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橋梁施工方法分析研究 龐國英PANGGuo-ying （臺州市公路管理局，臺州318000） （TaizhouHighwayAdministration，Taizhou318000，China） 摘要：針對分別采用滿堂支架施工和懸臂法施工設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行確定性和可靠性對比分析，通過有限元程序?qū)Τ蓸螂A段選取的典型截面可靠指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，確定性分析和可靠性分析結(jié)果有不同的規(guī)律，不能單從確定性分析結(jié)果的大小來判斷結(jié)構(gòu)安全儲備，需將確定性分析與可靠性分析相結(jié)合，才能對結(jié)構(gòu)有合理準(zhǔn)確的判斷與評價。 Abstract：Theobjectofthispaperistostudythedeterministicandreliabilityanalysisofthepre-stressedconcretecontinuousgirderbridgesdesignedbythefullframingmethodconstructionandcantileverconstruction.Theresultsoftypicalselectedcrosssectionsshowthatthedifferentregularitiesexistinthedeterministicandreliabilityanalysis，whichindicatesthatauracyandreasonableassessmentofstructuralsafetystatementmustbebasedonthebinationofdeterministicandreliabilityanalysis，notthedeterministicanalyzing. 關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；滿堂支架施工；懸臂施工；確定性；可靠性；可靠指標(biāo) Keywords：pre-stressedconcretecontinuousgirderbridge；fullframingmethodconstruction；cantileverconstruction；deterministic；reliability；reliableindex ：U448.21+5：A：1006-4311（xx）25-0223-04 作者簡介：龐國英（1963-），女，浙江臺州人，高級工程師，路橋?qū)I(yè)，本科（長沙理工大學(xué)），主要從事公路橋梁管理方面的工作。 0引言 滿堂支架現(xiàn)澆（也稱支架整體現(xiàn)澆）和懸臂現(xiàn)澆施工法作為技術(shù)已經(jīng)很成熟的連續(xù)梁橋施工工藝，應(yīng)用范圍非常廣泛。近幾年，關(guān)于滿堂支架現(xiàn)澆施工和懸臂現(xiàn)澆施工的連續(xù)梁橋的研究有很多，但是其中大部分都是進(jìn)行的確定性分析1-4，從可靠度理念角度出發(fā)的研究很少5-6。為了保證結(jié)構(gòu)在項(xiàng)目全周期內(nèi)的受力安全，應(yīng)對新建橋梁進(jìn)行可靠性評估，不同的施工方法對橋梁結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)的安全運(yùn)營影響非常大。本文針對上述問題，以一座實(shí)橋?yàn)橐劳泄こ蹋鶕?jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTGD60-xx（以下簡稱04通規(guī)）和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD62-xx（以下簡稱04橋規(guī)）對采用滿堂支架現(xiàn)澆施工和懸臂現(xiàn)澆施工設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的確定性和可靠性指標(biāo)7進(jìn)行計(jì)算及比較，積累了寶貴的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 1實(shí)橋資料 本實(shí)例是某立交橋主線橋的一聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m+45m+30m，實(shí)際橋長為104.94m，預(yù)留伸縮縫寬度是6cm，圖1表示橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式。 主梁采用變高度箱形截面。箱梁根部高取為2.4m，高跨比為H1/L=1/18.75；跨中最小梁高H2為1.2m，H1/H2=2，箱梁底緣按二次拋物線變化。每幅橋面全寬為16m箱梁，頂板翼緣外懸2.5m，箱梁頂板厚度為22cm，箱梁頂板翼緣端部厚度為20cm，翼緣根部厚度為30cm，箱梁底板寬度為11m。腹板與頂、底板相接處均做成10cm10cm承托，主梁橫截面構(gòu)造如圖2所示。根據(jù)滿堂支架施工和懸臂施工設(shè)計(jì)的連續(xù)梁橋的主梁預(yù)應(yīng)力配筋分別如圖3和圖4所示。 2有限元建模 本實(shí)例橋梁跨徑較小，將每孔計(jì)算跨徑8等分建立單元。四個支承點(diǎn)處設(shè)置節(jié)點(diǎn)，在B、C支承點(diǎn)兩邊分別增設(shè)0.6m的單元，邊支承點(diǎn)以外增設(shè)0.58m的小單元。本實(shí)例離散后共計(jì)74個單元，75個節(jié)點(diǎn)，單元劃分（僅標(biāo)注8分點(diǎn)截面號）如圖5所示。 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋主要包括三個部分，分別是混凝土、普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋。本例設(shè)計(jì)主梁采用C40混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用公稱直徑為15.2mm、截面面積為140mm2的高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度均為1570MPa。普通鋼筋采用R235鋼筋和HRB235鋼筋。 計(jì)算汽車荷載時，橋面寬度為15m，單向車道橋梁設(shè)計(jì)車道數(shù)為4。由04通規(guī)知4車道橫向折減系數(shù)為0.67。同時考慮汽車偏載作用及箱梁扭轉(zhuǎn)作用，將荷載內(nèi)力提高10%。橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)8-9見表1。 3荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù) 公路橋梁承受的主要荷載包括環(huán)境荷載、活載、恒載等。確定荷載模型時需綜合考慮很多因素，比如相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、研究報(bào)告和仿真分析等。荷載隨機(jī)變量用累積分布函數(shù)來描述，主要數(shù)字特征為均值或偏差系數(shù)和變異系數(shù)。 恒載由結(jié)構(gòu)單元和非結(jié)構(gòu)單元的自重產(chǎn)生并永久作用于結(jié)構(gòu)上?；钶d由在橋梁上移動的車隊(duì)產(chǎn)生，本研究中考慮活荷載的靜力和沖擊效應(yīng)10。依據(jù)04通規(guī)和04橋規(guī)規(guī)定，參考公路工程可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50283-1999），可得到荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表2。 4抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù) 抗力很容易受到材料、幾何和模型分析等因素的影響，它表示結(jié)構(gòu)承受荷載的能力大小?？沽Ψ植碱愋陀射摻詈突炷恋母怕史植己瘮?shù)決定?？沽Ω鶕?jù)材料強(qiáng)度、幾何尺寸及模型分析來確定，通常為對數(shù)正態(tài)分布11-12。 承載能力系數(shù)反應(yīng)截面實(shí)際承載力與理論計(jì)算承載能力的相對大小，其值大于1。用承載能力系數(shù)分析依據(jù)滿堂支架現(xiàn)澆施工和懸臂現(xiàn)澆施工設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋正截面的可靠指標(biāo)13，抗彎承載能力統(tǒng)計(jì)參數(shù)如表3所示。 5荷載組合 本文僅對滿堂支架現(xiàn)澆施工和懸臂現(xiàn)澆施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的承載能力進(jìn)行可靠度分析，故僅對承載能力荷載組合進(jìn)行分析。對于承載能力極限狀態(tài)，xx年通規(guī)承載能力荷載組合如下： 對結(jié)構(gòu)承載能力不利時： Md=1.2結(jié)構(gòu)重力效應(yīng)+1.2預(yù)加力次內(nèi)力+1.4汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力）+0.81.4溫度作用效應(yīng) 對結(jié)構(gòu)承載能力有利時： Md=1.0結(jié)構(gòu)重力效應(yīng)+1.0預(yù)加力次內(nèi)力+1.4汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力）+0.81.4溫度作用效應(yīng)，其中Md為承載能力極限狀態(tài)下作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值。 6確定性和可靠性分析 通過用可靠指標(biāo)來對結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行評估就是可靠性分析，可靠指標(biāo)是失效概率的函數(shù)。通過建立極限狀態(tài)功能函數(shù)來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析，在具體的分析中，已知荷載和抗力模型的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，荷載和抗力是隨機(jī)變量。 本研究的極限狀態(tài)功能函數(shù)為： g（R，Q）=R-Q（1） 其中，抗力用R表示，荷載效應(yīng)或需求用Q表示。 若極限狀態(tài)函數(shù)g的值0，說明結(jié)構(gòu)是安全的，反之，則表明結(jié)構(gòu)失效。因此，通過計(jì)算g0的概率就可以知道失效概率： Pf=P（R-Q0）=P（g0）（2） 針對橋例進(jìn)行可靠度分析，用可靠指標(biāo)來反映結(jié)構(gòu)的失效概率，可靠指標(biāo)與失效概率的關(guān)系為： =-1（Pf）（3） 式中，-1為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)，Pf為結(jié)構(gòu)失效概率，為結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)。 根據(jù)式（1）可得可靠指標(biāo)計(jì)算如下： 式中，R、Q分別為抗力和荷載效應(yīng)均值，R、Q分別為抗力和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差。 本文通過建立極限狀態(tài)方程來評估項(xiàng)目的可靠度水平，效果明顯。本實(shí)例預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，故選取半橋特征截面最為研究對象來評估橋梁結(jié)構(gòu)的可靠水平14，具體計(jì)算結(jié)果見表4。 根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果分析可知： 預(yù)加力次內(nèi)力：按懸臂現(xiàn)澆施工設(shè)計(jì)的成橋階段預(yù)加力次內(nèi)力基本是滿堂支架的4倍左右； 汽車荷載和溫度效應(yīng)：二者基本一致，相差不大，由此可見截面幾何尺寸相同但預(yù)應(yīng)力配筋不同在成橋階段對汽車荷載和溫度作用效應(yīng)的影響不大； 作用組合效應(yīng)：除20和25截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段作用效應(yīng)組合值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍小之外，其余截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段作用效應(yīng)組合值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍大； 抗彎承載能力：由于預(yù)應(yīng)力配筋的不同，邊跨除15截面（跨中）外按滿堂支架現(xiàn)澆施工設(shè)計(jì)的抗彎承載力大，邊跨15截面（跨中）和中跨按懸臂現(xiàn)澆施工設(shè)計(jì)的抗彎承載力大； 系數(shù)Mu/Md：除20和25截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段安全系數(shù)值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍大之外，其余截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段安全系數(shù)值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍小； 可靠指標(biāo)：除20和25截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段可靠指標(biāo)值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍大之外，其余截面按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段可靠指標(biāo)值比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍小。 7結(jié)論 依據(jù)滿堂支架澆筑施工和懸臂澆筑施工設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行確定性和可靠性分析比較，得到以下結(jié)論： 從確定性分析對比來看，施工方法對結(jié)構(gòu)成橋受力（尤其是自重和預(yù)加力次內(nèi)力）有很大影響；汽車荷載和溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)成橋受力影響不大；按滿堂支架設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)成橋階段作用效應(yīng)組合基本比按懸臂施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍小；按懸臂施工設(shè)計(jì)的邊跨正截面抗彎承載能力基本比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍小，而中跨則相反；按懸臂施工設(shè)計(jì)的系數(shù)Mu/Md基本比滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍??； 從可靠性分析對比來看，按懸臂施工設(shè)計(jì)的成橋階段可靠指標(biāo)值基本比按滿堂支架施工設(shè)計(jì)的結(jié)果稍??； 從確定性分析與可靠性相互對比分析來看，一般情況下系數(shù)Mu/Md大的截面，可靠指標(biāo)也相對較大，但也有例外（懸臂施工設(shè)計(jì)的8和15截面），故不能單從系數(shù)Mu/Md的大小來判斷截面的安全儲備能力，應(yīng)將確定性分析與可靠性分析相結(jié)合，才能對結(jié)構(gòu)安全有合理準(zhǔn)確的判斷與評價。 參考文獻(xiàn)： 1徐岳，張麗芳，鄒存俊，鄭小燕連續(xù)梁橋M.北京：人民交通出版社，xx 2趙長勇，崔鳳坤，羅緒昌，董峰輝，駱佐龍.基于不同規(guī)范的移動模架逐孔施工連續(xù)梁橋確定性及可靠性對比分析J.公路工程，xx-04-20. 3Buckland，Sexsmith.PARISONOFDESIGNLOADSFORHIGHWAYBRIDGES.CanadianJournalofCivilEngineering.1981. 4戴競，陸楸.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)與施工J.公路，1982（5）：1-16. 5駱佐龍，董峰輝.連續(xù)梁橋懸臂施工狀態(tài)可靠度分析J.公路工程，xx，38（3）：162-164. 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