连续刚构桥线形控制

对连续刚构桥线形控制的很好总结

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第 2卷第 6 6期2006年 12月

中外公路

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文章编号：6 1 2 7 (06 0 0 8 0 1 7— 5 9 2 0 )6 0 3 4

连续刚构桥线形控制方法研究张永水。淑上曹(庆交通大学，庆市重重 407) 00 4

摘

要：续刚构桥线形控制主要通过合理设越预拱度来实现，连该文通过全面分析影响

连续刚构桥预拱度设置的各种因素，据结构变形的性质和时间不同，预拱度分为施工预根将拱度和成桥预拱度，合连续刚构桥结构变形规律，出了施工预拱度各种影响因素的计算结提

原理和设置方法，次阐明丁成桥预拱度按余弦函数分配的合理性及其设置方法 -中的研首文究成果具有较高的应用和推广价值。

关键词：大跨连续刚构桥；施工预拱度；成桥预拱度；余弦曲线分配法

目前，多大跨径连续刚构桥在运营过程中出现诸

载对线形的影响。成桥预拱度主要是为消除后期运营过程中的收缩徐变、后期预应力的损失、活载变形等而设置。

中跨跨中下挠过大以及桥面线形成波浪形变化等问题。其主要原冈就是预拱度设置不合理，因此有必要对连续刚构桥预拱度设置作深入研究。为便于理解， 首先定义桥梁的 3种线彤，图 1所示，如设计线形，即设计文件中要求达到的线形；桥线形，成即施 r完毕后的线彤；终线形，后期运营过程中，最即收缩徐变基本完成时的线形，一般指运营 3~5年后的线形。如果施T l预拱度设置合理，桥时的线形为设计线彤加成桥成

大跨径连续刚构桥多数采用挂篮悬臂现浇施工，

在设置预拱度时，主要考虑表 1中几个方面的因素。表 l连续刚构桥施工预拱度的主要影响因素

预拱度的线形；成桥预拱度设置合理，么最终线形和那设计线形符合较好。为了达到上述目的，中对影响文预拱度的各种因素及其设置计算方法加以讨论。

注：中“”表示向上设置预拱度，一”表示向下设表+号“号置预拱度图 l桥梁的 3种线形

连续刚构桥预拱度的控制是通过每个阶段的节段

影响预拱度的主要因素

连续刚构桥预拱度分为施 _预拱度和成桥预拱 T

立模标高来实现的，采用预拱度总量控制，梁段浇筑时

各节段立模标高为：H,一H。 +f () 1

度。设置施 T预拱度主要是为消除施工过程中各种荷收稿日期：0 6 o— 2 20一 1 1作者简介：永水，,士，张男硕副教授

式中：为待浇筑箱梁底板前端立模标高； H Ho为待浇

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筑箱梁底板前端设计标高；厂为预拱度值。 根据表 1连续刚构桥预拱度的计算公式为：,f fjf—厂 c 2

桥结构上，计算所得的挠度值反向设置便可。将 2 3前期收缩、变的影响 .徐现行《路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范》公 (T 2 0 4第 6 5 6条规定，预应力混凝土受 J G D6—2 0 ) . .“

式中：预施工拱度f一∑f+∑/++ /++^ f+ () 3

弯构件当需计算施工阶段变形时，按构件自重和预可加力产生的初始弹性变形乘以[+拳 tt)求得” 1 (,。]。前期徐变即施工阶段的徐变，因此，期徐变可以按规范前

式中：:为本阶段块件生成后和以后各阶段挠度 累计值；, 为本次浇筑梁段及后浇梁段纵向预应力张拉后对该点挠度影响值； 3前期收缩徐变值； f为为挂篮变形影响；为温度影响； 施工荷载产/ f为

规定计算。收缩按规范规定计人影响。2 4挂篮的影响 .

可分为对已浇筑节段和对现浇节段的影响两部分来分析挂篮的影响。 对于已浇筑节段，篮自重使其产生弹性变形，挂挂篮拆除后变形恢复，不必考虑其影响。但此变形对于现浇节段的立模标高会产生影响，置此节段施工预设

生的挠度；为体系转换与二期恒载产生的挠度； l厂/为成桥预拱度。

2设置施工预拱度的原理和计算方法 2 1结构自重作用、应力作用下预拱度设置 .预

拱度时应该预先剔除这部分影响。其次，由于本节段刚度还未形成，自重由挂篮承担，挂篮、段混凝土在节结构自重的计人方法是本阶段块件生成后和以后各阶段挠度

累计值，点是先浇节段已完成了本身自特 重变形，再对后浇节段产生影响；然合龙段与悬臂不虽

自重的作用下，挂篮自身会产生挠曲变形，现浇节段使混凝土也产生与其相同的、篮拆除后不可恢复的挠挂曲变形因此，必须计人这部分的影响；其值一般由现场挂篮预压试验确定。 2 5温度影响 .

节段的单项挠度计算方法不同，计人方法是相同的，但 可以用通式表达。预应力作用计人方法是本次浇筑梁段及后浇梁段纵向预应力张拉后对该点挠度的影响值，特点是需要计人后张拉预应力对已生成节段产生的影响。因此节段 i结构自重作用下的预拱度值在

在连续刚构桥分段施工过程中，几何线形的实其测值中都包含温度荷载的影响。尽管测量时间可以选择在温度较为稳定的时段，深夜或凌晨，是，多如但大时间难以避开日照温差的复杂影响。 日照温差对悬臂端挠度的影响可以通过各施工阶

∑/ 为：/“一 f+厂+/++…+ ‘z

(标 1示结构自重的影响 )上表

() 4

段的温度敏感性分析得到结构随温度改变的变形曲线，据实际温度变化进行插值计算，根对结构变形进行修正。 考虑温度影响的立模标高 H为： H= H w。+f 厂为温度修正值。 连续刚构桥施工过程中，为进一步弄清箱梁截面

节段 i在预应力作用下的预拱度值>厂 :为：/= f厂+:…+。+,+

(标 2表示预应力作用的影响)上2 2体系转换、期恒载的预拱度设置 .二

() 5

进行体系转换时，一般采取压重、推的方式。压顶重时，与混凝土等量置换的那部分配重随合龙段}昆凝土的浇筑同步卸除，置施工预拱度时剔除其影响便设

温差和温度在截面上的分布及其影响，有必要每个月均选择有代表性的天气 (晴天、天、天、雨阴寒流 )行进2 4h连续观测，准确掌握温度的变化规律，以然后根据测量结果进行温度修正。 均匀温度作用对挠度的影响主要取决于梁体温度与设计合龙温度是否相符合。悬臂施工阶段，结构为

可；是为了调整合龙段两端的标高而设置

的附加配但重要等到合龙段的混凝土达到规定强度后才卸载，其作用在合龙前后两种不同体系上，载前后对桥梁的卸影响不能相互抵消。

静定体系。龙后转为超静定体系，合连续刚构桥以柔性薄壁墩适应纵向温度变形，梁体温度与设计合龙温若度不相符合，将产生温度约束变形。因此，计算年温差引起的变形时，该从边跨合龙时开始计人其影响。应2 6墩身压缩的影晌 .

为改善桥墩受力，常采取中跨合龙前顶推的方法。

由于预拱度的设置，顶推会使主梁各截面发生竖向变形，这部分变形在设置施工预拱度时也应该考虑。 二期恒载预拱度的设置较为简单，即将其加到成

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大跨连续刚构桥悬臂长，臂梁体、悬施工荷载等重量很大 如果墩高较高，身会产生较大的压缩量墩2 7墩顶转角位移的影响 .高墩大跨径连续刚构桥在分段施工过程中，别特。

( )与现今采用的徐变计算方法的结论不相符 2

合。计算徐变的基本方法为建立在线形徐变理论基础上的徐变系数法，即应力水平不是很高时，徐变应变与应力成正比，由于初始的弹性应变在此范围内也与应力成正比，因此，变应变与初始弹性应变存在比例徐关系。

是在长悬臂时，荷载不可能严格对称，梁、主高墩均为压弯构件，几何非线性效应明显，这将引起墩顶水平转角位移，对长悬臂端的竖向挠度产生很大影响 2 8施工荷载的影响 .、、

根据有限元计算结果，弹性应变在中跨 L 4处产/生的变形约为跨中的 l 2因此，/;徐变变形亦应符合相

施工荷载属于临时荷载，在后续阶段卸载。因此，临时荷载引起的墩身压缩、挂篮自重使现浇段产生的

类似的规律。而应用二次抛物线分配预拱度时，中跨与 L 4处的预拱度比为 3 4与简支梁计算结果吻合//,

弹性变形、温度梯度影响、偏载引起墩顶转角影响等都属于加卸载过程，都应该在立模标高中剔除其影响。

较好，偏离连续刚构桥理论计算值。但

因此，按余弦曲线分配预拱度的方法更合理，其原因

为：

3设置成桥预拱度的原理和计算方法 目前，在施工过程中对成桥预拱度不直接识别、修正，成桥预拱度线形是通过在立模标高中预留来实而

首先，弦曲线在各墩顶两曲线相接处、余最大预拱

度处的切线斜率为零，因此，满足平顺的要求。其次，弦曲线在 1 4处为预拱度最大处的 1 2余 .//,与有限元计算结果吻合较好。

现的。因此，桥预拱度的合理设置尤为重要。成3 1经验曲线分配法 .

如图 2示坐标系中，所中跨成桥预拱度余弦曲线方程为：

成桥预拱度中主要部分是考虑后期徐变的影响， 丽混凝土的徐变对桥梁结构成桥后的影响程度还没有

等 1c2/ ( oL - sz r￣ r式中：中跨跨径；为中跨跨中成桥预拱度 L为。

( 6 )

得到比较可靠的结论，再加上运营期间几何非线性与徐变挠度的耦合效应星著，因此，设置成桥预拱度的方法一般都是在理论计算的基础上，据经验确定跨中根最大预拱度后，某种曲线向全跨分配。按

边跨成桥预拱度的设置：理论计算结果表明，边跨最大挠度一般发生在 3/ L 8处，小约为中跨最大挠大度的 14/。况且，由于大跨径连续刚构桥边中跨比一,

根据近几年的实践，中最大预拱度一般取跨J 15 O/ 0 O~L l0 0左右，如前文公式的计算方法/或方式变化，但存在如下问题： ( )二次抛物线的分配方式将导致成桥后桥梁线 1形不平顺、不协调。如网 2所示，埘二次抛物线，采在。

般在 0 5 - 0 6有，墩采用柔性墩，后期运营过 . 2-.左 - -桥在

程中墩顶将向中跨发生一定的位移。刚构桥墩梁同结，由变形协调可知，角位移使跨中下挠，转边跨上挠因此，边跨成桥预拱度一般设置较小。 但是，由于现阶段常采取中跨合龙前压重或顶推。

但是 目前成桥预拱度的分配普遍采用二次抛物线的

的方法，使墩顶在成桥时就有一定的向边跨的预偏量

各墩顶处必然出现尖点，车不顺畅，符合规范中行不“预拱度设置应按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺『抖 1线”要求。的

。

凶此，跨可按理论计算的

方法或按照经验设置，边如图 2所示，在大约边跨 3/ L 8处设置大小为/ 4左右的

预拱度，配同样采用余弦曲线变化便可。分3 2公式算法 .a.

{

边 Y跨 :\设线\顺计曲 平——

(+ ) z t1

( 7 )

\顺半

。r

式中： a为修正系数，按照目前相近跨径的桥梁的 F挠实际情况确定此系数；为成桥 5年后收缩徐变挠度 r计算值； z活载挠度计算值。 d为 用式 () 7进行计算时，载的计算可在收缩徐变阶活段(成桥后 5 )加一个阶段，规范相应的车道荷年后按载计算，计算结果单独分离出来后乘 1 2的系数； 将/卣

\引桥或路线成桥预拱度按抛物线分配

一

成桥预拱度按余弦线分配

图 2成桥预拱度的分配曲线

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接采用 l 2车道荷载加载的方式是不准确的，/因为车道荷载与其产生的挠度不成比例。收缩徐变的计算是将收缩徐变阶段的计算值减去竣工时计算值。3 3两种设置方法比较 .上述两种设置成桥预拱度的方法，以从最大成可

度是刚竣工时的计算结果，期挠度值是收缩徐变阶后段完成后的计算结果与成桥时计算结果的差值。 图 4中所得的施工预拱度仅是前期理论预测值，

在施 T监控过程中还需要结合施工中主梁实测变形及其他实测参数、环境影响 (特别是温度 )实时修正 .并运用误差调整理论，卡尔曼滤波法、色系统、小二如灰最乘法、经网络系统等，神对施工中产生的误差不断进行识别、反馈、整 .调以确定更为准确的预拱度。图中成桥预拱度的两条曲线是分别按照经验曲线分配法和公

桥预拱度、分配曲线两个方面来比较。

( )两种方法的跨中最大预拱度的大小都是以经 1验为基础，公式算法中的修正系数 a也主要依据经验曲线分配法中确立的经验范围 L/ 0~ L 10 0来 15 0/ 0确定。( )两者的成桥预拱度在梁段上的分配线是不 2

式算法得到的，见，中最大成桥预拱度取值相同可跨时，者只是分配曲线不同，在数值上差别不大 .两但跨

同

的。公式算法的分配曲线采用计算得到的线，经

中基本重合，跨差别稍大。总预拱度便是施工预拱边度和成桥预拱度的和，拱度加到设计标高上得到指预导悬臂施一的立模标高。 r

验曲线分配法采用新的余弦曲线分配。运用经验曲线分配成桥预拱度设置的曲线外形更加美观、平顺。

4实例分析 某预应力混凝土连续刚构桥，径组合为： 5跨 9+1 O 5 m,梁采用单箱单室截面，面全宽 2 . 7+9主桥 25 m,主墩采用双薄壁结构，采用悬臂浇筑法施工。上部结构划分成 1 2个单元，用平面杆系有限元进行施 5运工过程模拟正装计算。算结果如图 3示，桥挠计所成OO .5O

5结论 多年来，在连续刚构桥线形控制方法中，在着各存

种不同的观点，中最有代表性的，是跨中取一较大其就的预拱度值，其他各点以二次抛物线分配，这也是导致许多连续刚构桥线形不合理的主要原因。本文将连续刚构桥预拱度分为施工预拱度和成桥预拱度，工预施拱度应按照施 T过程模拟计算结果设置，以施工误并差理论加以调整。成桥预拱度在混凝土后期徐变变形和活载变形计算基础上，以余弦曲线分配为宜。

桥梁纵向/ m

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一 1 . l 21 l8卑 O 7

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O3 .5 O 3O O2 .5

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盍 00 . 20 1 .5O 1 .0 O【 .5】 O—

L j J G I 2 _ 0 4公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 5 T )。 2 0, 6

设计规范E] s.桥梁纵向/ m

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图 4预拱度设置

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