[12-11 17:00:46] 来源：http://www.tmgc8.com 工程设计 阅读：3771次
采用分阶段悬臂施工方法的大跨径桥梁，结构的最终形成必须经历一系列的施工过程。对施工过程进行详细的变形计算和受力分析是桥梁施工控制的基本内容之一。通过对桥梁施工过程的仿真分析，确定桥梁结构施工过程中每个阶段的受力状态，作为施工控制的理论依据。
在施工控制的仿真分析过程中，设计参数的选取对于分析的准确性起着至关重要的作用。在施工过程中，桥梁的内力和变形受诸多因素影响，如材料重量、截面刚度、预应力效应、收缩徐变、温度、施工荷载等等，由于上述的影响参数实际上并非理想值,如果施工过程中的控制变量仍采用理论值,则结构的受力将会偏离理论轨迹。为达到施工控制的目的，需要预先确定各误差因素对结构状态的影响程度，以便进行参数识别和有限元模型修正，使计算模型最大程度与桥梁实际结构状态相符，从而减小施工误差，使桥梁的成桥线形和受力状态满足设计要求。
1.工程概况
本文以渝湘高速干溪沟2号特大桥主桥为研究对象，对其悬臂施工控制中的设计参数敏感度进行了分析研究，得到了一些对实际工程有意义的结论。干溪沟2号特大桥是西部开发省际公路通道重庆至长沙高速公路黔江至彭水段上的一座特大桥梁，桥梁全长780.70米，左右线分离，主桥为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨径组合为（90 170 90）m，主墩处梁高105m，边跨直线段和跨中合拢段梁高为3.5m，采用单箱单室箱梁，箱梁顶宽12.25m，底宽6.5m，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化，主桥墩身采用双肢等截面矩形空心墩。设计荷载为公路-Ⅰ级。
2.结构计算分析
2.1 有限元模型:将干溪沟2号特大桥主桥简化成平面结构，各悬臂施工阶段离散为梁单元，两个主墩底部视为固定支座，两个边跨端视为活动铰支座。成桥模型离散为189个梁单元，190个节点。其成桥结构有限元模型见图1。
2.2 结构设计参数:干溪沟2号特大桥的主要结构设计参数如表1所示。在建立初级模型时，设计参数均按规范和设计要求取值。
项目设计参数
混凝土主梁采用C55混凝土，加载龄期为4天；墩身采用C50混凝土，加载龄期为5天。主梁混凝土弹性模量为3.55×104 MPa，墩身为3.45×104 MPa，环境相对湿度0.8，容重为25kN/m3
预应力预应力采用270级高强度低松弛钢绞线，钢绞线的弹性回缩总变形取12mm（每端为6mm）；抗拉强度标准值fpk=1860 MPa，张拉控制应力为0.75fpk=1395 MPa；管道摩阻系数u取0.25，偏差系数k取0.0025，松弛率取0.03
挂篮空挂篮104t（包括模板及机具设备），前支点与后锚点距梁47m，空挂篮前支点反力1527kN，后锚点拉力487kN，前支点距梁端0.5m
2.3 施工阶段的划分:该桥采用悬臂浇筑方法施工，每个节段的施工顺序为：安装挂蓝、立模→浇筑混凝土→养护→张拉预应力筋→挂蓝前移。本次计算实际共划分为119个施工阶段和一个运营阶段，严格和实际施工状态相对应。
3.参数敏感度分析
3.1 分析参数
（1）梁段重量：梁段重量的误差主要来源于混凝土的容重误差和梁段成型尺寸误差。随着桥梁配筋率的增大，大量的普通钢筋和预应力钢筋增加了梁段重量，规范中所规定的混凝土容重25kN/m3显然不能满足施工控制分析的要求。梁段尺寸成型误差主要来自于浇筑过程中的超方、欠方、模板错位等现象，这些现象也影响了梁段的重量。
（2）弹性模量：混凝土的弹性模量误差与混凝土的配合比、配筋率和养护龄期等有关。悬臂施工的桥梁在设计和施工过程中，往往以混凝土强度为养护龄期的标准。达到设计所规定的强度后即进行下一阶段施工（预应力张拉），而此时的混凝土弹性模量通常难以达到设计值，导致桥梁的变形与计算不符。
（3）施工荷载：对于悬臂施工的桥梁，挂篮悬浇施工工艺已经十分成熟，被广泛使用。由于挂篮荷载较大，且直接作用于悬臂端，势必对桥梁结构的受力和变形产生影响。在设计过程中，由于无法确定挂篮的具体形式和材料用量，所以不能确定挂篮荷载的具体数值。
（4）徐变：在目前的桥梁结构计算中,对徐变计算理论的选用还存在异议。特别是大跨径桥梁,比如连续刚构桥，成桥后在使用阶段跨中持续下挠的问题十分普遍，这与徐变理论计算是否与实际情况相符有一定的关系。
（5）预应力管道偏差、摩阻：预应力钢束管道的实际位置与其设计理想位置之间不可避免地会存在偏差，而管道摩阻的实际值与规范值也会有不同程度的偏差，这些都是造成预应力损失的重要因素。www.tmgc8.com
3.2 敏感度分析:以干溪沟2号特大桥5#墩最大悬臂阶段作为进行参数分析的施工状态，在有限元模型中修改设计参数值，将所要分析的参数（梁段重量、混凝土弹性模量、挂篮荷载、混凝土徐变系数、预应力管道摩阻系数和局部偏差系数）变化幅度控制在10％。以梁段的竖向累计挠度作为状态变量，计算各个参数发生变化后状态变量的变化幅度，并建立各参数敏感度方程。这里我们以修改参数后的结构挠度与未进行参数修改的结构挠度差值的绝对值作为评定参数敏感度的标准，即参数敏感度方程为δ=｜Y′-Y｜。根据影响程度确定出施工控制的主要设计参数和次要设计参数。参数敏感度分析结果如图2所示。
4.结论
（1）根据参数敏感度分析结果可知，对于干溪沟2号特大桥，梁段重量和弹性模量对桥梁悬臂施工过程中的变形影响显著，为主要设计参数；挂篮荷载属于临时荷载，徐变对于短期效应（施工过程）影响相对较小，包括预应力管道偏差和摩阻都为次要参数。施工监控计算时重点对主要设计参数进行参数识别，修改有限元模型，从而使理论分析与结构实际状态更为接近。
（2）施工控制的仿真计算应该与施工实施相互靠近。仿真计算不同于设计计算，不能照搬设计规范，尤其是设计参数的选取，应以逼近施工实际为准，例如设计必须保证结构安全，而仿真是要为施工控制提供理论依据，对施工状态进行预测，这个观点很重要。但也不能把施工控制误差全部归结于设计参数的选取，实测数据本身的真实性和可信度也很重要。精心计算分析与施工的科学管理和严格要求紧密结合，是提高施工控制质量的保证。
参考文献
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[2] 王天鹏.连续刚构桥施工预拱度的计算与控制[J].北方交通，2009.8
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[4] 张治成. 桥梁施工控制中的结构设计参数敏感性分析[J].武汉理工大学学报，2006.28（10）
【文章编号】1006-2688(2010)12-0036-02
【基金项目】中南林业科技大学青年科学研究基金资助项目：2008049B。
【作者简介】王天鹏（1980-），男，辽宁朝阳人，汉族，硕士，讲师，中南林业科技大学土木工程与力学学院，从事桥梁结构分析、设计、施工控制方法研究。贺国京（1964-） ， 男，中南林业科技大学土木建筑与力学学院院长，教授，博士生导师。l
