连续刚构桥梁跨中成桥预拱度估算公式

连续刚构桥梁跨中成桥预拱度估算公式

陈杰杨培金刘明

威海水利工程集团有限公司山东省威海市264200

摘要：计算连续钢构桥梁中成桥预拱度是非常困难的。因此为求解连续刚构桥梁跨中成桥预拱度设置值，将影响其运营期间跨中挠度值增大的多种主要因素给定合理量值并考虑相互耦合作用，建立多种不同跨径组合的在役刚构桥梁有限元模型，对其进行分析求解。利用最小二乘法进行多项式拟合，最终推导出适用于主跨跨径２００ｍ以内的连续刚构桥梁跨中成桥预拱度估算公式，并与规范解、经验解、实测值进行对比，证明了该估算公式的适用性。

关键词：桥梁工程；连续刚构桥；成桥预拱度；拟合；估算公式

引言

为使连续刚构桥梁最终线形达到设计线形，施工立模标高要增加施工预拱度ｆ１与成桥预拱度ｆ２，如图１所示。其中ｆ１由模型计算所得，而ｆ２的取值是根据桥梁后期运营过程中跨中下挠经验值来确定的，没有统一的标准。我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中引入挠度增长系数ηθ，Ｍｓ来计算结构长期挠度，反映结构由于收缩徐变及混凝土弹性模量降低而造成的挠度的增加，但其计算值与桥梁实际下挠值相差很大，起不到使结构最终线形平顺的作用为此本文建立大量的连续刚构模型，对影响跨中后期下挠的参数进行适当调整，求得结构运营３年后的跨中挠度，对大量离散数据进行拟合，得出适用于主跨小于２００ｍ的连续刚构桥梁成桥预拱度估算公式，可为后续连续刚构桥梁成桥预拱度ｆ２计算提供参考。

1确定影响因素的参数量值

连续刚构属于超静定桥梁结构，运营后期跨中下挠是多种因素耦合作用下的结果，且混凝土收缩徐变是最主要的影响因素。混凝土收缩徐变、主梁刚度变化、纵向预应力的有效性、活载、施工质量及运营管理等是跨中下挠的影响因素。在建立有限元模型的过程中，为真实模拟结构运营后期的状态，需调整各主要影响因素的参数，确保挠度计算值更贴近实际情况。

1.1混凝土收缩徐变时间参数

混凝土的收缩徐变持续６个月后结构变形可达到最终徐变变形的７０％～８０％，之后变形增长逐渐缓慢。根据这一特点以及桥梁设计时通常考虑１０００～１５００ｄ的收缩徐变计算时间，将结构运营３年后的挠度值作为成桥预拱度估算公式的计算目标值，即按估算公式计算值设置的成桥预拱度，可在桥梁运营３年后其跨中桥面标高基本达到设计高程，且之后变化不大，可满足桥面平稳行车的要求。

1.2结构刚度参数

受弯构件的刚度为ＥＩ，即混凝土弹性模量与截面抗弯惯性矩的乘积。混凝土弹性模量在浇筑前期略低于设计值，之后逐渐达到设计强度；由于结构运营期间裂缝不断开展，刚度变为ＥＩｃ，故需对结构刚度进行折减。根据混凝土疲劳刚度衰减试验规律的结果，取运营３年后主梁混凝土刚度折减１０％作为估算量。

1.3纵向预应力参数

根据实测资料发现预应力损失的理论计算值均低于实测值，即预应力损失预估不足。在施工张拉完成后钢束有效预应力为张拉控制应力的８０％左右，加载二期恒载后钢束有效预应力为张拉控制应力的７０％左右；加之预应力损失与钢束材料、桥梁运营期间的养护措施、病害类型等多因素有关，取运营３年后纵向有效预应力折减为张拉控制应力的３０％作为估算量。

2有限元求解

根据影响因素的参数量值修改模型中的相应参数，为求解各因素对挠度的影响程度以及多因素耦合对挠度的影响程度，分别计算结构在不同工况下的跨中挠度值，具体见表１。

结语

１）刚度折减对连续刚构桥梁跨中长期挠度影响不大，预应力损失对其影响显著，约占总下挠量的３５％，混凝土收缩徐变是其最主要的影响因素，且收缩徐变引起的下挠量与跨径有明显的函数关系。

２）基于最小二乘法，对大量数据进行多项式拟合，推导出连续刚构桥梁跨中成桥预拱度估算公式，其结果与实测下挠值较为吻合。

３）本文推导的跨中成桥预拱度估算公式适用于主跨跨径小于２００ｍ的连续刚构桥梁，解决了成桥预拱度经验公式不统一且取值偏大这一问题，为后续建设桥梁的预拱度设置提供了参考。

参考文献：

［1］杨志平，朱桂新，李卫。预应力混凝土连续刚构桥挠度长期观测［Ｊ］。公路，２００４，（８）：２８５－２８９。

［2］王培金，盛洪飞，赵尚栋。大跨连续刚构桥预应力混凝土箱梁的长期挠度预测探讨［Ｊ］。公路交通科技，２００７，２４（１）：８７－８９。

［3］贺拴海，李源，任伟，侯炜。大跨连续刚构桥长期挠度实测分析及预测［Ｊ］。武汉理工大学学报，２０１４，３６（４）：１１２－１１５。