主梁标高施工阶段敏感性参数分析

陈克芬

云南交投公路建设第五工程有限公司 云南 昆明 650228

摘要：

对在建连续刚构桥进行MIDAS CIVIL模型的施工模拟和对影响标高的6种参数进行敏感性分析，并对其进行重要程度排序。确定连续刚构桥施工阶段影响标高最主要的三种因素为混凝土容重、纵向张拉应力和混凝土弹性模量。

关键词：连续刚构桥，敏感性分析，数值模拟，施工控制

1.1

1.2引言

在连续刚构桥悬臂施工过程中，主梁标高的变形量受诸多不确定参数的影响。如混凝土弹性模量、纵向预应力、混凝土容重、挂篮荷载、施工荷载、混凝土收缩徐变、相对湿度、预应力的管道偏差系数和管道摩擦系数等等。在实施线形控制之前，需对影响参数进行敏感性分析的数值模拟分析计算。

1.3有限元模型

本文以一个148m的连续刚构桥T构为研究对象。采用Midas Civil对桥梁结构的主桥部分进行建模。主梁采用C55混凝土，主墩采用C40混凝土，纵向、竖向预应力钢绞线使用Strand1860钢绞线，混凝土容重为25kN/m³，其余参数均按现行规范设置。

图 1‑1 Midas Civil有限元模型图

1.4施工阶段影响因素敏感性分析

结合实际工程经验后，本文施工阶段标高研究过程中选取六个敏感性因素进行计算分析。数值模拟的敏感性参数选取及控制目标参见表 1 .1。

表 1.1 数值模拟中主梁线形敏感性参数选取

本次研究中，以影响参数的设计值为基准值，将参数变化区间定位-10%~+10%。“＋、－”分别表示在敏感性参数基准值基础上的增、减，参数变化范围和各工况参见表 1 .2。

表 1.2 数值模拟的敏感性参数变化工况

在进行施工阶段敏感性参数分析时，按照实际施工的施工顺序，从施工阶段开始便计入敏感性参数变化，敏感性因素在参与施工阶段的运行分析后，在最大悬臂阶段（19#块预应力钢束张拉完成）得出各节段主梁标高线形的变化值，并以此作为敏感性计算结果。（由于施工阶段的连续刚构桥主梁为全对称结构且悬臂两侧的实际计算结果相差甚小，故只选取主梁小里程悬臂结构的计算结果）。

图 1‑2 线形计算结果

1.4.1混凝土弹性模量

混凝土弹性模量、梁段的截面面积和截面惯性矩是主梁刚度的主要影响因素。但是，实际的桥梁施工过程对于截面的几何尺寸有很严格的要求，产生的误差一般较小。考虑到一般情况下混凝土弹性模量相对其他两个因素更容易出现误差，主梁变形结果参见图 1 -3。

图 1‑3弹性模量敏感性分析

从图 1 -3可以看出，在控制其他影响参数不变的情况下，混凝土弹性模量变化对标高的影响较为明显，但对应力的影响并不明显；增大或减小混凝土弹性模量，主梁下沉位移变化的方向都是相反的，且混凝土弹性模量变化引起主梁高程变化最明显的位置悬臂长度66m（17#端部）的位置；

1.4.2混凝土容重

在连续刚构桥悬臂分节段浇筑的过程中容易出现模板涨模和浇筑混凝土超方现象，导致本节段的尺寸变化或者节段错台，上部结构的重量会大于设计值，主梁变形结果参见图 1 -4。

图 1‑4混凝土容重敏感性分析

从图 1 -4可以看出：在控制其他影响参数不变的情况下，混凝土容重变化对标高的影响较为明显，对应力的影响也比较明显； 增大混凝土容重，主梁下沉位移变化量会增加，减小混凝土容重，主梁下沉位移变化量会减小，且混凝土容重变化引起主梁高程变化最明显的位置悬臂长度66m（17#端部）的位置；

1.4.3纵向张拉预应力

布置纵向预应力钢束来抵抗主梁内的拉力是纵向预应力钢束成为现代混凝土连续刚构桥的重要组成部分的关键原因。很多桥梁监测数据显示，实际纵向张拉预应力很难达到设计值，一般是因为张拉持荷时间不足或过长和张拉设备使用不熟练或控制不到位，主梁变形结果参见和图 1 -5。

图 1‑5纵向张拉预应力敏感性分析

从图 1 -5可以看出，在控制其他影响参数不变的情况下，纵向张拉预应力变化对标高的影响较为明显，对应力的影响也比较明显；增大纵向张拉预应力，主梁下沉位移变化量会减小，减小纵向张拉预应力，主梁下沉位移变化量会增加；

1.4.4挂篮荷载

挂篮是连续刚构桥悬臂施工工序进行的重要工具，但是每个工序的挂篮自身的自重都会存在一些误差，这就会导致作用在悬臂端的重量发生改变影响主梁的标高。因此，对于挂篮荷载进行参数敏感性分析对于后文施工阶段的标高预测是十分重要的，主梁变形结果参见图 1 -6。

图 1‑6挂篮荷载敏感性分析

由图 1 -6可知，在挂篮荷载敏感性分析中，挂篮荷载对于主梁变形的影响并不明显，增大或减小竖向预应力主梁高程的变化量并不大；

1.4.5管道摩擦系数

预应力混凝土连续刚构桥的施工过程中，混凝土质量、预应力张拉工艺水平等因素都会影响管道摩阻损失的大小。因此，预应力混凝土连续刚构桥的预应力管道摩阻损失估算的准确程度会影响到桥梁结构的安全，针对预应力管道摩阻系数进行敏感性分析，主梁变形结果参见图 1 -7。

图 1‑7 管道摩擦系数敏感性分析

由图 1 -7可知，在控制其他影响参数不变的情况下，管道摩擦系数变化对标高的影响并不明显，同时对应力的影响并不明显；增大或减小管道摩擦系数，主梁位移变化量都不大，但对于主梁中间段的线形是有一些影响的，但是并不是特别明显；

1.4.6管道偏差系数

预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工过程中，预应力管道定位是人工进行且短时间内没有高效的机械化方式操作。预应力管道的实际埋设位置与理论设计位置之间往往会有一定的偏差，导致增加预应力损失，主梁变形结果参见图 1 -8。

图 1‑8 l管道偏差系数敏感性分析

由图 1 -8可知，在控制其他影响参数不变的情况下，管道偏差系数变化对标高的影响并不明显，同时对应力的影响并不明显；增大或减小管道偏差系数，主梁位移变化量都不大，但对于主梁最大悬臂状态下中间段的线形是有一些影响的，但是并不是特别明显；

1.5重要性排序结果

实际施工过程中影响预应力混凝土连续刚构桥的标高因素众多，本文只计算了六种参数对于主梁线形的影响，但是分析结果显示出并不是每种敏感参数都会对主梁标高有十分明显的影响。因此，有必要对敏感性参数进行重要程度排序，选取影响程度较大的因素，忽略影响程度小的因素。各种敏感性参数变化对主梁施工阶段线形的影响程度的排序表参见Error: Reference source not found。

表1.3主梁线形受影响排序

从表1.3的重要性排序结果可以看出，对正处于悬臂施工节段的预应力混凝土连续刚构桥而言，影响悬臂施工阶段主梁线形的主要施工敏感性因素是混凝土容重（1.0）、纵向张拉预应力（0.838）和混凝土弹性模量（0.212）；其余因素的影响均比较小。

1.6结论

在连续刚构桥悬臂施工阶段的整个过程中，混凝土容重、纵向张拉应力和混凝土弹性模量是对主梁标高控制影响最大的三种因素。在进行线形控制时，应控制这三种设计参数的误差，其他误差控制可根据具体工程情况考虑。

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