收縮徐變對(duì)大跨非對(duì)稱(chēng)疊合混合梁斜拉橋成橋索力及線(xiàn)形影響研究

徐 飛

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

隨著疊合混合梁的快速發(fā)展，其以獨(dú)特優(yōu)勢(shì)陸續(xù)在各種橋型上得到應(yīng)用，在大跨非對(duì)稱(chēng)疊合混合梁斜拉橋[1]屬于高次內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)，斜拉索非線(xiàn)性效應(yīng)明顯，對(duì)于疊合梁斜拉橋，每一次完成鋼梁的橋面板澆注，體系都進(jìn)行了一次體系轉(zhuǎn)換，超靜定次數(shù)更高，施工控制難度大[2]。我們按照傳統(tǒng)的施工控制方法控制此類(lèi)橋梁達(dá)到理想的設(shè)計(jì)狀態(tài)，即得到理想的成橋索力和成橋線(xiàn)形。如果我們?cè)谑┕た刂浦袥](méi)有考慮收縮徐變對(duì)成橋后的索力和線(xiàn)形的影響，雖然在竣工時(shí)候索力和線(xiàn)形是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的，但是隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，收縮徐變會(huì)讓索力和線(xiàn)形發(fā)生很大變化，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)造成安全隱患和影響行車(chē)舒適性。因此進(jìn)行此類(lèi)橋梁的收縮徐變研究是必要的。

本文依托的橋跨布置為270m+580m+170m，左邊邊跨和主跨主梁采用鋼-混凝土疊合梁，右邊邊跨因配重需要采用雙縱肋混凝土主梁并設(shè)置2個(gè)輔助墩，雙塔雙索面，其橋跨布置圖如圖1所示。

圖1 橋跨布置圖(單位：m)

由于全橋結(jié)構(gòu)非對(duì)稱(chēng)，本文將針對(duì)疊合梁邊跨，疊合梁主跨和混凝土梁邊跨三部分分別說(shuō)明。特別地，由于右塔邊跨混凝土采用支架施工，且具有兩個(gè)輔助墩，經(jīng)計(jì)算收縮徐變變形量很小，基本不考慮。索力和線(xiàn)形計(jì)算方法和流程參考《橋梁工程》教材[3]，分析得出收縮徐變完成前后成橋索力和線(xiàn)形的增量，得到收縮徐變對(duì)大跨非對(duì)稱(chēng)疊合混合梁斜拉橋影響程度大小。

1 有限元軟件及施工情況簡(jiǎn)介

1.1 施工情況簡(jiǎn)介

本文依托大橋主要采用懸臂拼裝的施工方法，每一個(gè)梁段施工步驟如下：第一步，安裝鋼梁；第二步，安裝斜拉索并初張；第三步，安裝預(yù)制板并完成上一梁段的濕接縫澆注；第四步，完成斜拉索二張單頂張拉和三張整體張拉。

1.2 線(xiàn)形坐標(biāo)系介紹

測(cè)試結(jié)果坐標(biāo)系采用整體坐標(biāo)系，左邊塔邊跨合龍端為坐標(biāo)原點(diǎn)，順橋向沿小里程至大里程方向作為X軸正方向，Z軸豎直向上，Y軸與X軸、Z軸形成左手螺旋，由下游至上游方向?yàn)檎较颉?/p>

1.3 NLABS軟件簡(jiǎn)介

NLABS是一個(gè)用于橋梁結(jié)構(gòu)幾何非線(xiàn)性分析的軟件, 能夠計(jì)算梁橋、拱橋、斜拉橋等橋型的內(nèi)力、位移、反力、施工安裝線(xiàn)形、制造線(xiàn)形、斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、斜拉索基于預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)量、主梁安裝拼接角度等，在非線(xiàn)性迭代和收縮徐變計(jì)算方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，模型中考慮收縮徐變完成時(shí)間為1 000d。

2 收縮徐變完成前后索力增量

2.1 斜拉索編號(hào)說(shuō)明

該橋中跨共有42對(duì)斜拉索，左邊塔中跨編號(hào)從左到右為L(zhǎng)Z1-LZ21，右邊塔從右到左依次編號(hào)為ZS1-ZS21；邊跨共有41對(duì)斜拉索，左邊塔編號(hào)從左到右LB1-LB21，右邊塔從左到右依次編號(hào)為BS1-BS20。

2.2 中跨索力差值

收縮徐變完成前后，中跨疊合梁的索力差值表和增量如表1所示。

由表1可以看出中跨疊合梁收縮徐變前后索力差值有正有負(fù)，總體差值不超過(guò)32kN。

2.3 邊跨索力差值

收縮徐變完成前后，左邊塔邊跨疊合梁段和右邊塔邊跨混凝土段的索力差值如表2所示。

由表2可以看出，收縮徐變前后左邊邊跨疊合梁段的索力增量有正有負(fù)，其中LB20和LB21出現(xiàn)了-112kN和-120kN，出現(xiàn)較大的波動(dòng)；右邊塔邊跨混凝土梁段斜拉索索力增量有正有負(fù)，最大值為-45kN。

表1 中跨疊合梁索力增量 kN

表2 邊跨梁段索力增量 kN

3 收縮徐變完成前后豎向變形增量

3.1 中跨豎向變形增量

由于數(shù)據(jù)較多，表格中僅僅列出變形量較大的部分，中跨收縮徐變完成前后部分豎向變形增量見(jiàn)表3。

表3 中跨疊合梁豎向變形增量

3.2 邊跨豎向變形增量

左塔邊跨的豎向變形增量表如表4。

3.3 邊中跨豎向變形量

由于收縮徐變引起的豎向變形量數(shù)據(jù)較大，上訴表格僅僅列出了部分變形量較大的數(shù)據(jù)，其余的數(shù)據(jù)由圖形方式展現(xiàn)(圖2)。

圖2 邊中跨疊合梁變形增量

由表3、表4和圖2可以看出，收縮徐變前后邊跨疊合梁和中跨疊合梁均出現(xiàn)了較大的變形量。邊跨變形量最大的位置出現(xiàn)在邊跨中間位置，約為-48mm；中跨變形量最大的位置出現(xiàn)在跨中位置，約為46mm。中間在橋塔位置處出現(xiàn)了正值，可能與模型中邊界的模擬不合理有關(guān)，特此說(shuō)明。

表4 邊跨疊合梁豎向變形增量

4 結(jié)論

本文依托某大跨非對(duì)稱(chēng)疊合混合梁斜拉橋?yàn)楸尘?，利用大型有限元軟件?jì)算收縮徐變完成前后成橋索力和線(xiàn)形的影響大小，得出以下結(jié)論：

(1)收縮徐變完成前后，中跨疊合梁成橋索力差值有正有負(fù)，總體差值不超過(guò)32kN；左邊邊跨疊合梁段的索力增量有正有負(fù)，其中最大值為-112kN和-120kN，出現(xiàn)較大的波動(dòng)；右邊塔邊跨混凝土梁段斜拉索索力增量有正有負(fù)，最大值為-45kN?？梢?jiàn)收縮徐變對(duì)成橋索力影響沒(méi)有具體增大或者減小趨勢(shì)，對(duì)中邊跨影響不一致，對(duì)邊跨影響較中跨較大。

(2)收縮徐變完成前后，邊跨疊合梁和中跨疊合梁均出現(xiàn)了較大的變形量。邊跨變形量最大的位置出現(xiàn)在邊跨中間位置，大概為-48mm；中跨變形量最大的位置出現(xiàn)在跨中位置，大概為46mm?？梢?jiàn)，收縮徐變對(duì)成橋后的線(xiàn)形影響較大，接近50mm，中跨跨中上撓較大，邊跨跨中下?lián)陷^大。

(3)收縮徐變完成前后無(wú)論索力還是線(xiàn)形均有較大影響，特別是對(duì)成橋線(xiàn)形影響較大，如果在成橋調(diào)索未考慮這部分線(xiàn)形的影響，將會(huì)引起通車(chē)過(guò)后線(xiàn)路不同部分的上拱和下?lián)?，影響行?chē)舒適性。