收缩徐变对独塔混凝土斜拉桥的影响

贾光

摘要：为研究收缩徐变对独塔混凝土斜拉桥的影响，尤其是桥面线形的变化及斜拉桥索力的减少量，以霍林郭勒市二号桥为背景，采用MIDAS Cvil有限元软件建立该桥空间计算模型，进行考虑收缩徐变的成桥阶段的模拟计算，计算得出成桥三年后的桥面线形和索力值。并且在成桥3年后对大桥进行了全面检测，根据检测后的数据与理论计算数据的对比，评估大桥结构受力是否合理，是否需要进行调索施工，同时也为后续类似桥梁提供相应参考。

关键词：斜拉桥；收缩徐变；桥面线形；索力；有限元法；评估

1 引 言

在城市桥梁建设中，独塔斜拉桥外型线条简单而又富有变化，显得新颖和具有紧张感，近些年被大量采用。收缩和徐变是混凝土结构的固有特性。收缩是指混凝土在空气中凝结硬化时的体积收缩，与其所受荷载无关。影响收缩的主要因素包含混凝土内部组成跟外部环境。徐变是指混凝土结构在承受长期荷载作用时，应变或变形随时间增长而增加的现象。影响徐变的主要因素包含长期作用应力的大小，混凝土受荷龄期，构件的体积与表面积比，外部环境等。由于影响混凝土收缩徐变的因素众多，国内外常用的混凝土收缩许变的预测模型有ACI模型，CEB-FIP模型，B3模型，GL2000模型等等。本桥在计算过程中，采用了JTG62-2004提供的计算方法进行计算，并将其与现场实测数据进行了对比，计算结果与实际情况较为吻合，达到了良好的效果。

2 工程背景

霍林郭勒市二号桥为两跨单塔双索面斜拉桥，跨径为100+100=200m，采用塔梁墩固结的结构体系。桥梁纵坡为2.5%，竖曲线半径为4000m，桥梁宽度为36m，在桥塔处变宽为40.1m。主梁采用预应力钢筋单箱五室箱形截面，箱梁梁高2.5m，全桥共设置32道横梁。主塔外形为A形塔柱，采用普通钢筋混凝土结构，为箱形截面，塔柱宽5.0m，厚2.5m。全桥共有拉索14×4=56根，拉索规格共四种。拉索在主梁上的锚固点横桥向间距为31.0m，顺桥向间距为6.0m。具体如图1所示。

3 有限元计算分析

本桥的结构为A塔空间索面的斜拉桥，受力具有空间杆系结构受力特性，因此，整体结构分析采用空间模型进行。采用桥梁通用计算软件Midas /Civil进行建模，模型中的单元包括主梁、索塔、斜拉索等，其中斜拉索采用桁架单元模拟，主梁及桥塔等其他构件均采用梁单元模拟。有限元分析软件Midas中自带的时间依存材料模块（含现有规范JTG62-2004的计算方法）可以实现对混凝土收缩、徐变的计算，具体操作步骤一般分为两步：一 .按照现有规范要求，定义收缩系数和徐变系数。二.将定义的材料收缩徐变模式赋予材料。

4 理论计算数值和实测对比

4.1理论计算结果

有限元计算表明，在成桥3年后二号桥的结构有如下变化趋势：1.A型主塔在长期压力作用下，徐变效应明显，其中塔顶与成桥状态比较，竖向向下会有7mm的变形量。2.由于主塔竖向向下发生了变形，造成全桥索力全部变小，具体规律是距离主塔越远，索力减少的越多。3.由于索力的减少，主梁发生了向下的变形，其中最大处在每跨跨中附近，变形值为1.5cm。

4.2现场实测

大桥建成时，为保证给以后运营提供准确的原始数据，设置了永久观测段。观测点位于人行道内墙上，保证测点牢固可靠，测点选用直径16mm的铜棒制作，铜棒顶部加工成半圆形，并使铜棒顶部超出内墙顶面3cm。现场测量中，可以直接测量大桥主梁的线形情况。

对于斜拉桥的索力测量，目前比较通用的方法是采用频率法。根据拉索振动频率换算索力。由于大桥已经通车三年，斜拉索主梁索管处已安装防雨罩和减震器，所以在对索长进行修正时，并没有从主梁锚固点算起，而是选择了减震器处作為拉索的锚固点，并对减震器到防雨罩之间的距离进行了折减，以此长度进行计算。

4.3数据对比

桥面线形检测采用全站仪按二等工程水准测量要求进行测试，以桥塔中心为基准点测得的标高为相对标高，测量每6m布置额1个测量断面，每断面横向在人行道内侧边各布置1个测点，理论值与实测值的比较如图2.1～图2.2所示。

桥梁桥面实测线形较平顺，基本与理论计算线形相吻合，无弯折、下挠现象。

图2.1 北侧标高理论值与实测值比较（单位：米） 图2.2 南侧标高理论值与实测值比较（单位：米）

对霍林郭勒市二号桥的拉索进行编号，从塔根处向引道侧依次编号为L1～L14。通过索力测试系统测得的拉索振动固有频率估算斜拉索索力，与理论计算（在结构计算模型中，考虑混凝土收缩徐变的影响，按照成桥后3年计算）相比较，索力偏差值最大为6.24%，并且除个别短索外均小于按照计城A级荷载作用下理论计算索力。由于短索测量误差影响较大和对结构影响较小，对于桥梁整体来看，实测索力比较均匀，结构受力合理。

5 结 语

1.从理论计算数值和实测值比较可以发现，规范JTG62-2004中关于混凝土收缩徐变的计算是准确的，现场实际情况与理论计算较为吻合。

2.对于独塔混凝土斜拉桥，成桥后收缩徐变的影响较大。因此在设计中，不仅主梁要设置预拱度，保证结构变形后设计线形的准确。同时还要进行成桥后包含收缩许变效应的组合验算，保证大桥结构的运营安全。

3.鉴于影响混凝土的收缩徐变效应的因素众多，要准确的计算其产生的效应难度较大。本桥吻合的情况良好，建议后期应定期对主梁的标高和斜拉索索力进行测量，以便起到安全预警的作用。

参考文献

[1] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG62-2004）中华人民共和国交通部，2004

[2] 刘金秋.《斜拉桥施工过程中间索力的确定及其影响因素》（硕士学位论文），2004

[3] 丁文胜. 《混凝土收缩徐变预测模型的分析比较》，《桥梁建设》2004.6