第９卷第１３期２００９年７月１６７１・１８１９（２００９）１３－３９０９—０４
科学技术与工程
ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．９Ｎｏ．１３
Ｊｕｌｙ２００９
＠２００９Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎ剐ｔｇ．
悬臂施工预拱度的研究
彭昌利
王荣辉
（华南理工大学土木与交通学院，广州５１０６４０）
摘要悬臂施工的大跨度桥梁预拱度的设置直接影响到桥梁是否正常合龙与成桥线形美观。根据悬臂施工的特点，把预拱度分施工预拱度和使用预拱度，提出了按正弦曲线分配考虑使用预拱度的方法，并将该方法应用到沙湾特大矮塔斜拉桥，为同类桥梁的施工提供一定的参考。关键词预拱度
悬臂施工
有限元
正弦曲线
矮塔斜拉桥
中图法分类号Ｕ４４５．４４６；文献标志码Ｂ
桥梁结构特别是大跨度桥梁结构的分段施工，一般总要经历一个长期而又复杂的施工过程以及结构
的体系转换过程…。在悬臂施工过程中由于混凝土自重、预应力钢筋的张拉、混凝土收缩与徐变等因素势必会在施工中产生一定的竖向位移，桥梁使用过程中受汽车荷载、混凝土的长期收缩与徐变等因素的影响也会产生偏离设计线形的竖向位移。这种竖向的位移一般是通过在施工过程中设置一定预拱值来消除，因此如何行之有效地设置预拱度直接关系到桥梁的正常合拢与线形美观。首先从施工和使用两个阶
有：混凝土自重、钢筋的预加力、斜拉索拉力、施工过程中混凝土的收缩和徐变、挂篮变形、二期恒载。
１．１．Ｉ
混凝土自重和斜拉索对预拱度的影响
从参考文献［２］中知道，混凝土自重对预拱度影响可以按下式计算
艿ｌｌ００Ｏ０
６１２８２２０Ｏ０
艿１３艿２３艿３３Ｏ０
…８ｌ。…
６２。
△ｌ△２△３
●●●
…６３。…
０
…
６。
段着手分析影响预拱度的因素，其次从桥梁线形美
观、有利行车为出发点提出按正弦曲线分配预拱度的方法，最后将该方法应用于沙湾特大斜拉桥的施工监
△。
（Ｉ）式中艿ｉｉ表示施工歹节段对ｉ节段变形影响值，△；
表示ｉ节段的累计自重变形值。从式（１）可以看出，在悬臂施工中后施工的节段会对先施工的节段产
生弹性变形，而先施工的节段本身已完成了弹性变形，故不会对后施工的节段产生弹性变形。通过对
控中，为悬臂施工的大跨度桥梁的施工过程中预拱度设置提供一种可供参考的方法。
１影响预拱度因素的分析
分两个阶段考虑影响预拱度的因素，第一阶段：施工阶段；第二阶段：使用阶段。１．１施工过程中影响预拱度的因素分析
在桥梁的施工过程中需要考虑预拱度的因素
混凝土自重对变形的影响的分析可以理解斜拉索
对变形的影响原理与自重的影响原理相同。１．１．２预应力筋对预拱度的影响
在离墩顶石米处，取一段微元出，设通过该截面的有效预应力为Ｐ。，Ｐ：，…，Ｐ。；预加力离中性轴
的距离为ｈ。，ｈ：，…，ｈ。；距离轴向距离向下为正，根
据结构力学可知【３１作用在微元出的轴向力Ｐ和弯
２００９年３月９日收到
矩Ｍ（茗）：
第一作者简介：彭昌利（１９８３一），男，硕士生，研究方向：大跨度桥
梁施工监控。Ｅ—ｍａｉｌ：５３２５９４９９＠ｑｑ．ｔｏｍ。
Ｐ＝∑Ｐｉ；肘（茹）＝∑Ｐｉｈ；
（２）
万方数据
科学技术与工程９卷
那么，预应力在微元作用产生的挠度为
厂＝一ｒ等揣出
（３）
（３）式中Ｍ（戈）为预应力在微元上的总弯矩，Ｍ（石）为单位荷载在微元上产生的弯矩，Ｅ（ｚ）为截面的弹性模量，，（石）为对截面的惯性距。
ｙ
Ｐ
气
中性轴
汉
气气
一＾。
√
＿『
√
只
■
助：
ｄｘ
ｂ
图１纵向预应力钢筋作用
１．１．３挂篮变形对预拱度的影响
挂篮对预拱度的影响可以分成两部分，第一部分：挂篮在施工过程中先锚同在已完成浇注的前一
个节段上，挂篮的自重会对结构产生弹性变形，由
于这部分变形在移开后可以恢复，因此在设置预拱度时要扣除这部分的影响；第二部分：挂篮在随着混凝土的浇注，挂篮本身会产生挠曲变形，即挂篮变形值，这部分的变形值在挂篮拆除后是不能恢复的，因此要加上这部分的影响。１．２成桥后影响预拱度的因素分析
在成桥后需要考虑预拱度的凶素有：汽车活载、混凝土长期收缩徐变。
１．２．１
汽车活载
在０４新规范中Ｈｊ，考虑荷载长期效应对结构的变
形影响，汽车荷载取０．７倍的汽车荷载标准值比旧规
范规定的０．５倍汽车荷载提高了汽车对变形的影响。１．２．２混凝土长期收缩徐变
关于混凝土的徐变理论很多，归纳起来有两种∞Ｊ。一是将徐变系数表达成各分项系数乘积的形式；二是将徐变系表达成各分项系数之和的形式。混凝土的收缩与徐变是个十分复杂的物理力学过程，它受混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小、混凝土的组成成分和配合比、混凝土的龄期、养护及使用条件下的温度与湿度等凼素有关。
万方数据
２
工程实例分析
２．１工程简介
沙湾特大矮塔斜拉桥是广州东沙至新联高速公路上的Ｓ０９标段工程，该桥跨越沙湾水道，桥跨组合：１３７．５
ｍ＋２４８ｍ＋１３７．５
ｍ，桥面宽度：３４ｍ，桥
梁的跨径及桥面宽度是目前国内在建或已建的同
类型桥梁之最，图２总体布置示意图。
１３７．５ｍ
２４８ｍ
１３７．５ｍ
图２总体布置不意图
２．２有限元模型的建立
采用桥梁专用结构分析软件桥梁博士建立沙
湾特大桥模型，桥梁模型共有３０８个单元，其中梁单
元２３２个，索单元７６个，２３３个节点。２．３各因素对对预拱度影响程度分析
图３为施丁过程中各种凶素对预拱度的影响大小。从图中可以看出混凝土自重、临时荷载都会产生较大的累计向下位移，但临时荷载的变形会随着荷载移开而消失，拉索与预应力作用会产生向上的位移，混凝土的收缩和徐变影响很小。
昌
掣
魁耀
图３施工过程各因素对预拱度影响程度
图４为使用阶段各种因素对预拱度的影响大小。从图中可以看出，在主跨上汽车荷载、收缩、徐
变都会产生较大的位移，徐变在跨中受钢筋的预应
１３期彭昌利，等：悬臂施Ｔ预拱度的研究
３９ｌｌ
力影响较大反而跨中处不是最大值；在边跨上收缩与徐变的影响很小，收缩徐变产生的位移出现了异号现象，甚至还可以相互抵消，汽车荷载的影响本身就是个很复杂的情况，随着车辆行驶的情况不
同，在边跨上有时会出现向下的位移，有时会出现
向上的位移，因此需要寻求预拱度的设置方法。
蛊
点魁嚣
图４使用过程中各阒素对预拱度影响程度
３合理预拱度的建立方法
在考虑预拱度的设置问题上把预拱度分施工预拱度和使用预拱度，施工预拱度设置合理的标准为：成桥线形＝设计线形＋使用预拱度，那么施工预拱度便是施工过程中各施工阶段的累计变形的反值，即图３中各曲线累计相加取负号；使用预拱度
设置合理的标准为：最终线形＝设计线形。按该思
路设置的施工预拱度和使用预拱度见图５。从图５可以看出施工预拱度很不规则，但是施工预拱度值在成桥后由于施工中的变形相互抵消，故施工预拱度可按图中所示；使用预拱度在边跨出现凸起和跨中不是最高点的问题，虽然在一段使用过程之后线形会慢慢的趋向设计线形，但是这对成桥的线形美观和运营过程带来不利。
鉴于汽车荷载对边跨产生变形的不确定性，收缩和徐变对边跨的影响很小，甚至可以相互抵消等特点，许多工程实际中常常在确定主跨最大变形值后，按跨中最大、墩顶为零二次曲线分配，见图６所示。从图６中我们可以看出，按二次曲线分配预拱度在墩顶周围变化太快，在成桥时在墩顶会出现尖，在跨中与理论的使用预拱度有交点，这说明在
万方数据
暑
皇
趟基帑
图５施工预预拱度和使用预拱度
一段时间使用后跨中会出现偏离设计线形的向下位移，这都会对行车产生不利影响。
皇
皇
越趟｛基
图６两种计算方法与实际预拱度的比较
根据理论使用预拱度的特点，又兼顾行车，提出按正弦曲线分配使用预拱度的方法，从图６中可以看出这种分配方法在墩顶周围分配的预拱度值比较小，与理论使用预拱度比较接近，不会产生尖点；而且整个正弦分配的曲线均在实际的使用预拱度之上，与理论使用预拱度没有交点，那么长时间
的使用之后，在跨中不会出现上下波动，桥梁线形
还是均匀曲线的形式，既能与设计线形很好地符合又能使行车顺畅。
４结语
（１）理论上分析了影响预拱度设置的一些因
素，并对各种因素的影响程度绘制成图作了比较；
（２）把预拱度分施工和使用预拱度考虑，设置预拱度过程的思路明确；
（３）提出了按正弦曲线分配使用预拱度的方法，该方法既满足线形要求又有利行车。
（下转第３９１５页）
１３期
郝宪锋，等：机动车地感线圈测速仪校准系统的设计与实现
大学学报，２００８；３０（１）：１１７一１１９
３９１５
４何菊明，王芙．实验数据的线性拟合及计算机处理．武汉工程
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
ＶｅｈｉｃｌｅＬｏｏｐ—ｂａｓｅｄＳｐｅｅｄ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒ
Ｍｅｔｅｒ
ＨＡＯＸｉａｎ—ｆｅｎｇ，ＬＩＵＧｕａｎｇ—ｆｕ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ），Ｄｏｎｇｙｉｎ￥２５７０６１。Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｏｏｐ・ｂａｓｅｄｓｐｅｅｄ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄ
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ｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｓｂｙｇｉｖｅｎｂｙｃａｒｒｙｉｎｇｌｉｎｅｆｉｔｔｉｎｇｔｏｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａ．
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（上接第３９１１页）
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［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｐｒｅ—ｃａｍｂｅｒｏｆｌａｒｇｅｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｏｆｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｆｏｌｄａｎｄ
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万方数据
悬臂施工预拱度的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
彭昌利， 王荣辉， PENG Chang-li， WANG Rong-hui华南理工大学土木与交通学院,广州,510640科学技术与工程
SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING2009，9(13)0次
参考文献(5条)
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相似文献(10条)
1.期刊论文 吉回照 哈大铁路客运专线悬臂施工连续箱梁线形控制分析研究 -科技信息2009,""(28)
随着我国铁路客运专线及高速铁路建设越来越多,悬臂施工的连续梁应用也越来越广.在桥梁悬臂施工中,确保桥梁成桥的线形状态符合桥梁设计线形的要求,是保证桥梁处于合理的受力状态、桥梁运营的安全以及桥梁外观线形优美的关键.本文基于哈大铁路客运专线某悬臂施工连续箱梁线形控制为工程实例,对桥梁施工过程进行结构分析计算,进而讨论了桥梁悬臂施工各阶段须设置的预拱度,为确保桥梁线形的合理提供理论计算依据.
2.学位论文 邓科 混凝土徐变与桥梁的预拱度设置研究 2006
在悬臂桥梁施工中，科学合理的设置悬臂每一段待浇梁的预拱度至关重要。只有预拱度设置合理，才能保证要合拢的两个悬臂端可能在同一水平线上，也才能使桥梁上部结构经历施工和运营一定时间后达到设计所期望的标高线形。
桥梁的预拱度大小不仅与力学计算模式选取有关，而且更重要的是与许多影响挠度的因素有关，这些主要因素包括：施工阶段的一期恒载，即粱自重和预加应力；施工临时荷载、基础沉降、湿度变化、施工误差等等。这些主要因素中，还有许多模糊不定及随机变化因素的情况，其中由于混凝土的收缩与徐变引起的挠度变化是较难确定的。
关于混凝土的徐变理论很多，不同的科学工作者给予考虑的角度不同，所提出的计算模型也不一样，在模式的计算形式上，归纳起来有两种：一是将徐变系数表达成各分项系数乘积的形式；二是将徐变系数表达成各分项系数之和的形式。本文较详细地讨论了徐变理论以及徐变数学模型，并对其进行了比较分析，主要研究内容如下：
l。介绍了混凝土徐变的产生以及影响因素。
2.详细介绍了目前国际上较常用的徐变理论和徐变模型。 3.介绍了适合于计算机计算的徐变位移分析方法和计算流程。
4.用Midal／Civil、GQJS和DrBridge桥梁软件对礼东大桥进行了计算分析，并对结果进行了分析比较，得出徐变效应在桥梁预拱度设置中的影响和作用。
5．根据结构有限元理论，编写主要考虑混凝土徐变影响的单箱室混凝土桥梁预拱度计算程序，用该计算程序对礼东大桥进行了计算，分析了计算结果，并对计算程序的优点和不足进行了讨论。
本文在理论分析的基础上，结合实际桥梁计算得出的结果表明：混凝土徐变在桥梁线性变化中的影响很大，在桥梁设计与施工当中的影响不可以忽略。本文利用MIDAS／cvi、GQJS与DrBridge桥梁计算软件对礼东大桥(三跨预应力混凝土桥梁)进行了计算分析，计算结果表明：对标号为C50的混凝土，因混凝土徐变产生的桥梁线形变化，与桥梁弹性线形变化相当，在预拱度设置中达到了50﹪。文章给出了混凝土徐变的位移计算方法，该计算方法以有限元分析方法为基础，并编写主要考虑徐变效应的单箱室混凝土桥梁预拱度计算程序，该程序对礼东大桥的计算结果也表明：标号C50的预应力混凝土桥梁，徐变产生的桥梁线性变化在桥梁预拱度中占有很大的比重。
3.期刊论文 王东阳. 虞建成. 陈军队. WANG Dong-yang. YU Jian-cheng. CHEN Jun-dui 临时荷载对悬臂施工PC连续箱梁桥预拱度的影响分析 -黑龙江工程学院学报（自然科学版）2005,19(3)
采用悬臂施工的连续梁桥需经历一个漫长的施工周期,施工过程中混凝土的徐变效应必须加以考虑;同时作为临时荷载的挂篮或吊架,其卸除的方式也会对结构的最终变形产生影响,进而影响桥梁预拱度的设置.从考虑混凝土徐变及临时荷载的移除方式的角度分析了临时荷载对连续梁桥预拱度的影响,为此类桥梁的施工及施工控制提供一定参考.
4.期刊论文 危建刚. 李之达. 郭国华. 石云. Wei Jiangang. Li Zhida. Guo Guohua. Shi Yun 混凝土徐变模型在桥梁预拱度设置中的分析比较 -交通科技2009,""(6)
通过MIDAS有限元软件建立了悬臂法施工连续刚构桥梁计算模型,并考虑不同的混凝土徐变模型计算了桥梁的预拱度值,并与实际工程做对比,得出选择徐变模型的一些原则.
5.期刊论文 李新春. 刘爱荣. 张俊平. LI Xin-chun. LIU Ai-rong. ZHANG Jun-ping 大跨曲线连续刚构桥预拱度的参数化研究 -广州大学学报（自然科学版）2009,8(3)
结合广州某大跨曲线连续刚构桥,通过参数变异改变该桥的曲率半径,分析研究了结构自重、施工挂篮、预加力以及混凝土收缩徐变对桥梁悬臂施工过程中预拱度设置的影响,为曲线刚构桥悬臂施工预拱度的设置提出了科学建议.
6.学位论文 江南 大跨高墩曲线连续刚构桥的变形分析 2004
大跨高墩曲线连续刚构桥结合了曲线梁桥和刚构桥的受力特点,加之高墩、大跨的柔度较大,使结构分析变得复杂.该文以太枣沟大桥为背景,采用韩国有限元软件MIDAS/Civil建模并计算,旨在分析大跨高墩曲线连续刚构桥的变形特性,并对大跨高墩曲线连续刚构桥的非线性计算做了初步分析.全文主要包括三大部分:(1)讲述悬臂施工设置预拱度的原理,从而推导曲线桥悬浇施工时预留位移的一般计算公式.(2)考虑施工过程,分析梁体自重、预加应力
、挂篮荷载、二期恒载及汽车活载等因素单独作用下,对结构变形的影响.从而正确指导悬臂施工时预拱度的设置,保证结构成桥后达到理想的线形.(3)介绍几何非线性分析的方法,对最大悬臂状态及汽车活载作用下结构的线性和非线性变形分析结果做比较.
7.期刊论文 赵庆昌. ZHAO Qing-chang 高墩大跨径预应力刚构-连续组合梁桥施工 -山西建筑2010,36(2)
主要以西阳河特大桥为依托工程,介绍了在高墩大跨径预应力刚构-连续组合梁桥悬臂施工线形控制中的理论分析、参数修正和施工高程控制方法,并提出设置短期预拱度与长期预拱度的方法,以保证成桥后的桥梁线形符合设计目标线形.
8.期刊论文 朱晓艳. 刘争. 翟鹏程. ZHU Xiao-yan. LIU Zheng. ZHAI Peng-cheng 大跨度连续刚构桥施工预拱度控制研究 -建材世界2009,30(4)
大跨度连续刚构桥目前主要采用悬臂施工,为保证大桥的合拢精度以及大桥成桥后的线形符合设计要求,必须对大桥在施工各阶段的线形进行有效控制.该文以浑水河大桥为工程背景,介绍了预应力混凝土连续刚构桥的线形控制原理和方法,通过对浑水河大桥施工控制的验证,论证了预拱度控制对高矮墩大跨度连续刚构桥成桥线形控制的重要性,最后对此类大桥的线形施工控制理论与方法提出了一些建议.
9.学位论文 李准华 控制大跨度预应力混凝土梁桥时效变形的合理成桥状态设计方法 2008
预应力技术的出现和节段悬臂施工方法的运用,使大跨度混凝土梁桥的建造成为可能。但是由于混凝土和预应力材料自身的时变特点以及受外界环境的作用,使得一些大跨度预应力混凝土梁桥出现长期下挠和开裂的现象。
尽管混凝土梁桥下挠与开裂的原因可以归咎为多种原因,但是在桥梁设计伊始,把握合理成桥状态和引导所建桥梁的内力长期发展,则是解决问题最基本的着手点。
目前大跨度预应力混凝土梁桥的设计方法,很多都是按照经验进行初步配束,再通过不断试算来调整预应力布置,使桥梁满足规范的两个极限状态,在一定程度上是以“应力不超限”为目标的设计方法。这种设计方法相对比较繁琐,虽然在计算上也考虑了长期收缩徐变的计算,但有时仅仅是为了设置预拱度的需要,而通过调整桥梁内力状态来控制桥梁的长期变形方面,关注还不够。
本论文在传统设计方法的基础上。从桥梁最基本的受力分析入手,探讨了一种简单实用的、能抑制桥梁长期下挠和开裂的配束方法：基丁合理成桥状态的配束方法,并对影响桥梁长期行为的因素及相应的对策做了综合分析。主要内容如下：
(1)结合悬臂施工梁桥的特点,分析了桥梁在成桥合龙状态和运营阶段下的基本荷载效应,由此得出梁桥各部分预应力所需平衡的弯矩组成是不同的,并引入了预应力效率系数η来考虑合龙束的次内力效应。
(2)对大跨度预应力混凝土梁桥的时效受力特征做了分析探讨：通过收缩徐变的分析得到了能抑制徐变不利变形的桥梁内力状态；通过预应力损失的定量计算给出了人跨度预应力混凝土梁桥预应力损失的规律和量级,并给出相关的计算参数取值建议；通过对长期通车桥梁活载效应探讨。给出了考虑活载准永久值效应的跨中长期挠度和全桥预拱度的计算模式。
(3)描述了什么是悬臂施工桥梁合理状态,并以形成桥梁合理成桥状态为配束的目标,以抑制桥梁长期下挠和开裂为目的,提出了相应的预应力配束设计方法；同时以实例的分析来阐述这种设计方法的可行性。
(4)对预应力混凝土梁桥长期下挠和开裂的影响因素进行了综合分析,主要研究了预应力效应及温差作用的影响,从梁体疲劳的角度解释腹板斜裂缝的产生,并探讨了预防桥梁长期下挠和开裂的对策。
10.期刊论文 袁细发. 易辉. 李之达 月亮湾大桥悬臂线形控制分析 -交通科技2005,""(1)
通过混凝土的徐变试验,结合月亮湾大桥悬臂施工,对预应力梁式桥悬臂施工预拱度的设置进行探讨.综合考虑预拱度的影响因素和施工现场控制,有效地控制悬臂结构挠度,确保桥梁结构合龙精度与成桥线形流畅.
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kxjsygc200913082.aspx
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