預(yù)應(yīng)力張拉順序?qū)B續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)組合梁橋受力性能的影響

吳志剛，陳運(yùn)榮

預(yù)應(yīng)力張拉是影響預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的重要環(huán)節(jié)，合理的張拉順序能使結(jié)構(gòu)受力處于最優(yōu)狀態(tài)，預(yù)先分析不同張拉順序下箱梁三向預(yù)應(yīng)力筋時(shí)的受力情況，能得到合理的張拉順序［1～4］。

1 工程概述

某大橋位于湖南省湘西自治州，是聯(lián)系新老兩片城區(qū)的主要交通干線(xiàn)。主橋上部結(jié)構(gòu)為42 m+70 m+42 m的三跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)箱梁結(jié)構(gòu)，截面形式為單箱單室。箱梁頂寬14 m，箱梁底寬7.5 m。主墩處梁高4.5 m，邊、中跨合龍?zhí)幜焊? m，梁底曲線(xiàn)按二次拋物線(xiàn)變化。箱梁共分8個(gè)懸臂段完成單T澆筑，0#塊用托架支模成型，1#～8#塊及中跨合龍段采用掛籃懸臂澆筑，邊跨現(xiàn)澆段及合龍段采用滿(mǎn)堂支架法現(xiàn)澆。該大橋橋型布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 橋型布置圖(單位:m)

2 張拉方案分析

2.1 設(shè)計(jì)合龍方案

合龍流程:邊跨合龍→拆除臨時(shí)固結(jié)→中跨合龍→橋面鋪裝。合龍段的預(yù)應(yīng)力張拉要待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以后進(jìn)行。

2.2 仿真計(jì)算模型

某大橋的結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算采用的是有限元分析軟件MIDAS進(jìn)行的，全橋上部結(jié)構(gòu)根據(jù)懸臂施工特點(diǎn)以及梁段劃分的長(zhǎng)度共離散為59個(gè)節(jié)點(diǎn)，58個(gè)單元。某大橋計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)離散圖見(jiàn)圖2。

圖2 計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)離散圖(單位:m)

2.3 幾種預(yù)應(yīng)力筋張拉順序方案

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和參考有關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)合龍段預(yù)應(yīng)力張拉提出了優(yōu)化方案，具體如下:

方案一:根據(jù)設(shè)計(jì)文件所有合龍段剛束全部一次張拉到位。

方案二:邊跨合龍段先張拉 ST1、ST2、SB1－SB2號(hào)剛束，中跨合龍段先張拉CT、CB1－CB2;在全橋完成后再?gòu)埨Ｓ嗟暮淆埗晤A(yù)應(yīng)力束。

方案三:邊跨合龍段先張拉ST1、ST2、SB5/6－SB7號(hào)剛束，中跨合龍段先張拉CT、CB5/6－CB7;在全橋完成后再?gòu)埨Ｓ嗟暮淆埗晤A(yù)應(yīng)力束。預(yù)應(yīng)力布置圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 邊跨預(yù)應(yīng)力布置圖

圖4 中跨預(yù)應(yīng)力布置圖

2.3.1 應(yīng)力比較

三種方案下各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2，其單位以MPa計(jì)，且規(guī)定壓應(yīng)力為負(fù)，拉應(yīng)力為正。

表1 不同預(yù)應(yīng)力張拉方案對(duì)成橋狀態(tài)下橋梁上緣應(yīng)力的影響

從表1、表2結(jié)構(gòu)上下緣應(yīng)力的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)三種張拉方案在結(jié)構(gòu)根部、跨中等應(yīng)力變化顯著應(yīng)力的位置，對(duì)應(yīng)力的影響則很明顯。在成橋狀態(tài)下，方案三的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力差相對(duì)較小，上緣最大差值為8.35 MPa壓應(yīng)力，下緣最大差值為9.68 MPa壓應(yīng)力，整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更加的均勻。方案二較方案三的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化要大，但是較方案一的則要均勻一些，上緣最大差值為9.18 MPa壓應(yīng)力，下緣最大差值為10.64 MPa壓應(yīng)力。方案三的應(yīng)力變化是三種方案中最顯著的，上緣最大差值為9.66 MPa壓應(yīng)力，下緣最大差值為11.2 MPa壓應(yīng)力。

表2 不同預(yù)應(yīng)力張拉方案對(duì)成橋狀態(tài)下橋梁下緣應(yīng)力的影響

2.3.2 位移比較

結(jié)構(gòu)計(jì)算中除了應(yīng)力外，位移是另外一個(gè)重要的控制參數(shù)，位移過(guò)大會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力以及許多因此而產(chǎn)生的裂縫，讓結(jié)構(gòu)的安全存在安全隱患。三種方案在成橋狀態(tài)下各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的撓度值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，其單位以mm計(jì)，且規(guī)定下?lián)蠟樨?fù)，上撓為正。

從表3結(jié)構(gòu)撓度值的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)三種張拉方案在結(jié)構(gòu)根部的位移變化不大，但是在跨中對(duì)撓度的影響顯著。在成橋狀態(tài)下，方案三的大幅度地削減了跨中因合龍以及中跨預(yù)應(yīng)力張拉而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)上拱，削減值達(dá)18.6 mm，整個(gè)結(jié)構(gòu)的撓度峰值得到了有效的緩解。方案二較方案三的結(jié)構(gòu)撓度變化要大，但是較方案一的則要也有大幅度的削減，撓度最大差值達(dá)到了12.4 mm。方案三的撓度變化是三種方案中最顯著的，跨中的上拱達(dá)到了30.9 mm。

表3 不同預(yù)應(yīng)力張拉方案對(duì)成橋狀態(tài)下橋梁撓度的影響

3 結(jié)論及建議

在施工過(guò)程中，中跨合龍預(yù)應(yīng)力較多，張拉持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且張拉過(guò)后合龍中跨受力及反拱均較大。分析結(jié)果表明，采用不同的預(yù)應(yīng)力張拉順序，對(duì)梁橋的內(nèi)力影響很大，故設(shè)計(jì)人員在確定張拉順序時(shí)需審慎對(duì)待，應(yīng)在對(duì)比分析多種張拉方案的基礎(chǔ)上，采用使結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?cè)隽肯鄬?duì)平緩的張拉順序，以確保結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中始終處在較為良好的受力狀態(tài)。本文設(shè)計(jì)了分批次張拉合龍預(yù)應(yīng)力的合龍方案，為合龍方案的優(yōu)化提供了參考。

［1］范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］杜國(guó)華，毛昌時(shí)，司徒妙齡.橋梁結(jié)構(gòu)分析［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1994.

［3］陳太聰，蘇 成，韓大建.橋梁節(jié)段施工過(guò)程中混凝土收縮徐變效應(yīng)仿真計(jì)算［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003，16(4):55 －58.

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