摘要：随着我国桥梁领域的发展，波形钢腹板组合梁桥这一新型结构桥梁在我国得到越来越多的应用，而该类桥梁的合拢施工仍然停留在参考普通混凝土桥梁的阶段上，因此针对该类型桥梁分析研究其合拢段变形控制意义深远。本文依托国内某实际工程案例，开展了合拢段配重计算分析、温度效应的影响、预应力体系对合拢的应力作用进行了分析研究。
关键词：悬臂施工；合拢；配重；温度效应；预应力体系
1前言
波形钢腹板预应力混凝土箱梁因为其独特的受力特性正日益受到人们的关注[1]。波形钢腹板组合梁桥合拢段的配重计算是影响变形的关键因素[2]，但实际的设计和施工中对合拢段施工关键点理解不深，轻视前期计算分析，影响了合拢后桥梁的耐久性。
目前为止，温度效应对合拢施工的影响研究很少，现有研究并不深入。另外，虽已有相关科研与工程建设者利用三维有限元方法来对其进行模拟，但还是以纯理论的研究为主[3]~ [4]，缺乏实际工程的依托。
预应力体系是波形钢腹板PC组合箱梁桥结构的一个重要部分[5]~ [6]，对桥梁结构的长期性能起着决定性作用。该新型结构形式桥梁的预应力体系的研究对桥梁长期健康使用具有深远意义。
本文将根据上述问题，依托国内某最大跨度该类型桥梁，对波形钢腹板PC组合梁桥的合拢施工控制做较为深入且全面的研究，为同类型研究及实际工程的精确合拢提供参考。
2模型建立
2.1工程概况
本文依托工程为国内某最大跨度波形钢腹板PC组合连续梁桥。全桥总长1776m，主桥具体跨度为（90m+160m+90m）；主梁选用单箱单室截面形式，中墩梁高9.6m，高跨比1/16，边墩梁高4.1m，高跨比1/40，梁高按1.8次抛物线变化。边、
中跨合拢段长均为3.2m。
2.2结构计算模型
根据结构特点，全桥施工进程选取空间梁单元进行分析，将结构离散为97个单元，92个节点，控制节点等间距布置。利用Midas/civil 2015程序中波形钢腹板箱梁截面建立分析模型。每个节段截面特性通过单元两端的特性数据来确定，各构件的连接形式通过设置不同边界条件进行模拟，通过截面特性计算器将边跨墩和中墩不规则截面通过CAD中导入。本文其余章节有限元计算模型均采用此实桥模型。有限元结构离散计算模型如图1：
图1 结构离散图示
3合拢段变形控制影响点分析
3.1合拢施工配重计算分析
本文首先将以传统的 “等重量配重法”、“等弯矩配重法”[7]阐述选择配重位置的方法，其次，针对上述两种方法，本文提出采用“等位移配重法”，并通过实际波形钢腹板桥中跨合拢段的施工为依托，较为深入的分析对比三种方法在合拢变形的区别。
此桥中跨合拢段的混凝土体积为V=18.7m3，将混凝土内构造钢筋的重量考虑在内，合拢段混凝土容重取
。则计算出合拢段混凝土重量为：
a.按“等重量配重法”计算配重
通过前述“等重量配重法”的原理，合拢段混凝土总重量与最大悬臂两端配重相同[8]，则单个水箱所需的重量为：
b.按“等弯矩配重法”计算配重
由“等弯矩配重法”的原理，最大悬臂处配重对中跨0#块的弯矩与吊点对应相同位置的弯矩相等[9]。在最大悬臂处对称布置吊架，则前吊点、后吊点所受的力按如下计算：
c.按“等位移配重法”计算配重
由“等位移配重法”的原理，前文已经提及到由于“等位移”需要考虑多个因素，所以该方法手算非常困难。因此，此处借助前文所建立Midas模型进行配重计算，通过有限元计算，根据此方法的配重为302.55k N。
3.2温度效应对合拢的影响分析
根据依托工程实际情况，分析不同温度下合拢对结构竖向位移的影响，并依据计算结果确定最佳合拢温度。采用20℃，25℃，30℃三种不同的合拢温度分别进行计算，系统升温、降温对结构竖向位移的影响如图下图2、图3所示。
（1)对主梁竖向位移的影响
图2系统升温后对结构位移的影响
图3系统升温后对结构位移的影响
由上图可以得出：合拢完成后受系统升温的影响，波形钢腹板箱梁会发生向上趋势的竖向位移，在边跨的最大上拱数值小于中跨上拱数值。系统降温呈相反规律。
合拢后，根据“热胀冷缩”理论，波形钢腹板箱梁会在此影响下以1/3跨处产生相应的伸长和收缩变化。随着温度升高，组合箱梁延主梁纵向伸长，最大在30℃合拢时伸长量达到峰值。温度降低成相反的规律。
3.3预应力体系对合拢的影响分析
实际施工中，根据现场施工需要可能会选择不同时机张拉体外索，但不同时机进行预应力张拉，将可能导致结构内力及变形发生变化。本节通过不同的预应力束张拉时机来分析预应力加载顺序对合拢后的影响。对中跨合拢前后张拉体外束这两种情况进行计算对比分析。
根据图4中数值及变化趋势，可以得出：体外索的施工对1/4墩身附近产生较大应力值。两种时机下体外索的施工对合拢后受力状态无明显影响，但合拢前施工体外索对成桥应力相对影响略大，两者差值最大为0.33 MPa。
图4 成桥时主梁截面下缘正应力
4结论
本文以国内最大跨度波形钢腹板桥梁为依托，针对对合拢段施工的配重计算，温度效应的影响，预应力体系对合拢的作用等相关问题进行了较为深入且全面的分析，并得出如下主要结论：
（1）在分析比较工程建设中常用的“等重量配重法”、“等弯矩配重法”的基础上，本文提出了“等位移配重法”，结合有限元计算证实了该方法的优越性。
（2）当温度升高时，合拢段两端处会产生向下变形的挠度；当温度降低时，合拢段两端处会产生向上变形的挠度。在实际工程施工中可根据此规律在调整梁体空间位置时做一定的变形预调整，从而精确完成波形钢腹板桥的合拢。
（3）不同时机下体外束的施工对合拢后受力状态无明显影响，但合拢前施工体外束对成桥应力相对影响略大，实际施工中可根据现场需要灵活安排波形钢腹板桥合拢后体外预应力的施工顺序，但在合拢后施工体外索对箱梁有略微的优势。
参考文献：
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[10]王聪.波形钢腹板 PC 组合箱梁连续刚构桥体外预应力参数分析(D).重庆交通大学,2013.
论文作者:张村
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
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