預(yù)制小箱梁橋拓寬施工工藝分析

張 超

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

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預(yù)制小箱梁橋拓寬施工工藝分析

張 超

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

介紹了通車下交通組織及分時(shí)分段方案，以某預(yù)制小箱梁橋拓寬工程為例，通過有限元分析模型，分析計(jì)算了該橋梁的受力性能和拓寬橫向分布系數(shù)，為預(yù)制小箱梁橋拓寬施工提供了依據(jù)。

預(yù)制小箱梁，交通組織，受力性能，撓度

0 引言

目前，國內(nèi)外學(xué)者都已經(jīng)對(duì)橋梁拓寬施工工藝進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并仔細(xì)研究了其相關(guān)理論?；炷翝窠涌p強(qiáng)度與橋梁結(jié)構(gòu)都會(huì)受到交通荷載和振動(dòng)的影響。在交通荷載狀況下，為了保證工程質(zhì)量，必須減小混凝土濕接縫兩側(cè)撓度差。交通管制、設(shè)置臨時(shí)支承和剪力架、分時(shí)分段澆筑混凝土濕接縫以及施加鋼骨體系輔助措施，都是減小濕接縫兩側(cè)撓度差的具體方法。

1 通車下交通組織及分時(shí)分段方案分析

1.1 通車下交通組織分析

在預(yù)制小箱梁橋拼寬施工時(shí)，為了保證接縫混凝土的澆筑質(zhì)量，在通車條件下減小濕接縫兩側(cè)最大的撓度差，需要對(duì)通車下交通組織實(shí)行交通管制。在實(shí)際工作中常用的交通管制方案主要有4種，這4種交通管制方案都能夠通過封閉與拼寬接縫比鄰的車道來實(shí)現(xiàn)對(duì)重車的限制通行，達(dá)到交通管制的目的。第一種交通管制方案是在車道都開放的情況下對(duì)老橋的應(yīng)急車道進(jìn)行施工作業(yè)，其在老橋接縫處修建新橋。第二種方案是在確定拼寬毗鄰車道承受荷載值的情況下，讓其余車道承受標(biāo)準(zhǔn)車道荷載，其施工作業(yè)面仍然是老橋的應(yīng)急車道。第三種方案是將其施工作業(yè)面置于封閉與拼寬接縫毗鄰的車道上及老橋應(yīng)急車道上，讓其余車道來承受荷載。第四種方案的施工作業(yè)面與第三種方案一致，只不過其余車道承受測(cè)量荷載的最大值為3.24 t。

1.2 分時(shí)分段澆筑分析

在進(jìn)行分時(shí)分段澆筑作業(yè)時(shí)，首先需要弄清楚分時(shí)分段澆筑作業(yè)的內(nèi)涵。其中，分段澆筑指的是在澆筑混凝土濕接縫時(shí)，需要從梁寬處開始，然后向跨中逐段推進(jìn)。分時(shí)是指在澆筑過程中每?jī)啥沃g澆筑的間隔時(shí)間。在澆筑混凝土濕接縫時(shí)之所以要采用分時(shí)分段澆筑方法，主要是因?yàn)榉謺r(shí)分段澆筑能夠在一定長(zhǎng)度內(nèi)的兩端支座附近，讓其在承載少量交通荷載的情況下對(duì)該段的混凝土接縫進(jìn)行澆筑。當(dāng)混凝土接縫達(dá)到一定強(qiáng)度之后，為了發(fā)揮剪力架的作用需要將老橋面板上的交通荷載轉(zhuǎn)移到新橋上，以減小老橋混凝土接縫的撓度差，并為后續(xù)工作的開展奠定基礎(chǔ)。為了使整個(gè)澆筑過程的撓度差最小，在布局分段澆筑時(shí)要確定好拼寬接縫位置和澆筑長(zhǎng)度。

2 受力性能分析

2.1 工程概況分析

假設(shè)某高架橋全長(zhǎng)8 700 m，其預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁結(jié)構(gòu)為20 m，橋面連續(xù)，在設(shè)計(jì)其新舊小箱梁橋拼寬時(shí)需要同時(shí)遵循老橋新橋的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)預(yù)制小箱梁橋拼寬方案時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況和老橋新橋的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以采用上下部結(jié)構(gòu)分別連接和分離的拼接方式并對(duì)其拼接處翼板采用剛性連接的拼接方式，以保證下部梁蓋處于分離狀態(tài)。一般情況下，長(zhǎng)度為8 700 m的橋梁在側(cè)旁需要用到20 m長(zhǎng)的小箱梁3片，每片小箱梁的高度是120 cm，箱梁之間的中心距離是280 cm，箱梁會(huì)通過翼板但不會(huì)設(shè)置端橫隔板。為了給新橋邊梁處的翼板預(yù)留一定鋼筋，需要在保留內(nèi)部鋼筋的情況下切除老橋護(hù)欄及邊梁50 cm的翼板混凝土，并保證其拼接縫兩側(cè)的箱梁中心距、濕接縫寬度、厚度分別為273.5 cm,65 cm和20 cm。

2.2 有限元模型分析

在選取單元時(shí)，通常會(huì)根據(jù)Abaqus模型來確定瀝青、混凝土以及橡膠的單元類型，然后再利用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)劃分技術(shù)來對(duì)具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的預(yù)制小箱梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并在其不停區(qū)域中確定其C3D4單元屬性。需要注意的是在新老橋的濕接縫處的混凝土?xí)捎肅3D8R模型。在行車荷載下，橋梁的撓度和應(yīng)變能力都會(huì)變得比較小，但其各結(jié)構(gòu)部分是不會(huì)發(fā)生屈服的。在選擇材料時(shí)需要遵循表1中的材料參數(shù)規(guī)定。

表1 材料參數(shù)參照表

拓寬前的老橋其預(yù)制小箱梁主要由瀝青鋪裝層、預(yù)制小箱梁、橡膠支座以及混凝土鋪裝層4部分構(gòu)成。為了在三維立體坐標(biāo)體系中體現(xiàn)出這四者之間的關(guān)系，首先需要在Sketch模塊中繪制瀝青和混凝土鋪裝層及其支座的截面形狀，并對(duì)其拉伸以得到主梁等截面區(qū)段的模型。要得到變截面區(qū)段的模型必須要先調(diào)整等截面區(qū)段的位置并合理選取其側(cè)面封閉截面圖形，然后對(duì)其進(jìn)行放樣操作。最后將這四部分進(jìn)行綁定約束，將其主側(cè)面連接在一起并將分析過程統(tǒng)一起來。這樣便能夠?yàn)樾聵蚪⑵鸺s束類型一致的有限元模型。

2.3 接縫混凝土兩側(cè)撓度差分析

通過特有移動(dòng)荷載追蹤器能夠確定老橋模型中的車輛載荷的最不利加載位置。根據(jù)我國交通管制相關(guān)規(guī)定，限重車道小車的軸載是3.2 t的SUV，滿載時(shí)其后軸軸重為16.2 kN。為了得到最不利加載位置首先需要計(jì)算老橋拼寬側(cè)跨中撓度值，然后根據(jù)其具體交通管制方案數(shù)值來開展橋梁拓寬工程。一般而言，四種交通管制方案的拼寬側(cè)最大撓度值分別為4.983 mm,2.564 mm,1.822 mm,0.316 mm。在澆筑和養(yǎng)護(hù)濕接縫時(shí)，只有老橋會(huì)承載交通荷載，濕接縫混凝土強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，此時(shí)，新橋也會(huì)承受一定的交通荷載。濕接縫的橫向傳遞荷載能力會(huì)隨著其強(qiáng)度的增大而變強(qiáng)，其撓度差會(huì)逐漸減小。在撓度差下降過程中，前三天數(shù)值變化會(huì)比較明顯，后面則會(huì)比較緩慢。為了準(zhǔn)確獲得濕接縫兩側(cè)撓度差在跨中位置的最大值，需要在施工過程中分段澆筑接縫，以將其撓度差變?yōu)?。

3 橋梁拓寬橫向分布系數(shù)分析

常規(guī)的理論計(jì)算方法隨著拓寬橋梁荷載橫向分布特性的變化而不能適應(yīng)，在有限元模型中需要用數(shù)值分析技術(shù)來解決其主梁撓度并分析其荷載橫向分布特征。其計(jì)算公式為：

其中，w為主梁撓度；M為彎矩；Q為剪力。主梁撓度和剪力都是正弦函數(shù)，彎矩是余弦函數(shù)，利用撓曲理論對(duì)其進(jìn)行計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)主梁的撓度、荷載分布與內(nèi)力都是一致的，并能夠據(jù)此推斷橋梁拓寬的橫向分布。在橋梁上部模型中利用空間數(shù)值分析方法計(jì)算正弦荷載作用下的主梁跨中撓度，便能夠得到其跨中橫向分布影響線?？缰袡M向分布影響線的豎標(biāo)值采用式是：

在研究不同厚度的濕接縫時(shí)，為了獲得拓寬橋梁荷載的橫向分布情況，需要對(duì)其連接剛度大小進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)其規(guī)律來判斷橋梁的承載性能。相關(guān)學(xué)者研究表明，各梁的橫向分布系數(shù)與濕接縫厚度變化成反比關(guān)系，即濕接縫的厚度、剛度越小，各梁的橫向分布系數(shù)就越大。這就要求在施工過程中必須要科學(xué)采用分時(shí)分段澆筑方案，提升混凝土接縫澆筑質(zhì)量的同時(shí)合理控制兩側(cè)撓度差。以提高預(yù)制小箱梁橋的橫向連接高度，減小橫向系數(shù)分布值，進(jìn)而從整體上提高橋梁的工作性能。在分析預(yù)制小箱梁拓寬施工工藝時(shí)，還需要注意減小撓度值，并根據(jù)混凝土強(qiáng)度變化速度科學(xué)澆筑跨簡(jiǎn)支橋梁，在3 d內(nèi)做好其接縫處理工作。在選擇交通管制方案時(shí)，一定要立足橋梁工程實(shí)際，合理確定管制方案和接縫周期，以最大限度降低撓度。

4 結(jié)語

預(yù)制小箱梁橋拓寬施工工藝，主要包括交通管制方案分析、分時(shí)分段澆筑、有限元模型分析、混凝土兩側(cè)撓度差控制以及橋梁拓寬橫向分布系數(shù)分析等內(nèi)容。在作業(yè)過程中，要注意總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，以便在實(shí)踐中提升預(yù)制小箱梁橋拓寬施工技術(shù)。

[1] 田增順,劉 錢,郭 佳,等.預(yù)制小箱梁橋拓寬施工工藝研究[J].公路交通科技,2017(1):83-88.

[2] 沈項(xiàng)斌.預(yù)制小箱梁施工工藝及質(zhì)量控制淺析[J].城市道橋與防洪,2015(10):17-18，100-103.

[3] 沈理斌,劉俊良.預(yù)制小箱梁鋼筋施工工藝控制[J].湖南交通科技,2008(4):113-114，157.

On analysis of widening construction craft of precast small box girder

Zhang Chao

(ShanxiAcademyofTransportation,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the traffic organization in traffic and time-sharing and segmentation scheme, analyzes the stressed performance and widening horizontal distribution coefficient of the bridge by the finite element analysis model by taking some forecast small box girder’s widening project, so as to provide some reference for the widening construction of the forecast small box girder.

forecast small box girder, traffic organization, stressed performance, deflection

1009-6825(2017)13-0198-02

2017-02-21

張 超(1985- )，男，助理工程師

U445

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