淺析不同張拉順序?qū)π绷簶蜇Q向位移影響分析

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步以及交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，斜梁橋在我國的城市建設(shè)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。本文主要以某三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)斜交箱梁橋作為研究的工程實(shí)例，運(yùn)用縱向預(yù)應(yīng)力對稱張拉、交錯(cuò)張拉和單側(cè)張拉等三種模型進(jìn)行分析研究。比較張拉順序不同，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)斜交箱梁在豎向位移上的變化情況，進(jìn)而找出最有效的預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉順序。

關(guān)鍵詞：斜梁橋;預(yù)應(yīng)力;張拉順序

一、引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)以及交通運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，在城市建設(shè)中由于受到線路和線形等方面的限制下，斜橋梁由于其具有抗彎強(qiáng)度大、穩(wěn)定性能好、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到了人們更加廣泛的關(guān)注。在橋梁建設(shè)過程中，由于不同的張拉順序其預(yù)應(yīng)力效應(yīng)會對梁體產(chǎn)生不同的影響，所以預(yù)應(yīng)力的張拉順序是橋梁建筑中十分關(guān)鍵的影響因素。

二、工程概況

執(zhí)行橋作為試驗(yàn)橋，其采用預(yù)應(yīng)力混凝土A型連續(xù)型的斜支撐梁，橋梁的跨徑組合長度為17.5m+32m+16m。橋梁兩端的斜度分別為一端30°、另一端15°的傾斜角度，所以歸屬于異形斜梁橋。橋梁的橫斷面的結(jié)構(gòu)為單箱雙室，箱梁頂板的寬度為12m，底板寬度為7.5m，梁高為1.45m。箱梁的梁體采用C50混凝土作為原材料，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用的是標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的鋼絞線，采用后張法作為本次施工的施工技術(shù)。梁體使用縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線9束，橫梁處分別使用橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線8束、負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼筋24束。橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級為公路Ⅱ級。全橋總體布置見圖1，箱梁橫截面及縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置見圖2。

三、有限元分析

3.1、基本方法

與正橋相比，斜梁橋的結(jié)構(gòu)相對更為復(fù)雜一些，通常需要建立本橋有限元的模型。建立此模型的基本原理是如果梁格節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)重合的點(diǎn)具有相同的轉(zhuǎn)角和撓度，那么由梁格節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的局部靜力與結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的內(nèi)力等效。

3.2、模型的建立

利用Midas/civil軟件來建立一個(gè)一端斜度為30°、另一端斜度為15°的預(yù)應(yīng)力混凝土斜橋梁的有限元空間實(shí)體模型。箱梁和鋪裝層采用彈性模量E_c=3.45×10⁴MPa的C50混凝土。管道間和預(yù)應(yīng)力鋼筋的相關(guān)參數(shù)為摩阻系數(shù)取μ=0.25，每米管道的偏差系數(shù)為k=0.0015。模型的上部結(jié)構(gòu)是單箱雙室，主要分成橫向的梁格單元和縱向的梁格單元兩部分。橫向的梁格單元是縱向梁格之間連接的媒介，連接時(shí)要根據(jù)原始結(jié)構(gòu)來建構(gòu)模型，橫隔梁則要根據(jù)橋梁的位置來構(gòu)建模型，模仿真實(shí)的橫梁單元的剛度，此外，模型其他位置的橫向梁格單元的建設(shè)也要與頂板的剛度相同，虛擬的橫梁間隔為1.5m。如果斜度超過20°，就應(yīng)該在整體結(jié)構(gòu)具有主導(dǎo)作用的方向上設(shè)置相關(guān)構(gòu)件，并采用正交的網(wǎng)格分析。

3.3、有限元模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證Midas梁格法建模是否具有準(zhǔn)確性，通常采用將此項(xiàng)工程實(shí)例在受到成橋狀態(tài)恒載作用下的模型數(shù)據(jù)與實(shí)測應(yīng)力值進(jìn)行對比的方法，試驗(yàn)時(shí)選取a和b截面進(jìn)行測量截面變形（見圖1），成橋時(shí)為初始值，拆除支架7d后所測得的數(shù)據(jù)作為分析終值，進(jìn)而計(jì)算對比結(jié)果見表1，表2。

箱梁橫向位置/cm

230

500

600

700

960

模型數(shù)據(jù)/ ×10^-2mm

1439

1487

1502

1525

1543

實(shí)測值/×10^-2mm

1436

1463

1485

1512

1520

誤差/%

4.7

4.6

5.3

5.1

7.3

表1 箱梁 a—a 截面變形數(shù)值表

箱梁橫向位置/cm

230

500

600

700

960

模型數(shù)據(jù)/ ×10^-2mm

1672

1705

1735

1732

1753

實(shí)測值/×10^-2mm

1672

1681

1720

1731

1729

誤差/%

4.6

4.3

5.2

5.0

7.2

表2" 箱梁 b—b 截面變形數(shù)值表

由表1，表2可以看出，模型數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)相比最大誤差為7.3%，滿足工程的基本要求，因此可以證明Midas梁格法建立模型是準(zhǔn)確的。

3.4、縱向預(yù)應(yīng)力的張拉順序?qū)ωQ向位移產(chǎn)生的影響

數(shù)值模型中有交錯(cuò)張拉、單側(cè)張拉以及對張拉三種張拉順序，進(jìn)而研究腹板預(yù)應(yīng)力鋼束作用對于連續(xù)斜梁橋產(chǎn)生的影響后果。下圖中，圖①表示的是第一批張拉縱向預(yù)應(yīng)力的鋼束，圖②表示的是第二批張拉縱向預(yù)應(yīng)力的鋼束，圖③表示的則是第三批張拉縱向預(yù)應(yīng)力的鋼束，圖a）表示的是對稱的張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，表示的是靠近中性軸處的預(yù)應(yīng)力，圖4為交錯(cuò)張拉，圖5為單側(cè)張拉。

可以看出，不管是斜梁的對稱張拉、交錯(cuò)張拉、或是單側(cè)張拉方式，在受到斜交的作用的影響下，整個(gè)結(jié)構(gòu)都會處在彎、剪、扭三種同時(shí)受力的狀態(tài)：左、右腹板會出現(xiàn)明顯的豎向位移的偏差，箱梁也會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象，左、右腹板豎向位移的走向呈相反趨勢。這種現(xiàn)象表明：在張拉作用相同的情況下，張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋越靠近中性軸就能夠獲得越多的有效預(yù)應(yīng)力。為了更為有效的研究不同張拉順序?qū)ψ笥腋拱逶斐傻牟煌绊懶Ч?，通常的做法是依?jù)模型數(shù)據(jù)制作出三種不同張拉順序的全橋的扭轉(zhuǎn)角對比圖，通過對比圖的分析可以得出：在對稱的張拉作用狀態(tài)下，左右腹板在沿橋的縱向方向上的扭轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)相反的方向，中跨的中部部位也不會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象，且在邊跨的中部部分產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角的值最大;與對稱的張拉作用狀態(tài)相比，由交錯(cuò)張拉所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角在方向上沒有發(fā)生任何變化，而且數(shù)值也比對稱的張拉順序要小一些;而在單側(cè)張拉順序的情況下，橋梁的扭轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)的也是不對稱的分布情況，中跨中部處會出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)。

腹板處出現(xiàn)的位移圖，從圖中可以看出，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束在靠近中性軸的部位的張拉順序與從上至下的張拉順序而產(chǎn)生的豎向變形相比，其預(yù)應(yīng)力表現(xiàn)的更為平緩。

圖6不同對稱張拉順序下中腹板位移圖

四、結(jié)論

不管是斜梁的對稱張拉、交錯(cuò)張拉、或是單側(cè)張拉方式，在受到斜交的作用的影響下，整個(gè)結(jié)構(gòu)都會處在彎、剪、扭三種同時(shí)受力的狀態(tài)：左、右腹板會出現(xiàn)明顯的豎向位移的偏差，箱梁也會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象，左腹板豎向位移與右腹板豎向位移的走向呈相反趨勢。在選擇預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉順序時(shí)，最好使用交錯(cuò)張拉與對稱的張拉方式相結(jié)合或者只使用對稱張拉的方法，盡量避免單側(cè)張拉產(chǎn)生的不利影響。

五、結(jié)束語

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，橋梁工程已經(jīng)逐漸成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中十分重要的組成部分之一，橋梁建筑不僅會對交通運(yùn)輸產(chǎn)生有力作用，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有積極意義。所以，要想加快交通運(yùn)輸行業(yè)以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，就必須對預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行不斷地完善，除了不斷提高相關(guān)的施工工藝之外，還要不斷提高施工人員的專業(yè)技術(shù)水平，只有這樣才能緊跟時(shí)代的快速發(fā)展，運(yùn)用新技術(shù)、新工藝使得預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用在公路橋梁建設(shè)中可以得到更加充分的發(fā)揮，進(jìn)而提高公路橋梁的質(zhì)量。

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