连续刚构桥预应力损失对跨中下挠的影响

连续刚构桥预应力损失对跨中下挠的影响摘要：目前大跨度连续刚构桥跨中下挠过大已成为普遍现象。挠度过大，不但会影响行车的安全性，也会降低桥梁的使用寿命，这严重影响了大跨度连续刚构桥的发展。针对这个问题，通过研究了纵向预应力对跨中下挠的影响，并且采用MIDAS建立了空间模型，分析了预应力损失对桥梁变形的影响，对大跨度连续刚构桥的设计指明了方向。关键词：挠度，纵向预应力，预应力损失Abstract:Thelong-spancontinuousrigidframebridgeexcessivemisspendlaghasbecomeacommonphenomenon.Thelargedeflectionwillnotonlyaffectthesafetyofdriving,willreducetheservicelifeofthebridge,whichhasseriouslyaffectedthedevelopmentoflongspancontinuousrigidframebridge.Aimingatthisproblem,throughthestudyofthelongitudinalprestressingeffectonthedeflectionofmidspan,andusedMIDAStobuildaspatialmodel,analysisofthepresserslossonthebridgedeformation,pointedoutthedirectionfordesignoflargespancontinuousrigidframebridge.Keywords:Deflection,longitudinalpressers,pressersloss0引言从目前来看，随时间发展大部分桥梁都存在严重的跨中下挠过大的问题，并严重影响到它的结构受力状态，这一问题一直广泛的被国内外桥梁研究者所关注。但是，这个难题目前还没有一个完美的解决方案。对于大跨连续刚构桥的跨中下挠问题亟待改善，一般都从预应力损失对其进行分析。预应力的损失会不仅会引起下挠的增长，还会导致梁身开裂，而这又将降低梁体刚度导致恶性循环，从而进一步会加剧下挠的增长。在本文中，主要是研究了预应力损失对挠度的影响，通过建立MIDAS空间模型来进行具体的分析。分析时以黄石长江公路大桥为例。1工程概况黄石长江公路大桥主桥为162.5m+3×245m+162.5m的五跨连续刚构，主要结构尺寸：主墩采用双肢薄壁结构，单壁宽10m，其基础为钢围堰和钻孔群桩基础。主梁顶面宽19.6m，底面宽10m，箱梁截面为单箱单室结构，在墩顶设有横隔板。主梁在墩截面梁高13m，在跨中截面为4.1m，其间梁底下缘按照二次抛物线渐变。梁顶翼缘板为1.5%双向横坡。墩顶零号段长16m，梁底在与蹲身对应13.5m范围内为直线，两端各1.25m范围内则处于二次抛物线上，施工梁段按每个T构划分为32对梁段，10×2.5m+11×3.5m+11×4.5m，累计悬臂长度为113.0m，合龙段均为3m，两端边跨现浇段长均为37.6m。本桥采用大型有限元软件Midas/Civil进行计算分析。共建立单元312个，节点321个，划分43个施工阶段，其中包括32个悬臂浇筑阶段，每个悬臂浇筑阶段均包括移动挂篮、浇筑悬臂梁段以及张拉纵向预应力三个主要阶段。模型中的施工阶段荷载主要考虑了结构以及挂篮的自重、钢束的荷载、合龙时的吊篮以及配重等。横隔板的重量采用集中力来模拟，二期恒载采用均布荷载来模拟。模型按照设计院提供的设计图纸的要求建立，模拟出其实际施工工况，分别对桥梁的内力、位移进行了分析，计算参数取值均按照规范执行。1.1计算模型黄石长江公路大桥主桥采用的计算模型如图1.1所示图1黄石长江公路大桥计算模型图1.2竖向挠度变化根据模型计算，黄石长江公路大桥在成桥时最大上挠5.3cm，成桥十年最大上挠变为6.5cm，使用阶段考虑长期效应影响的主跨长期挠度值为-12.9cm，远小于规范容许值-24500cm/600=-40.8cm；随着时间的发展，各桥挠度值也在继续发展。2预应力损失对连续刚构桥跨中下挠的影响2.1背景从黄石长江公路大桥的监测资料来看，主梁收缩徐变、纵向预应力有效应力降低、主梁刚度变化、施工缺陷、桥面铺装不合理等是导致各跨跨中下挠的主要影响因素，本论文主要分析纵向预应力对跨中下挠的影响。预应力混凝土连续刚构桥纵向预应力索长索比较多，长索的预应力损失主要为摩阻损失。由于波纹管与钢绞线束之间的摩擦系数难以控制，所以摩阻损失并不能通过理论分析准确得出，实际上做现场精确实测也是相当困难的工作。纵向预应力束的摩阻损失的计算在新桥规中采用下式进行计算：（1）式中：——预应力钢筋锚下的张拉控制应力（MPa）；——预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；——从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和（rad）；——管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；x——从张拉端至计算截面的管道长度，近似取该管道在构件纵轴上的投影长度（m）。2.2和变化对挠度的影响为了分析参数和的改变对大跨径预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠的影响，本文结合上文建立了黄石长江公路大桥的实桥模型，采用四种参数组合模拟其对跨中下挠的影响，第一种组合为=0.0015，=0.2；第二种组合为=0.0015，=0.35；第三种组合为=0.004，=0.2；第四种组合=0.004，=0.35。图2黄石长江公路大桥参数变化影响图表1参数变化对跨中最大相对位移影响表对图2中的计算结果进行分析，以=0.0015，=0.2为基准，其他三种情况跨中最大相对位移如表1所示。通过以上分析可知：规范中参数和会影响跨中挠度，但并不是大跨度预应力混凝土连续刚构桥主梁下挠的主要原因。同时还应该认识到，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数和预应力钢筋与管道壁的摩擦系数取值偏小并不会直接导致成桥后主跨跨中的持续下挠，而是会导致施工和成桥时的即时下挠。尽管这样，它还是会影响成桥之后纵向预应力，由于预应力的松弛、混凝土的收缩徐变等因素的影响可能导致管道之间的滑移，从而导致有效预应力变小。2.3预应力损失对跨中下挠的影响为了分析纵向预应力损失，黄石长江公路大桥模型的基础上分别考虑预应力损失10%、30%、50%。分析基本模型的主边跨跨中下挠量，在模型中利用张拉量模拟预应力损失值。图3黄石长江公路大桥预应力损失对挠度的影响图表2黄石长江公路大桥预应力损失对中跨挠度影响表表3黄石长江公路大桥预应力损失对边跨挠度影响表由表2、3可知，黄石长江公路大桥中跨在预应力损失10%的情况下挠度值增加-14.29cm，在预应力损失30%的情况下挠度值增加-18.53cm，在预应力损失50%的情况下挠度值增加-22.77cm；边跨在预应力损失10%的情况下挠度值增加-15.13cm，在预应力损失30%的情况下挠度值增加-20.09cm，在预应力损失50%的情况下挠度值增加-25.03cm。3结论由以上分析成果可以得出以下几点结论以及建议：（1）规范中参数和普遍偏小，对参数取值建议放大，孔道长度偏差影响系数取0.003~0.004/m，孔道摩擦系数μ取0.3~0.35比较合适。在施工中，我们可以采取以下措施来减少摩擦损失：a.两端同时张拉，能有效减少预应力损失值；b.采用超张拉，即在张拉时按照相关规范规定，在原张拉力基础上超张拉5%~10%。这样即使在锚固后产生回松应力，也会由于摩擦的影响，不会传到中间截面，从而保持较高的张拉应力。和取值偏小并不会直接导致成桥后主跨跨中的持续下挠，而是会导致施工和成桥时的即时下挠。尽管这样，它还是会影响成桥之后纵向预应力，由于预应力的松弛、混凝土的收缩徐变等因素的影响可能导致管道之间的滑移，从而导致有效预应力变小。（2）通过模型的分析可以得知，跨中下挠随预应力损失的增大而增大，当损失值达到一定时，跨中下挠会急剧增长，这也是由于梁体开裂，自身刚度下降等因素互相耦合所导致的。参考文献[1]戴维.悬灌箱梁0号块及1号块段裂缝整治[J].世界桥梁，2000:70-72.[2]范立础主编.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1998:39-62.[3]陆中元,李建华,朱念清.广东南海金沙大桥的维修加固[J].铁道建筑,2004,10:29-31.[4]詹建辉,陈卉.特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析[J].中外公路,2005,25(1):56-58.[5]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.[6]廖小文.大跨宽箱连续刚构桥空间效应分析研究[D].重庆交通大学，2007.[7]周军生,楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势[J].中国公路学报,2000,13(1):31-37.[8]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）[S].北京：人民交通出版社.2004.06.Effectsonmid-spandeflectionoflongitudinalpre-stresslossForTheWideSpanContinuousRight-frameBridgeLiuFanghua,DaiTing,LiHezhi(jiangxiUniversityOfTechnology,jiangxinanchang330022)Abstract:Outsizedeflectionofthemid-spanhasbecomeanormalphenomenoninbig-spancontinuoussteelstructuralbridge.Outsizedeflectionnotonlyaffectstrafficsafety,butalsoreducestheservicelifeofthebridge,whichwouldaffectthedevelopmentofbigspancontinuoussteelstructuralbridge.Thispapermainlystudiestheeffectsonthemid-spandeflectionofthelongitudinalpre-stressandanalyseseffectsonbridg