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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計的預應力混凝土連續(xù)梁橋進行確定性和可靠性對比分析，通過有限元程序對成橋階段選取的典型截面可靠指標進行計算。結果表明，確定性分析和可靠性分析結果有不同的規(guī)律，不能單從確定性分析結果的大小來判斷結構安全儲備，需將確定性分析與可靠性分析相結合，才能對結構有合理準確的判斷與評價。 Abstract：Theobjectofthispaperistostudythedeterministicandreliabilityanalysisofthepre-stressedconcretecontinuousgirderbridgesdesignedbythefullframingmethodconstructionandcantileverconstruction.Theresultsoftypicalselectedcrosssectionsshowthatthedifferentregularitiesexistinthedeterministicandreliabilityanalysis，whichindicatesthatauracyandreasonableassessmentofstructuralsafetystatementmustbebasedonthebinationofdeterministicandreliabilityanalysis，notthedeterministicanalyzing. 關鍵詞：預應力混凝土連續(xù)梁橋；滿堂支架施工；懸臂施工；確定性；可靠性；可靠指標 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，路橋專業(yè)，本科（長沙理工大學），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)澆施工法作為技術已經很成熟的連續(xù)梁橋施工工藝，應用范圍非常廣泛。近幾年，關于滿堂支架現(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。為了保證結構在項目全周期內的受力安全，應對新建橋梁進行可靠性評估，不同的施工方法對橋梁結構成橋狀態(tài)的安全運營影響非常大。本文針對上述問題，以一座實橋為依托工程，根據(jù)公路橋涵設計通用規(guī)范JTGD60-xx（以下簡稱04通規(guī)）和公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(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)澆施工設計的預應力混凝土連續(xù)梁橋的確定性和可靠性指標7進行計算及比較，積累了寶貴的理論和實踐經驗。 1實橋資料 本實例是某立交橋主線橋的一聯(lián)，標準跨徑為30m+45m+30m，實際橋長為104.94m，預留伸縮縫寬度是6cm，圖1表示橋梁結構計算圖式。 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，主梁橫截面構造如圖2所示。根據(jù)滿堂支架施工和懸臂施工設計的連續(xù)梁橋的主梁預應力配筋分別如圖3和圖4所示。 2有限元建模 本實例橋梁跨徑較小，將每孔計算跨徑8等分建立單元。四個支承點處設置節(jié)點，在B、C支承點兩邊分別增設0.6m的單元，邊支承點以外增設0.58m的小單元。本實例離散后共計74個單元，75個節(jié)點，單元劃分（僅標注8分點截面號）如圖5所示。 預應力混凝土連續(xù)梁橋主要包括三個部分，分別是混凝土、普通鋼筋和預應力鋼筋。本例設計主梁采用C40混凝土。預應力鋼筋采用公稱直徑為15.2mm、截面面積為140mm2的高強度、低松弛鋼絞線，標準強度均為1570MPa。普通鋼筋采用R235鋼筋和HRB235鋼筋。 計算汽車荷載時，橋面寬度為15m，單向車道橋梁設計車道數(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作用，將荷載內力提高10%。橋梁結構計算參數(shù)8-9見表1。 3荷載統(tǒng)計參數(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，比如相關調查統(tǒng)計數(shù)據(jù)、研究報告和仿真分析等。荷載隨機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)。 恒載由結構單元和非結構單元的自重產生并永久作用于結構上?；钶d由在橋梁上移動的車隊產生，本研究中考慮活荷載的靜力和沖擊效應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計統(tǒng)一標準（GB/T50283-1999），可得到荷載統(tǒng)計參數(shù)見表2。 4抗力統(tǒng)計參數(shù) 抗力很容易受到材料、幾何和模型分析等因素的影響，它表示結構承受荷載的能力大小。抗力分布類型由鋼筋和混凝土的概率分布函數(shù)決定。抗力根據(jù)材料強度、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)反應截面實際承載力與理論計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)澆施工設計的預應力混凝土連續(xù)梁橋正截面的可靠指標13，抗彎承載能力統(tǒng)計參數(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)澆施工的預應力混凝土連續(xù)梁橋的承載能力進行可靠度分析，故僅對承載能力荷載組合進行分析。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： 對結構承載能力不利時： Md=1.2結構重力效應+1.2預加力次內力+1.4汽車荷載效應（含沖擊力）+0.81.4溫度作用效應 對結構承載能力有利時： Md=1.0結構重力效應+1.0預加力次內力+1.4汽車荷載效應（含沖擊力）+0.81.4溫度作用效應，其中Md為承載能力極限狀態(tài)下作用效應組合設計值。 6確定性和可靠性分析 通過用可靠指標來對結構的性能進行評估就是可靠性分析，可靠指標是失效概率的函數(shù)。通過建立極限狀態(tài)功能函數(shù)來對結構進行可靠度分析，在具體的分析中，已知荷載和抗力模型的統(tǒng)計參數(shù)，荷載和抗力是隨機變量。 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，荷載效應或需求用Q表示。 若極限狀態(tài)函數(shù)g的值0，說明結構是安全的，反之，則表明結構失效。因此，通過計算g0的概率就可以知道失效概率： Pf=P（R-Q0）=P（g0）（2） 針對橋例進行可靠度分析，用可靠指標來反映結構的失效概率，可靠指標與失效概率的關系為： =-1（Pf）（3） 式中，-1為標準正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)，Pf為結構失效概率，為結構可靠指標。 根據(jù)式（1）可得可靠指標計算如下： 式中，R、Q分別為抗力和荷載效應均值，R、Q分別為抗力和荷載效應標準差。 本文通過建立極限狀態(tài)方程來評估項目的可靠度水平，效果明顯。本實例預應力混凝土橋梁結構為對稱結構，故選取半橋特征截面最為研究對象來評估橋梁結構的可靠水平14，具體計算結果見表4。 根據(jù)表4計算結果分析可知： 預加力次內力：按懸臂現(xiàn)澆施工設計的成橋階段預加力次內力基本是滿堂支架的4倍左右； 汽車荷載和溫度效應：二者基本一致，相差不大，由此可見截面幾何尺寸相同但預應力配筋不同在成橋階段對汽車荷載和溫度作用效應的影響不大； 作用組合效應：除20和25截面按懸臂施工設計的成橋階段作用效應組合值比滿堂支架施工設計的結果稍小之外，其余截面按懸臂施工設計的成橋階段作用效應組合值比滿堂支架施工設計的結果稍大； 抗彎承載能力：由于預應力配筋的不同，邊跨除15截面（跨中）外按滿堂支架現(xiàn)澆施工設計的抗彎承載力大，邊跨15截面（跨中）和中跨按懸臂現(xiàn)澆施工設計的抗彎承載力大； 系數(shù)Mu/Md：除20和25截面按懸臂施工設計的成橋階段安全系數(shù)值比滿堂支架施工設計的結果稍大之外，其余截面按懸臂施工設計的成橋階段安全系數(shù)值比滿堂支架施工設計的結果稍?。?可靠指標：除20和25截面按懸臂施工設計的成橋階段可靠指標值比滿堂支架施工設計的結果稍大之外，其余截面按懸臂施工設計的成橋階段可靠指標值比滿堂支架施工設計的結果稍小。 7結論 依據(jù)滿堂支架澆筑施工和懸臂澆筑施工設計的預應力混凝土連續(xù)梁橋進行確定性和可靠性分析比較，得到以下結論： 從確定性分析對比來看，施工方法對結構成橋受力（尤其是自重和預加力次內力）有很大影響；汽車荷載和溫度效應對結構成橋受力影響不大；按滿堂支架設計的結構成橋階段作用效應組合基本比按懸臂施工設計的結果稍?。话磻冶凼┕ぴO計的邊跨正截面抗彎承載能力基本比滿堂支架施工設計的結果稍小，而中跨則相反；按懸臂施工設計的系數(shù)Mu/Md基本比滿堂支架施工設計的結果稍??； 從可靠性分析對比來看，按懸臂施工設計的成橋階段可靠指標值基本比按滿堂支架施工設計的結果稍??； 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，可靠指標也相對較大，但也有例外（懸臂施工設計的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，應將確定性分析與可靠性分析相結合，才能對結構安全有合理準確的判斷與評價。 參考文獻： 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.預應力混凝土連續(xù)梁橋設計與施工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. 6張建仁，郝海霞預應力混凝土連續(xù)梁橋懸臂施工施工期可靠性分析J.中南公路工程，xx，28（1）：15-18 7常海，曹正，保石才.預應力混凝土空心板橋動荷載試驗分析J.公路交通科技（應用技術版），xx（09）. 8苗建寶，徐岳.基于不同規(guī)范的移動模架施工連續(xù)梁橋設計分析J.中外公路，xx-10-19. 9ZENGH，BERTCW.Freevibrationofdiscretelystiffenedskewplates.InternationalJournalofStructureStabilityandDynamics.xx. 10黃進軍.公路橋梁規(guī)范汽車荷載效應比較研究D.長沙：長沙理工大學，xx. 11NowakAS.CalibrationofLRFDbridgecode.ASCEJournalofStructuralEngineering1995：121（8）：1245-51. 12ChawKW.ReliabilityandPerformance-basedDesignbyArtificialNeuralNetworkJ.