連續(xù)剛構(gòu)橋梁合龍段張拉順序調(diào)整設(shè)計

雙龍北線道路工程大偏坡橋位于貴州省貴陽市市域東南與黔南州交界地區(qū)，地勢呈西南高、東北低、中部隆起，地貌類型復(fù)雜多樣，自然景觀千姿百態(tài)。大偏坡橋右幅連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨合龍段在混凝土澆筑前，已按設(shè)計要求對臨時鋼束進行張拉，張拉力滿足設(shè)計要求，混凝土澆筑前已進行外剛性支撐焊接鎖定，進行中跨合龍段施工時，各合龍段外剛性支撐保持鎖定狀態(tài)，未拆除。根據(jù)2017年9月21日大偏坡橋合龍段施工情況召開專家論證會上的專家意見，將中跨已張拉500kN的臨時鋼束張拉至設(shè)計噸位，增強跨中合龍段抗拉能力，并檢測邊中跨砼有無裂縫，因此，需要根據(jù)實際情況調(diào)整邊、中跨鋼束張拉順序。

1.合龍張拉方案

1.1 工程概況

本橋主橋系預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋上部結(jié)構(gòu)為40m+70m+40m三跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。全長150m，橋?qū)?5.85m，為單箱雙室結(jié)構(gòu)。從一端到跨中節(jié)段數(shù)分別為：邊跨現(xiàn)澆段4m、邊跨合龍段2m、掛籃懸澆段28.5m、墩頂0號塊11m、掛籃懸澆段28.5m、中跨合龍段2m，其中掛籃懸澆段分為9段，分別為6*3m+3*3.5m，箱梁高度和底板厚度按二次拋物線變化。

1.2 計算合龍張拉方案

設(shè)計要求總體張拉順序須符合“由外向內(nèi)，先長束、后短束”的順序?qū)ΨQ張拉，邊跨和中跨合龍段斷面鋼束布置如圖1所示。

方案1：分批張拉中跨和邊跨合龍段鋼束

第一批：張拉邊跨鋼束ST1、中跨鋼束CT1靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第二批：張拉邊跨鋼束SB1，張拉中跨鋼束CB1靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第三批：張拉中跨鋼束CB1靠中腹板側(cè)2束，共計2束；

第四批：張拉邊跨鋼束ST2、中跨鋼束CT2靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第五批：張拉邊跨鋼束SB2，張拉中跨鋼束CB2靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第六批：張拉中跨鋼束CB2靠中腹板側(cè)2束，共計2束；

第七批：張拉邊跨鋼束ST1、中跨鋼束CT1靠中腹板側(cè)各2束，共計6束；

第八批：張拉邊跨鋼束SB3，張拉中跨鋼束CB3靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第九批：張拉中跨鋼束CB3中腹板側(cè)2束，共計2束；

第十批：張拉邊跨鋼束ST2、中跨鋼束CT2靠中腹板側(cè)各2束，共計6束；

第十一批：張拉邊跨鋼束SB4，張拉中跨鋼束CB4靠邊腹板側(cè)各2束，共計6束；

第十二批：張拉中跨鋼束CB4靠中腹板側(cè)2束，共計2束。

方案2：先張拉中跨合龍段鋼束再張拉邊跨合龍段鋼束

先張中邊跨合龍段鋼束，張拉完中跨合龍段鋼束后，再張拉邊跨合龍段鋼束。

方案3：先張拉邊跨合龍段鋼束再張拉中跨合龍段鋼束

先張拉邊跨合龍段鋼束，張拉完邊跨合龍段鋼束后，再張拉中跨合龍段鋼束。

2.模型建立

2.1 計算模型

采用Midas Civil 8.3.2建模，根據(jù)圖紙中給定的材料（C55混凝土、φ15.2mm抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼束等）、截面形式和尺寸建立材料特性值，本模型主梁64個單元、橋墩56個單元。根據(jù)工程實際荷載情況施加自重荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、二期恒載114.53kN/m、掛籃荷載800kN及移動荷載等，根據(jù)3種合龍張拉施工方案，分別定義施工階段進行計算分析。（圖2）

2.2 荷載工況

（1）自重

自重系數(shù)：-1.04

（2）整體升降溫

整體降溫：-18.00℃

整體升溫：24.00℃

（3）梁截面溫度

如表1、表2所示。

表1 橋面降溫

表2 橋面升溫

（4）徐變收縮

收縮齡期：3天；

構(gòu)件理論厚度：1m；

理論厚度自動計算：由程序自動計算各構(gòu)件的理論厚度，公式為：

周長u的計算公式中L0為外輪廓周長，Li為內(nèi)輪廓周長，a為要考慮內(nèi)輪廓周長的比例系數(shù)[1]。

（5）可變荷載

活載：汽車荷載，橋梁等級為公路I級；

對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)μ，按照《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》第4.3.2條，沖擊系數(shù)μ可按下式計算[2]：

當(dāng)f＜1.5Hz時，μ＝0.05；

當(dāng)1.5Hz≤f≤14Hz時，＝0.1767ln(f) － 0.0157；

當(dāng)f＞14Hz時，μ＝0.45；

根據(jù)規(guī)范，計算的結(jié)構(gòu)基頻f=3.57Hz，沖擊系數(shù)μ = 0.209。

3.施工階段分析

通過表3可以看出，在張拉過程中，合龍段截面的相對變形普遍較小。另外方案1不出現(xiàn)拉應(yīng)力，方案2和方案3出現(xiàn)拉應(yīng)力，方案2在張拉完中跨時在邊跨現(xiàn)澆段出現(xiàn)最大拉應(yīng)力0.5MPa；方案3在張拉完邊跨合龍束時在中跨合龍段出現(xiàn)最大拉應(yīng)力0.3MPa，綜上所述，在3個方案中出現(xiàn)拉應(yīng)力的方案2和3的最大拉應(yīng)力均小于規(guī)范1.53MPa限值要求，方案1最為合理。

4.結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算

對于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（荷載）短期效應(yīng)組合下，應(yīng)符合下列條件：

預(yù)制構(gòu)件：σst－0.85σpc≤0 ；

圖1 邊跨和中跨合龍段斷面鋼束布置圖

圖2 計算模型圖

分段澆筑或砂漿接縫的縱向分塊構(gòu)件：σst－0.80σpc≤0（圖3-圖 5）。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）第6.3.1-1條驗算： ，根據(jù)計算結(jié)果方案2和方案3超0.04MPa左右，非常小，基本滿足要求，方案1滿足規(guī)范要求。

5.正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算

按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）第7.1.5-1條，荷載取其標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載考慮沖擊系數(shù)[3]。受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力：

未開裂構(gòu)件：σkc＋σpt≤0.5fck；

允許開裂構(gòu)件：σcc ≤0.5fck（圖6-圖8）。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）第7.1.5條驗算：σkc＋σpt =8.65MPa≤0.5fck = 17.75MPa，滿足規(guī)范要求。

6.短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算

按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）第7.2.8條，截面邊緣混凝土的法向壓應(yīng)力應(yīng)符合下式規(guī)定：σtcc≤0.70f'ck（圖9-圖11）。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004） 第7.2.8條 驗 算：σtcc =11.04MPa≤0.70f'ck = 19.88MPa，滿足規(guī)范要求。

表3 張拉過程中撓度變化表（單位：mm ，+表示上；-表示下）

圖3 方案1結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算結(jié)果圖形

圖4 方案2結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算結(jié)果圖形

圖5 方案3結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算結(jié)果圖形

圖6 方案1正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

圖7 方案2正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

圖8 方案3正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

圖9 方案1短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

圖10 方案2短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

圖11 方案3短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果圖形

7.結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)梁橋因合龍階段及合龍鋼束較多，調(diào)整邊中跨合龍段張拉順序?qū)Τ蓸蚝笫芰顟B(tài)影響很大。本文對3種合龍張拉施工方案分別分析計算了合龍段截面的相對變形、最大拉應(yīng)力，并進行了結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算、正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算，短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算、對比后發(fā)現(xiàn)，方案1在張拉過程中，合龍段截面的相對變形較小，最大拉應(yīng)力滿足規(guī)范1.53MPa限值要求，結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算、正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算、短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）要求，因此對于該橋而言，分批張拉中跨和邊跨合龍段鋼束最為合理。