基于连续梁桥短线法施工控制的结构参数敏感性分析

黄跃，王敏，杜松

（中交第二航务工程局有限公司技术中心，长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040）

0 引言

崇启跨江大桥南引桥50m跨引桥共分8联，每联6×50m；北引桥50m跨引桥共分2联，每联6×50m；采用“体内+体外”预应力混凝土等高度连续箱梁，箱梁上缘梁宽15.8m，下缘梁宽7.2m，梁高3m，高跨比为1/16.67；顶板厚0.28m，底板厚0.25～0.65m，腹板厚0.4～0.7 m；翼缘板端部厚0.20m，根部厚0.5m。除在墩顶设2.5m厚中横梁，梁端设2.4m厚端横梁，其余部位均不设横隔梁。本工程共有1 820片预制节段梁，预制节段长度最长为3.7 m，最大预制节段重量为212.7 t，采用短线法预制梁段。

连续箱梁短线预制施工因其质量易控制、机械化程度高、生产标准化和工厂化，使其在国内桥梁建设中应用越来越广泛。短线法施工控制的基本原理就是依据结构参数求解出箱梁预制和安装的无应力线形，通过几何控制法控制箱梁的预制和安装。箱梁预制和安装的无应力线形的求解受材料物理参数、施工荷载、施工工艺流程、外部因素等多种条件的影响，当上述因素与原计算中所设定的情况不同时，必须重新计算以求出新的预制和安装的无应力线形。因此在预制施工前，有必要对影响无应力线形的因素进行敏感性分析，提前做好预测调整，使桥面线形尽量满足设计目标状态，提高箱梁预制的精度。

崇启大桥50m跨引桥为双箱单室预应力混凝土连续梁桥，其主梁采用架桥机整跨悬吊安装施工。为提高预制和安装精度，有必要对影响结构线形的因素进行敏感性分析。

1 主要参数的选取

影响箱梁结构线形的参数主要有几何参数和材料参数，本文探讨结构参数主要包括混凝土弹模、梁段重量及其他结构参数共3类5个参数（如表1所示）。其中主梁梁段重量、混凝土弹模、存梁期和年温差4个参数，主要用于主梁梁段预制过程中的敏感性分析，其目的在于掌握参数变化时，对主梁预制线形的影响。箱梁顶底板温差这个参数主要用于主梁梁段安装过程的敏感性分析，其目的在于掌握温度变化对湿接缝施工和成桥线形的影响。文中探讨的具体参数和参数变化范围如表1所示，表中“±”表示增、减，如主梁梁段重量±5%，表示主梁梁段重量增加或减小5%；箱梁顶底板温差±1℃，表示顶板比底板温度高或低1℃。

表1 结构主要参数

2 参数敏感性分析结果

利用桥梁结构仿真分析软件MIDAS对结构进行建模分析。计算的方法采用仅变化需探讨的参数，而其余参数采用基准状态的方法进行。例如，主梁梁段重量增加5%时，其他结构参数采用基准状态，在此情况下考察施工阶段和成桥时的结构线形的变化。

2.1 预制阶段参数敏感性分析

对影响主梁预制线形的梁重、混凝土弹模、存梁期和年温差4个参数进行敏感性分析，分析时，以研究主梁预制线形变化为主。其计算分析结果如表2所示。

表2 结构参数变化对主梁预制线形的影响

从表2中可以看出，在基准状态下，主梁预制线形变化幅度在 [-7，7]之间，主梁梁段重量的变化对梁段预制线形影响最大。而其他3个因素变化时，对主梁预制线形的影响相对较小。

当粱重增加5%时，主梁预制线形变化幅度在 [-7，4]之间；当粱重减少5%时，主梁预制线形变化幅度在[-6，10]之间。在主梁重量变化而未采取线形调整时，主梁成桥线形的最大误差发生在第1跨和第6跨跨中位置。当梁段重量增加5%时，与基准状态最大差为-3mm；当梁段重量减少5%时，与基准状态最大差为3mm。如图1所示。

图1 梁段重量变化影响下的主梁成桥线形

而混凝土弹模变化、存粱期及年温差发生变化时，其对主梁线形影响相对很小。如主梁混凝土弹模变化而未采取线形调整时，主梁成桥线形与基准状态最大差发生在第1跨跨中位置。当混凝土弹模+5%时，最大差为-0.15mm，发生在第1跨跨中位置；当混凝土弹模-5%时，最大差为0.45mm，发生在第1跨靠近边支座处；主梁梁段存梁期变化而未采取线形调整时，主梁成桥线形与设计线形基本吻合，与基准状态的差在-0.1～0.3mm之间。

参数变化对梁段成桥线形的影响如图2所示。梁段重量的变化对主梁成桥线形的影响所占的比重最大。因此在梁段预制过程中，应随时关注梁段重量的变化，实时更新模型的信息，减少梁重变化对线形计算的影响。

图2 参数变化对主梁成桥线形影响所占比重

2.2 安装阶段温度敏感性分析

崇启大桥50m跨引桥采用架桥机进行主梁安装，每跨分为14榀梁进行预制，整跨悬吊在架桥机上，调整结束后，再进行湿接缝施工，张拉预应力，最后松吊钩。

温度对暴露在大气中的桥梁结构有着极其重要的影响，崇启大桥50m跨引桥每跨悬吊施工过程中，都经历着由静定结构到超静定结构的一个体系转变过程，因此温度作用会对桥梁结构产生较大的内力。同时，在施工过程中，由于箱梁顶底板温差变化，主梁线形会随之发生变化，甚至会影响到成桥线形，对预测计算带来很大的不确定性。因此，在施工前应对温度进行敏感性分析，以确定合理的合拢温度，提高安装质量。其计算结果如图3和表3所示。

从图3和表3可以看出，在箱梁顶底板温度变化而未采取线形调整时，主梁成桥线形与基准状态线形差别很大。顶底板温差+1℃时，最大差1mm；顶底板温差-1℃时，最大差-1mm；顶底板温差+5℃时，最大差5mm；顶底板温差-5℃时，最大差-6mm；顶底板温差+10℃时，最大差12mm；顶底板温差-10℃时，最大差-11mm。随着的温度变化的增大，对主梁成桥线形的影响越来越大。因此湿接缝施工过程中，应确定合理的温度，以减少温度变化对主梁成桥线形的影响，避免产生过大的温度应力。

图3 顶底板温差变化影响下的主梁成桥线形

表3 箱梁顶底板温差变化对成桥线形的影响

3 结论

通过对结构参数进行敏感性分析，得出如下结论：

1）在预制阶段，主梁梁段重量变化对结构预制线形的影响最大。因此在梁段预制过程中，在条件允许的情况下，应对梁段进行称重，将称重结果及时反馈到监控单位，然后把实际梁重代入结构仿真分析模型中，重新计算，实时调整梁段预制线形，以保证预制精度。

2）在安装阶段，主梁顶底板温差变化对全桥合拢和湿接缝的施工影响最大。因此，在湿接缝施工前，密切监测箱梁顶底板温差，在适宜的温差下进行施工。建议在与湿接缝相邻的两个梁段靠近湿接缝一端设置温度传感器，不定时地测量温度。顶底板温差在±5℃范围内可进行湿接缝的施工。

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