大跨度連續(xù)梁橋設(shè)計與施工控制

楊 鑫

(1.北京交通大學(xué)土建學(xué)院;2.沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司)

0 前 言

隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系近些年來得到迅速發(fā)展，在鐵路、公路和市政橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋廣泛采用懸臂澆注方法施工。橋梁施工體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多，結(jié)構(gòu)在施工期內(nèi)會產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)力與位移變化。為確保施工質(zhì)量與安全，設(shè)計與施工要求高度協(xié)調(diào)，對橋梁進(jìn)行施工過程中的仿真模擬分析，并對橋梁的線形和內(nèi)力進(jìn)行分析，確保成橋時橋梁的線形和內(nèi)力符合設(shè)計要求。

1 工程背景

沈陽四環(huán)跨沈西編組站特大橋主橋為56 m +92 m +92 m+92 m +56 m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用懸臂現(xiàn)澆法施工。箱梁采用C50混凝土，采用單箱單室斷面。箱梁頂寬13.1 m，底寬為8.1 m，兩側(cè)懸臂翼緣板寬2.5 m，根部梁高5.8 m，跨中及邊跨梁高2.9 m，梁高按圓曲線變化。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

2 計算模型

采用Midas/Civi 空間梁單元建立結(jié)構(gòu)仿真分析模型，按照箱梁截面變化及施工節(jié)段情況，全橋共劃分138 個梁單元，139 個節(jié)點。4 個主墩墩頂合攏前設(shè)置臨時固定支座成為靜定T 構(gòu)，合攏后12 號墩頂為固定支座，10 號、11 號、13號、14 號墩為活動鉸支座。

3 靜力分析

依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62－2004)，按照全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)對橋梁施工階段及運營階段的受力情況進(jìn)行了詳細(xì)計算，配置了縱向預(yù)應(yīng)力束。根據(jù)斜截面強度及箱形截面的環(huán)框受力分析和計算，腹板配置了豎向預(yù)應(yīng)力束，橋面板配置了橫向預(yù)應(yīng)力，并合理的配置了梁體的普通鋼筋。箱梁的主要設(shè)計指標(biāo)見表1。

表1 箱梁的主要設(shè)計指標(biāo)

4 施工控制

4.1 立模標(biāo)高的確定

立模高程一般設(shè)置一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種(豎向撓度)。其計算公式為

Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgl

式中:Hlmi為i 階段立模標(biāo)高;Hsji為i 階段設(shè)計標(biāo)高;∑f1i為由本階段及后續(xù)施工階段梁段自重在階段產(chǎn)生的撓度總和;∑f2i為由張拉本階段及后續(xù)施工階預(yù)應(yīng)力在階段引起的撓度;f3i為混凝土收縮、徐變在i 階段引起的撓度;f4i為施工臨時荷載在i 階段引起的撓度;f5i為取使用荷載在i 階段引起的撓度的50%;fgl為支架變形值。

4.2 預(yù)拱度的計算

成橋狀態(tài)設(shè)計線形為考慮3年收縮徐變后的成橋線形，掛籃變形產(chǎn)生的撓度通過掛籃加載試驗來獲得。根據(jù)上述計算公式和監(jiān)控分析，可以計算出各梁段的預(yù)拱度(相對設(shè)計高程)，如圖1 所示。

圖1 預(yù)拱度計算值

4.3 應(yīng)力監(jiān)測

在節(jié)段混凝土澆筑過程中，對主梁應(yīng)力實時監(jiān)控，確保工程的施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全。以左幅19 號塊截面應(yīng)力測試結(jié)果為例，見表2。

各主梁段應(yīng)力實測值與與理論值基本相符，除個別點外差值均在15%以內(nèi)，滿足施工監(jiān)控的一般要求。

表2 19 號塊截面頂?shù)装鍖崪y應(yīng)力與理論計算值比較

續(xù)表2

5 動力分析

利用Midas/Civi 對該橋進(jìn)行空間動力特性分析，計算出理論值與該橋的脈動試驗的各階理論頻率與振型的實測值進(jìn)行對比，見表3。該箱梁一階豎向振動實測頻率與理論頻率的比值為1.258，說明該橋箱梁整體性及剛度較好，結(jié)構(gòu)的阻尼比在正常范圍內(nèi)。

表3 實測各階頻率與理論計算頻率對比

6 結(jié) 語

(1)實測結(jié)果與理論數(shù)據(jù)吻合良好，各施工階段應(yīng)力、變形滿足施工控制要求，成橋主梁標(biāo)高實測值與計算值基本吻合，各階段截面實測應(yīng)力與計算應(yīng)力偏差較小，且變化規(guī)律與計算相吻合。成橋線形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足設(shè)計及規(guī)范要求，達(dá)到了施工控制的目的。

(2)該橋竣工后，經(jīng)現(xiàn)場靜動載實驗，各項指標(biāo)與設(shè)計數(shù)據(jù)基本吻合。目前沈陽四環(huán)路已全線通車，該橋運營情況良好。

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