魏港 劉德文 謝健波 傅根根 歐偉
摘 要:本文以某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象,采用Midas Civil 2015建立了空間有限元模型,施工方法采用懸臂掛籃施工,對其施工過程中應(yīng)力、線形和溫度進行全過程監(jiān)測。成形結(jié)構(gòu)的狀態(tài)(包括受力、變形)具有不可調(diào)整性,且施工節(jié)段多、工期長,受多種因素的影響較大,所以確保成橋線形和內(nèi)力狀態(tài)符合要求顯得非常重要。
關(guān)鍵詞:大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋;施工監(jiān)控;懸臂掛籃施工;成橋線形
中圖分類號:U445.4 文獻標識碼:A
0 引言
大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋理想的幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設(shè)計有關(guān),而且還依賴于科學(xué)合理的施工方法。如何通過對施工過程的控制,在建成時得到預(yù)先設(shè)計的應(yīng)力狀態(tài)和幾何線形,是橋梁施工中非常關(guān)鍵和困難的問題。同時,施工控制的結(jié)果為大型橋梁實行長期監(jiān)測提供原始依據(jù),是橋梁運營狀態(tài)監(jiān)測的起點。橋梁施工控制的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全性,保證橋梁成橋橋面線形受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。
1 施工監(jiān)控的原理和方法
前進分析的目的在于確定成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),其計算特點是:隨著施工階段的推進,結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在不斷的改變,前期結(jié)構(gòu)發(fā)生徐變和幾何位置的改變。因而前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段進行的結(jié)構(gòu)分析就稱為前進分析。
前進分析是根據(jù)確定的施工方案來模擬施工步驟,從施工初態(tài)逐階段分析至竣工后徐變完成為止,分析的任務(wù)是確定各階段的內(nèi)力和位移。分析內(nèi)容主要有:(1)支架搭設(shè);(2)澆筑箱梁;(3)預(yù)應(yīng)力張拉;(4)預(yù)應(yīng)力損失;(5)混凝土收縮;(6)混凝土徐變。
2 工程概況
2.1 工程背景
浪江大橋跨徑組合為55 m+90 m+55 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,為全預(yù)應(yīng)力單箱雙室結(jié)構(gòu),箱寬19.75 m,懸臂標準寬度3.5 m,采用C50混凝土。箱梁頂板設(shè)置2.0%單向橫坡。根部梁高5.5 m,跨中梁高2.5 m,梁高按1.8次拋物線變化;箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚90 cm,其余梁段腹板厚度由75 cm變至50 cm;箱梁底板厚除0號梁段橫隔板范圍內(nèi)為90 cm外,其余各梁段底板厚從箱梁根部的65 cm以1.8次拋物線漸變至跨中截面的32 cm;箱梁頂板在墩頂范圍內(nèi)厚50 cm,其余梁段頂板厚度30 cm。
箱梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),頂板束采用19φs15.24鋼絞線,腹板束采用19φs15.24、21φs15.24鋼絞線,邊跨底板束采用15φs15.24鋼絞線,邊跨頂板合攏束采用19φs15.24鋼絞線,中跨頂、底板合攏束均采用17φs15.24鋼絞線,橫、豎向預(yù)應(yīng)力束采用3φs15.24鋼絞線。所有預(yù)應(yīng)力鋼絞線均采用GB標準Rby=1 860 MPa低松弛鋼絞線。
2.2 施工方案
箱梁0#梁段長10.0 m。兩側(cè)各11個對稱梁段,梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為3×3 m,4×3.5 m,4 ×4.0 m。1#~11#梁段采用掛籃懸臂澆筑施工,13#~15#節(jié)段為邊跨搭架現(xiàn)澆段。12#節(jié)段為邊、中跨的合攏段,長2.0 m。施工時首先邊跨合攏,然后進行中跨合攏。施工過程如下:(1)0#梁段施工;(2)1#梁段懸臂澆筑施工;(3)2#梁段~11#梁段懸臂澆筑施工;(4)邊跨現(xiàn)澆段施工;(5)邊跨合龍段施工;(6)中跨合龍段施工。
3 監(jiān)控實施方案
3.1 應(yīng)力監(jiān)測
在浪江大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面(跨中截面、0號塊截面根部和1/4截面)布置應(yīng)力測點,主橋每幅橋梁應(yīng)力監(jiān)測截面各9個,全橋兩幅共計18個測試截面,各個截面應(yīng)力測點布置見圖3.1、圖3.2所示,全橋應(yīng)力測點共108個。
3.2 線形監(jiān)測
為實時監(jiān)測主梁在整個施工過程中的線形,更好的對連續(xù)梁橋掛籃懸臂的施工過程主梁標高進行監(jiān)控,縱橋向每施工節(jié)段設(shè)一個測試截面,主橋兩幅共計114個測試斷面(每幅57個截面),測試截面和測點布置圖見圖3.3、圖3.4所示。
3.3 溫度監(jiān)測
所有應(yīng)力測點中均帶有溫度傳感器,在應(yīng)力測試的同時進行溫度監(jiān)控。溫度監(jiān)控分辨率≤0.1℃。溫度測量要求與應(yīng)力測量同步。
4 有限元模型
浪江大橋主橋箱梁采用C50混凝土,彈性模量3.45×104 MPa;橋墩采用C40混凝土,彈性模量3.25×104 MPa;預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用高強度、低松弛鋼絞線,公稱直徑為15.2 mm,抗拉標準強度fpk=1 860 MPa,彈性模量1.95×105 MPa。采用有限元軟件Midas/Civil 2015建立浪江大橋的有限元模型如下圖4.1所示。
5 結(jié)果分析
5.1 預(yù)拱度理論值
連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)拱度又稱為制作預(yù)拱度,制作預(yù)拱度分為施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度(成橋預(yù)拱度又稱預(yù)抬值)兩個部分。其中施工預(yù)拱度是指在節(jié)段施工過程中,為抵消各種因素對各箱梁現(xiàn)澆節(jié)段在相應(yīng)階段產(chǎn)生的總位移而設(shè)置的預(yù)拱度。影響箱梁現(xiàn)澆節(jié)段位移的因素有:箱梁各節(jié)段的結(jié)構(gòu)自重、箱梁混凝土施工階段產(chǎn)生的收縮徐變、預(yù)應(yīng)力筋束張拉產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力、掛籃和模板的重量、二期恒載等。
將浪江大橋的預(yù)拱度、成橋預(yù)拱度及施工預(yù)拱度繪制成曲線圖(注:橫坐標表示橋長,單位為m;縱坐標表示預(yù)拱度,單位為cm),如下圖5.1所示:
5.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果
本次應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果以左幅3-3截面和5-5截面為例,進行數(shù)據(jù)分析,應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果詳見表5.1和表5.2,實測應(yīng)力曲線和理論應(yīng)力曲線詳見圖5.2所示。
從表5.1、表5.2和圖5.2可以看出,浪江大橋主橋左幅3-3截面和5-5截面頂板和底板實測應(yīng)力均為壓應(yīng)力,未出現(xiàn)拉應(yīng)力,應(yīng)力控制較好。將實測應(yīng)力數(shù)據(jù)與理論應(yīng)力數(shù)據(jù)的對比分析可知,浪江大橋主橋?qū)崪y應(yīng)力和理論應(yīng)力曲線趨勢一致,實測應(yīng)力均比理論應(yīng)力值小,在施工過程中,橋梁結(jié)構(gòu)受力始終處于受控狀態(tài),應(yīng)力監(jiān)測情況滿足施工控制的要求。
5.3 線形監(jiān)測結(jié)果
本次浪江大橋主橋箱梁施工完成后,測量左右幅箱梁頂面標高可知:成橋線形與目標線形的相對高差范圍在-14.81 mm~+15.91 mm之間,在設(shè)計允許的±20 mm精度范圍內(nèi),滿足設(shè)計要求。
5.4 溫度監(jiān)測結(jié)果
本次溫度監(jiān)測結(jié)果以左幅3-3截面為例,實測溫度曲線如圖5.3所示。
測試溫度受環(huán)境及混凝土水化反應(yīng)影響,隨著施工的不斷推進,水化反應(yīng)逐步完成,因此水化熱也逐漸下降,橋梁各測點的溫度測試值逐漸降低最后趨于穩(wěn)定。
6 結(jié)語
通過對某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進行施工監(jiān)控,監(jiān)測內(nèi)容包括應(yīng)力、線形和溫度監(jiān)測,得出結(jié)論如下:
(1)浪江大橋主橋?qū)崪y應(yīng)力和理論應(yīng)力曲線趨勢一致,實測應(yīng)力均比理論應(yīng)力值小,在施工過程中,橋梁結(jié)構(gòu)受力始終處于受控狀態(tài),應(yīng)力監(jiān)測情況滿足施工控制的要求。
(2)成橋線形與目標線形的相對高差范圍在-14.81 mm~+15.91 mm之間,在設(shè)計允許的±20 mm精度范圍內(nèi),線形控制符合設(shè)計要求。
(3)橋梁主梁結(jié)構(gòu)施工過程中,主梁內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形均得到了較好的控制,主橋施工全過程屬于受控狀態(tài),結(jié)構(gòu)各項成橋指標表現(xiàn)良好。
參考文獻:
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