臂现浇施工，在设置预 拱度时，主要考虑表1中几个方面的因素。表1连续梁梁桥施工预拱度的主要影响因素tab.1 main influencing factors of camber setting of continuous girder bridge预拱度 影响因素预拱度设置方向预拱度设置方法 施工预拱度一期恒载+通过正装计算、施工过程的模 拟，逐段叠加计算预应力-二期恒载+结构体系转换+、-挂篮变形+前期收缩徐变-、+温度影响+或-施工荷载+或-成

10、桥预拱度 后期收缩徐变+、-模拟计算1/2活载+注：表中“ + ”号表示向上设置预拱度，“-”表示向下 设置预拱度连续梁桥预拱度的控制是通过每个阶段的节段立模标 高来实现的，采用预拱度总量控制，梁段浇筑时各节段立模 标高为：二式中：为待浇筑箱梁底板前端立模标高；为待浇筑箱梁 底板前端设计标高；为预拱度值。根据表1,连续梁桥预拱度的计算公式为：+ (2)式中：施工预拱度二工+工+(3)式中:工为本阶段块件生成后和以后各阶段挠度累计值；特 点是先浇节段已完成了本身自重变形，不再对后浇节段产生 影响；因此节段i在结构自重作用下的预拱度值工为：s= + (4)(上标1表示结构自重的影响，下标i表示要浇

11、注梁段 号，i+1表示要浇注的后一块梁段号，n表示第n块梁段号)工为本次浇筑梁段及后浇梁段纵向预应力张拉后对该 点挠度影响值；预应力作用计入方法是本次浇筑梁段及后浇 梁段纵向预应力张拉后对该点挠度的影响值，特点是需要计 入后张拉预应力对已生成节段产生的影响。节段i在预应力 作用下的预拱度值s为：s = + (5)(上标2表示预应力作用的影响，下标i表示要浇注梁 段号，i+1表示要浇注的后一块梁段号，n表示第n块梁段 号)为前期收缩徐变值；前期徐变即施工阶段的徐变，因此, 前期徐变可以按规范规定计算。收缩按规范规定计入影响。为挂篮变形影响；其值一般由现场挂篮预压试验确定。 对于已浇筑节段，挂篮自

12、重使其产生弹性变形，挂篮拆除后 变形恢复，不必考虑其影响。但此变形对于现浇节段的立模 标高会产生影响，设置此节段施工预拱度时应该预先剔除这 部分影响。其次，由于本节段刚度还未形成，自重由挂篮承 担，在挂篮、节段混凝土自重的作用下，挂篮自身会产生挠 曲变形，使现浇节段混凝土也产生与其相同的、挂篮拆除后 不可恢复的挠曲变形。为温度影响；考虑温度影响的立模标高为：二+,为温度 修正值。为施工荷载产生的挠度；施工荷载属于临时荷载，在后 续阶段卸载。因此，临时荷载引起的墩身压缩、挂篮自重使 现浇段产生的弹性变形、温度梯度影响、偏载引起墩顶转角 影响等都属于加卸载过程，都应该在立模标高中剔除其影 响。为体

13、系转换与二期恒载产生的挠度；进行体系转换时， 一般采取压重、顶推的方式。压重时，与混凝土等量置换的 那部分配重随合龙段混凝土的浇筑同步卸除，设置施工预拱 度时剔除其影响便可；但是为了调整合龙段两端的标高而设 置的附加配重要等到合龙段的混凝土达到规定强度后才卸 载，其作用在合龙前后两种不同体系上，卸载前后对桥梁的 影响不能相互抵消。二期恒载预拱度的设置较为简单，即将 其加到成桥结构上，将计算所得的挠度值反向设置便可。为成桥预拱度。在施工过程中对成桥预拱度不直接识 别、修正，而成桥预拱度线形是通过在立模标高中预留来实 现的。因此，成桥预拱度的合理设置尤为重要。成桥预拱度 中主要部分是考虑后期徐变的

14、影响，而混凝土的徐变对桥梁 结构成桥后的影响程度还没有得到比较可靠的结论，再加上 运营期间几何非线性与徐变挠度的耦合效应显著，因此，设 置成桥预拱度的方法一般都是在理论计算的基础上，根据经 验确定跨中最大预拱度后，按余弦曲线向全跨分配。中跨成 桥预拱度余弦曲线分配方程为：(6)式中：l为中跨跨径；为中跨跨中成桥预拱度。边跨成桥预拱度的设置：边跨最大挠度一般发生在3l/8 处，大小约为中跨最大挠度的1/4。至于桥面预拱度的设置，一般按下面方法进行：模拟施 工过程进行仿真分析，先得到桥面各点的累计变形值，再考 虑到结构非弹性变形的影响，对累计变形值予以适当调整， 据此设置预拱度。通过对该桥的模拟计

15、算，计算出的预拱度值如图3,此 预拱度的值不包括挂篮弹性变形的影响。可以看出，最大预 拱度发生在中跨59号节点上，为14.7cm。同时，为研究各 主要因素对预拱度的影响大小，对恒载、预应力、收缩徐变 分别进行了分析，它们独自引起的预拱度大小沿桥纵轴线的 变化如图4所示，恒载引起的最大挠度为14.3cm,预应力引 起的最大上拱值为11.2 mm,收缩徐变引起的最大挠度变化 为11mm。对该连续梁梁桥施工预拱度进行了预测与分析，结 果表明恒载、预应力、收缩徐变是影响施工预拱度的主要因 素。通过预测预应力引起的挠度最大上拱值，便于与施工现 场预应力张拉前后挠度变化的观测值进行对比，及时对随后 各节段

16、施工预拱度进行调整分析。图3各节点处计算预拱度图4各因素单独作用下箱梁 挠度变化fig .3 calculating cambers of nodesfig .4 displacement of box-girder resulted from single factor 立模高程的控制应以追求桥面线形的平顺为目标，不片 面追求个别节点的理论高程。当施工中某工序或梁段浇筑后 高程值与理论值发生偏差后，不必在下一个梁段中立即调 整。应根据偏差发生的特点找出原因，在后期悬臂浇筑梁段 挠度计算时进行修正，在以后的几个梁段甚至后期悬臂浇筑 的所有梁段中将髙程偏差纠正过来。4.结论本桥梁体预拱度是根据实际的施工情况通过有限元软 件计算出预拱度值（浇注时间不同对收缩徐变影响后的值）, 再根据预压后挂篮的变形和误差的影响、实测前一阶段的应 变值对下一阶段预拱度予以调整。桥梁线形的监测结果表 明，成