杨银华 贵州前通工程技术有限公司
摘要：预应力混凝土梁桥在长期服役过程中，跨中部位易发生过大挠度，其根本原因是结构中预应力的损失不断增加并超过设计值，造成如下质量缺陷：结构裂缝、桥梁变形，严重威胁使用安全。影响桥梁预应力损失的因素很多，主要有施工工艺、环境因素、混凝土性质、预应力筋松弛等。结合桥梁运营现状，本文针对既有桥梁，对PC梁桥运营过程中预应力损失状况进行了全面研究，提出了基于实测挠度的预应力损失计算方法。并根据该桥多年挠度监测成果， ，证实了所采用研究方法的合理性，为后续类似工程的设计和施工提供帮助。
关键词：公路桥梁工程；预应力损失；PC梁桥挠度；
作者简介：杨银华(1995-)，男，本科，助理工程师，从事公路桥梁检测工作。；
0 简介
大跨度预应力混凝土连续箱梁桥或刚构桥（简称PC梁桥）长期服役后容易出现挠度过大、局部开裂等质量问题，降低结构安全性能，缩短使用寿命。导致预应力混凝土梁桥发生下挠、裂缝的因素很多，如设计缺陷、施工质量控制不严、后期养护不到位等，但最主要的还是混凝土应力的变化，如内部应力的逐渐转变桥梁结构跨中底板的压应力转变为压应力，而内部混凝土应力的变化通常是由预应力损失引起的。因此，业内人士普遍认为钢结构挠度检测规范，导致桥梁结构挠度过大开裂的根本原因是桥梁结构跨中主要发生混凝土收缩徐变和长期预应力损失。目前PC梁桥预应力损失检测较为困难，桥梁跨中结构挠度变化才是预应力损失的真实反映，其测量方法较为简单，通过分析挠度与预应力损失之间的关系，可以为PC梁桥的设计和施工提供帮助。
1 基于实测挠度的预应力损失计算方法
采用现行桥梁工程设计规范对PC梁桥挠度值进行计算,发现挠度在一定程度上收敛,但实际测量表明,大跨度PC梁桥的长期挠度不收敛。研究表明，预应力的主要作用是平衡结构荷载，其配筋率较低，通常在2%左右，应力比较集中。与混凝土的收缩徐变相比，预应力筋的应力降对桥梁结构挠度影响较大，可以看出，混凝土梁桥跨中挠度较大，主要因素是应力损失较大且持续时间较长[1 ]。
对于大跨度PC梁桥运营期间挠度变化的预测，通常采用有限元分析模型，根据实测挠度结果，在控制承载力条件下，对桥梁结构挠度变化进行预测分析。混凝土的收缩徐变。研究发现，PC桥梁设置预应力筋后各部位应力基本相同，因此可以认为预应力损失的变化趋势大致相同。根据预应力损失变化趋势根据CEB-FIP标准中给出的公式，根据实际测量的挠度结果，对刚度进行修正，通过计算可得到符合结构挠度变化规律的预应力损失值。为了计算长期预应力损失根据实际测量的挠度值估算结构的刚度，首先要处理以下问题：首先，计算各构件的预应力损失及各构件的受力状况，得到构件的真实刚度；其次，分析工程实践阶段预应力损失与结构整体变形的相关性，得到变形监测对应的瞬时预应力损失[2]。本文提出了一种基于实测数据的长期预应力损失识别流程偏转，如图1所示。
2 实桥验证
本文结合某连续刚构桥的运营现状，通过对该桥连续多年的挠度监测结果，推导出预应力损失的变化规律，并与实测值进行对比，验证了上述设计方案的合理性。方法得到确认。
2.1 项目概况
某桥工程为预应力混凝土箱梁连续刚构桥，跨度组合为（150+270+150）m，结构形式如图2所示。中墩箱梁高14.8m，腹板跨中箱梁高5m，腹板厚0.4m，具体截面尺寸见图3。该桥于1997年6月投入运营。长期挠度监测可以看出，跨中处挠度逐年增大，且远高于设计值，具体情况如图4所示。
2.2 桥梁预应力发展规律识别
利用 Midas Civil 系统建立三维有限元分析模型，模拟桥梁挠度变化情况，有限元模型如图 5 所示。该桥共分为 35 个施工段，历时 417 天完工对桥梁运营8年间挠度变化情况进行了仿真分析[3]，运营期间预应力损失计算如下：
（1）第一步，确定运营8年内不同预应力损失率Pi下的挠度曲线。假设桥梁从交付使用到运营8年内预应力损失分别达到5%、10%、15%、20依次为：%、25%、30%、35%，经过刚度校正后，通过仿真计算得到了各预应力损失率下挠度变化曲线，如图6所示。
图3 箱梁Ⅰ-Ⅰ/Ⅱ-Ⅱ截面（cm）下载原图
图4 测量挠度与计算挠度对比下载原图
图6 不同预应力损失下桥梁挠度曲线下载原图
(2)第2步：确定预应力损失变化曲线f(t)[4]。对桥梁左半段运营8年期间的12组挠度监测值进行综合分析。由于温度因素的影响，测量的挠度值略有偏差，采用线性函数对12组数据进行修正，如图7所示。根据挠度测量点的时间，依次映射到图6。结果如图8所示。
结合各测点的位移差值及其相邻的挠度曲线，通过具体计算得到相应时刻各测点的预应力损失率。
[5]，具体结果如表1所示。
通过仿真计算，拟合出12组挠度值对应时间点的预应力损失率[6]，结果如图9所示。
（3）步骤3：将拟合曲线数据代入初始计算参数设置，通过模拟计算得到预应力曲线f（t）下的挠度变化曲线。通过与实际曲线的对比，可知拟合曲线的精度为评价结果如图10所示[7]。由图10可以看出，通过拟合得到的预应力损失变化曲线f(t)，实际计算得到的挠度值能够充分反映混凝土结构的实际挠度变化情况。桥梁结构[8]。
图1 基于实测挠度的长期预应力损失识别流程下载原图
图2 某桥梁跨度布置图（m）下载原图
图5 桥梁三维有限元模型下载原图
表1 挠度测点对应时刻的预应力损失率下载原图
3 结论
综上所述,PC梁桥在长期服役过程中,会出现跨中挠度过大的情况,主要是由于结构中预应力的损失逐渐增加并超过设计值,严重威胁结构的安全。本文结合某桥梁工程实例，探究PC梁桥预应力的变化规律，通过建立有限元分析模型，系统分析桥梁挠度的变化，得出以下结论：
(1)提出了基于实测挠度计算预应力损失的方法，确定了具体流程，并充分考虑了刚度折减。
(2)建立了刚度校正后时间与预应力损失率及实测挠度之间的关系，该关系科学合理，易于应用。
(3)基于某桥梁工程自投入使用至运营第8年的挠度监测结果，推断了预应力损失的变化规律钢结构挠度检测规范，验证了研究方法的合理性。
图7 桥梁实测挠度数据修正下载原图
图8 桥梁挠度测点间隔匹配下载原图
图9 预应力损失速率曲线拟合下载原图
图1 0 计算挠度与实测挠度对比分析 下载原图
参考
[1] 石秀山,杨海洋,杨文斌.预应力损失对主梁挠度影响分析[J].中国水运,2022(5):129-131.
[2]卓伟定,李永辉,刘钊.基于实测挠度的PC梁桥长期预应力损失研究[J].结构工程师,2022(1):173-179.
[3]王灿,刘庆,党志.基于挠度的连续梁桥预应力损失分析[J].中国水运,2021(12):154-156.
[4]唐人杰.预应力混凝土连续箱梁桥长期变形影响研究[D].湘潭:湘潭大学,2021.
[5] 余春林. 大跨度连续刚构桥跨中挠度控制技术研究[D]. 南宁: 广西大学, 2020.
[6] 龚英男.基于挠度和有效预应力分析的高墩大跨桥梁施工测量技术研究[J].城市测量,2020(3):170-172。
[7] 张帅. 钢桁腹板预应力混凝土组合连续梁桥基本力学性能研究[D]. 石家庄: 石家庄铁道大学, 2020.
[8]王灿,刘庆,党志.基于挠度的连续梁桥预应力损失分析[J].中国水运,2021(12):154-156.
