大跨度剛構(gòu)橋橫向預(yù)應(yīng)力筋施工工藝對比研究

許 晗 張 龍 楊榮辰 馬東良 竇創(chuàng)戰(zhàn)

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是指墩梁固結(jié)形成剛性整體的一種橋梁結(jié)構(gòu)，主墩通常采用雙肢薄壁墩，以適應(yīng)由于多次超靜定結(jié)構(gòu)在溫度作用下的次內(nèi)力。連續(xù)剛構(gòu)橋因其支點連續(xù)負彎矩的卸載作用，增大了結(jié)構(gòu)的跨越能力，在跨越100~300m 的范圍內(nèi)，連續(xù)剛構(gòu)橋是主要的競爭橋型。

大跨度剛構(gòu)橋的跨越能力與其預(yù)應(yīng)力息息相關(guān)，最關(guān)鍵的是預(yù)應(yīng)力的張拉數(shù)量、張拉工藝。李一瑋依托某特大橋工程，研究剛構(gòu)橋懸臂梁臨時張拉體外束，并對比了其它4 種臨時體外束方案[1]?？苄玛栆耘D八斤特大橋為研究對象，針對其豎向預(yù)應(yīng)力5 種不同的布置形式進行對比分析，討論了主梁開裂的原因[2]。

本文以拉仁2 號高架大橋為依托工程，借助大型有限元分析軟件MIDAS FEANX，對比分析橫向預(yù)應(yīng)力筋的3種張拉方案及其對主梁的受力影響。

1 工程概況

拉仁2 號高架大橋位于天峨經(jīng)鳳山至巴馬段，橋梁全長279m，交角90°，跨徑為75+120+75 的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁，其箱梁如圖1 所示。汽車荷載為公路一級，橋?qū)挘▋?15.5+0.5+0.5）m。橋面采用8cm 厚瀝青混凝土橋面鋪裝，10cm 厚C50 混凝土現(xiàn)澆層。橋墩采用空心墩，橋臺采用樁柱式橋臺。梁高方程為1.8次拋物線，箱梁混凝土標(biāo)號為C55，橫向預(yù)應(yīng)力采用鋼絞線，規(guī)格為3Φ15.2，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，張拉控制應(yīng)力為1395MPa。

圖1 支點及跨中斷面

根據(jù)該項目概況建立全橋?qū)嶓w有限元模型（見圖2所示），由于篇幅有限，故選取其中的0~4 號節(jié)段進行橫向預(yù)應(yīng)力筋的張拉方案對比分析。主梁采用實體單元模擬，橋墩和0 號節(jié)段主梁采用剛性連接，荷載主要考慮自重和橫向預(yù)應(yīng)力。

圖2 全橋?qū)嶓w有限元模型

2 橫向預(yù)應(yīng)力分段立即張拉

為便于分析，劃分如表1 所示的施工節(jié)段，取4 個施工節(jié)段下A、B、C三點為研究對象。

表1 分段立即張拉施工節(jié)段的劃分

從第一施工節(jié)段到第四施工節(jié)段，每一節(jié)段分別立即張拉相對應(yīng)梁段的橫向預(yù)應(yīng)力筋，對0~4 號節(jié)段的A、B、C三點的應(yīng)力進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖3所示。

圖3 第4節(jié)段各點應(yīng)力圖

由圖3 可以看出：A 點從第一施工節(jié)段到第四施工節(jié)段梁段起始端壓應(yīng)力分別為：-2.187MPa、-2.186MPa、-2.138MPa、-2.171MPa；B 點從第一施工節(jié)段到第四施工節(jié)段梁段起始端壓應(yīng)力分別為：-1.781MPa、-1.986MPa、-1.938MPa、-1.971MPa。A 點從第一施工節(jié)段到第四施工節(jié)段梁尾壓應(yīng)力分別為-4.509MPa、-8.023MP、-8.043MP、-8.011MP；B 點從第一施工節(jié)段到第四施工節(jié)段梁尾壓應(yīng)力分別為-3.721MPa、-5.823MPa、-5.843MPa、-5.811MPa。A 點壓應(yīng)力絕對值分別增長了：-2.322MPa、-5.837MPa、-5.905MPa、-5.840MPa；B 點壓應(yīng)力絕對值分別增長了：-1.940MPa、-3.837MPa、-3.905MPa、-3.840MPa。由此可以看出，分段立即張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋后，A 點的應(yīng)力變化比B點要大。

對比第三、四節(jié)段與第二節(jié)段應(yīng)力變化，可以看出應(yīng)力傳遞的長度為一個梁段，即第N 個梁段橫向預(yù)應(yīng)力的張拉僅對第N-1 個梁段的正應(yīng)力有較大影響，當(dāng)?shù)贜 個梁段的橫向預(yù)應(yīng)力張拉后，第N-1 梁段的橫向正應(yīng)力便趨于穩(wěn)定，后續(xù)梁段橫向預(yù)應(yīng)力的張拉對其基本無影響。

3 橫向預(yù)應(yīng)力筋整體張拉及應(yīng)力分布

橫向預(yù)應(yīng)力的整體張拉是指在橋梁合攏后，再一次性張拉所有橫向預(yù)應(yīng)力筋束的方法。計算時，為更加方便研究0#~3#梁段的橫向預(yù)應(yīng)力張拉對相鄰梁段的受力影響，僅激活0~4#梁段及其對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束。A、B、C 點應(yīng)力統(tǒng)計圖如圖4 所示。

圖4 A、B、C點應(yīng)力統(tǒng)計

由圖4可知，對于各個節(jié)段，整體張拉橫向預(yù)應(yīng)力時，各點應(yīng)力變化不大，A~C 點最大應(yīng)力分別為-7.289MPa，-3.529MPa、1.091MPa，A~C 點最小應(yīng)力分別為-4.468MPa、-3.119MPa、0.901MPa?？梢钥闯觯珹~C應(yīng)力分布均勻，即整體張拉較分段式張拉應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力突出現(xiàn)象。

4 橫向預(yù)應(yīng)力筋滯后張拉箱梁應(yīng)力分析

滯后一個梁段張拉是指本節(jié)段懸臂澆筑后，再張拉前一梁段的橫向預(yù)應(yīng)力筋。根據(jù)張拉方案，施工節(jié)段的劃分如表2 所示。按照表2 施工節(jié)段劃分進行橫向預(yù)應(yīng)力筋的張拉，A、B、C 點在各施工節(jié)段的應(yīng)力統(tǒng)計及3#節(jié)段應(yīng)力云圖如圖5~圖10所示。

表2滯后張拉時施工節(jié)段的劃分

圖5 第一施工節(jié)段2#梁段應(yīng)力圖

由圖5、圖7、圖9可知，滯后一個梁段張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋時，頂板橫向正應(yīng)力在本梁段張拉時分布不均，橫向正應(yīng)力沿著橋梁縱向逐漸減小。由圖6、圖8、圖10可知，下一個梁段的橫向預(yù)應(yīng)力筋張拉后，本梁段的橫向正應(yīng)力沿橋梁縱向的分布都比較均勻。與立即張拉時應(yīng)力絕對值最大值為最小值的應(yīng)力變化程度相比，N+1#梁段預(yù)應(yīng)力筋張拉后N#梁段應(yīng)力整體變得均勻。

圖6 第二施工節(jié)段2#梁段應(yīng)力圖

圖7 第二施工節(jié)段3#梁段應(yīng)力圖

圖8 第三施工節(jié)段3#梁段應(yīng)力圖

圖9 第三施工節(jié)段4#梁段應(yīng)力圖

圖10 第四施工節(jié)段4#梁段應(yīng)力圖

5 結(jié)束語

在跨越高山、河谷等險要地段架設(shè)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，對其預(yù)應(yīng)力的張拉工藝提出了較高的要求。從上述研究可以看出，不同的橫向預(yù)應(yīng)力筋張拉工藝，對于梁體的應(yīng)力分布有較大的影響。

（1）分段立即張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋后，對頂板應(yīng)力分布的影響大于對腹板的影響。分段立即張拉應(yīng)力的傳遞長度為一個梁段，第N+1#個梁段的預(yù)應(yīng)力筋張拉后，第N#梁段的橫向正應(yīng)力趨于穩(wěn)定。

（2）全橋合龍后，再同步張拉全部橫向預(yù)應(yīng)力筋，整體張拉與分段立即張拉相比，其優(yōu)勢在于，應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力突變現(xiàn)象，但頂板最大壓應(yīng)力值大于滯后張拉的最大壓應(yīng)力值。

（3）三種橫向預(yù)應(yīng)力筋的張拉工藝中，整體張拉和滯后張拉比分段張拉橫向正應(yīng)力分布較為均勻。頂板最大壓應(yīng)力值方面，滯后張拉壓應(yīng)力最大值小于整體張拉。所以經(jīng)綜合對比分析，對于大跨度預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋的橫向預(yù)應(yīng)力筋施工，較為合理的張拉工藝為滯后張拉。