不同張拉順序對斜梁橋豎向位移影響分析

于廣龍 賈艷敏

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

不同張拉順序對斜梁橋豎向位移影響分析

于廣龍 賈艷敏

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以某三跨預應力混凝土連續(xù)斜交箱梁橋為依托，利用有限元軟件Midas/civil建立了縱向預應力對稱張拉、交錯張拉和單側張拉等不同張拉順序模型，分析了各工況下箱梁左右腹板豎向位移的改變情況，得出了在施工階段不同張拉順序對三跨預應力混凝土連續(xù)箱梁橋豎向位移的影響規(guī)律。

斜梁橋，預應力，張拉順序，豎向位移

0 引言

隨著我國交通運輸業(yè)蓬勃發(fā)展，受線路線形等條件的要求，斜梁橋被廣泛應用。其中箱形截面以其抗彎抗扭剛度大、穩(wěn)定性好、抗震能力強等優(yōu)點而受到人們的青睞[1]。在橋梁施工中的預應力張拉順序是影響結構承載性能的重要因素，采用不同的鋼束張拉順序，預應力效應對梁體的變形將產生較大的影響[2]，在實際施工過程中，支架的設計及其梁體預拱度的設置，都要充分考慮此部分的影響。結合某三跨預應力混凝土連續(xù)斜交箱梁橋的施工程序，利用Midas/civil軟件進行仿真模擬,分析比較在不同的張拉順序下預應力混凝土連續(xù)斜交箱梁的豎向位移變化規(guī)律,從而確定出預應力鋼筋合理的張拉順序。

1 工程概況

試驗橋知行橋為預應力混凝土A型連續(xù)斜支撐梁，橋梁跨徑組合為17.5 m+32 m+16 m。橋梁兩端斜度不等，一端斜度為30°、另一端斜度為15°，屬于異形斜梁橋。橋梁橫斷面結構形式為單箱雙室，箱梁頂板寬12 m，底板寬7.5 m，梁高1.45 m。箱梁梁體混凝土采用C50混凝土，預應力鋼絞線采用標準抗拉強度為1 860 MPa的鋼絞線，預應力施工技術為后張法施工技術。梁體布置縱向預應力鋼絞線9束，兩中橫梁處分別布置橫向預應力鋼絞線8束、負彎矩預應力鋼筋24束。橋梁設計荷載等級：公路Ⅱ級。全橋總體布置見圖1，箱梁橫截面及縱向預應力鋼筋布置見圖2。

2 有限元分析

2.1 有限元分析基本方法

相比較正橋而言，斜梁橋的結構更加復雜，建立本橋有限元模型采用剪力—柔性梁格法，其基本原理[3]是當梁格節(jié)點與結構重合的點承受相同轉角和撓度時，由梁格產生的內力局部靜力等效于結構的內力。這種方法的實質是將傳統(tǒng)的一維桿單元計算模式轉化為二維計算模型，用一個二維的空間網格來模擬結構的受力特性，通過對斜梁橋結構進行合理的網格劃分，將斜梁橋結構離散，使得離散后的有限單元體整體的受力特性能夠與斜梁橋的實際受力相吻合。

2.2 有限元模型建立

基于Midas/civil軟件平臺，建立一端斜度為30°，另一端斜度為15°的預應力混凝土三跨連續(xù)梁有限元空間實體模型?，F澆箱梁及鋪裝層采用C50混凝土，其彈性模量Ec=3.45×104MPa。預應力采用后張法，兩端同時張拉。對管道間和預應力鋼筋的參數標定結合現場試驗的結果,摩阻系數取μ=0.25,每米管道偏差系數取為k=0.001 5。上部結構為單箱雙室，劃分為橫向梁格單元和縱向梁格單元。按照主梁劃分原則，在每個箱梁的中軸位置，縱梁梁格單元要設置一根縱梁，軟件會根據輸入的尺寸來計算縱向之剛度。橫向梁格單元作為縱向梁格之間的連接，需要按照實際的原始結構來進行建模，橫隔梁要依照實際位置建模，以仿真實際的橫梁單元剛度，除此之外的其他位置要設置和實際的頂板剛度相同的虛擬橫向梁格單元，虛擬橫梁沒有重量，間隔為1.5 m。當斜度大于20°時，需要在結構主導作用方向設置構件，采用正交的網格進行分析[4]。本橋斜交15°(0號臺斜交30°)，可以采用斜交網格來分析[5，6]，第一跨布置為斜度從30°～15°過渡，模型如圖3所示。

2.3 模型試驗驗證

為驗證Midas梁格法建模的精確性，對本文工程實例在成橋狀態(tài)恒載作用下模型數據與實測應力值進行對比，試驗時選取a和b截面進行測量截面變形(見圖1)，成橋時為初始值(滿堂支架為拆)，拆除支架7 d后所測數據為分析終值，計算對比結果見表1,表2。

由表1,表2得，模型數據與實測數據較為吻合，最大誤差為7.2%，滿足工程要求，由此可以驗證Midas梁格法建立模型是可靠的。

表1 箱梁a—a截面變形數值表

表2 箱梁b—b截面變形數值表

2.4 縱向預應力鋼筋張拉順序對豎向位移影響分析

在數值模型中編排了三種張拉順序，即交錯張拉、單側張拉以及對稱張拉，其目的是檢測腹板預應力鋼束作用于連續(xù)斜梁橋的影響。如圖4～圖6所示，圖中①表示第一批同時張拉的縱向預應力鋼束，②表示第二批同時張拉的縱向預應力鋼束，③表示第三批同時張拉的縱向預應力鋼束，圖4a)為從上到下對稱張拉預應力鋼筋，圖4b)為先張拉靠近中性軸預應力，再張拉兩側鋼筋，遵循左右對稱原則，圖5為交錯張拉，圖6為單側張拉。繪制了各張拉順序下張拉①號預應力鋼筋束對豎向位移的影響曲線圖，如圖7所示。

從圖7中可以得出，無論是對稱張拉、交錯張拉、還是單側張拉，由于斜交的影響，結構都處于明顯的彎—剪—扭復合受力狀態(tài)：左、右腹板存在著明顯的豎向位移差，箱梁扭轉變形明顯，左右腹板變形后并不是位于同一個平面上，其彎曲曲率是不同的。斜交箱梁在對稱張拉順序下，除支點和跨中截面以外，其余截面左右腹板豎向位移各不相同，且左腹板豎向位移曲線與右腹板豎向位移曲線呈反對稱。圖7a)與圖7b)不同之處在于，圖7b)張拉預應力鋼筋更靠近中性軸，與自重工況相比圖7a)工況下產生最大豎向位移為0.85 mm、圖7b)工況下產生的最大豎向位移為1.28 mm，說明在張拉力相同的情況下，張拉預應力鋼筋越靠近中性軸越能獲得更多的有效預應力。交錯張拉產生的最大位移為1.08 mm，跨中產生微小扭轉變形。當單側張拉時，將其與前面的對稱張拉、交錯張拉對比其特點是結構變形不具有反對稱性，跨中截面產生較大的扭轉變形，邊跨部分截面位置的撓度比其他三個工況的還要大，左腹板較自重荷載下的位移曲線產生向上的位移，跨中位移數值大小為0.69 mm，比前三種工況最大位移都小。

為進一步分析不同張拉順序對左右腹板的影響，根據模型數據繪制三種張拉順序下全橋扭轉角對比圖如圖8所示，從圖8中可知：對稱張拉順序下，沿橋縱向方向扭轉角呈反向對稱，在中跨跨中處沒有扭轉變形，在邊跨跨中處產生的扭轉角為最大值；交錯張拉順序與對稱張拉順序下產生的扭轉角相比，在方向上沒有變化，在數值上較對稱張拉順序小，但在中跨跨中位置產生了微小的扭轉變形；在單側張拉順序下，全橋扭轉角明顯不呈對稱分布，中跨的跨中也產生了明顯的扭轉變形，三跨連續(xù)梁的一端扭轉變形較另一端要大。

在對稱張拉的兩種張拉順序下，圖9為這兩個張拉順序下張拉縱向預應力鋼筋斜梁橋中腹板產生的位移圖，從圖9可知，縱向預應力鋼束先張拉靠近中性軸的張拉次序較正常的從上至下的張拉順序產生的豎向變形更加均勻和平緩。

3 結語

1)無論是對稱張拉、交錯張拉、還是單側張拉，由于斜交的影響，結構都處于明顯的彎—剪—扭復合受力狀態(tài)：左、右腹板存在著明顯的豎向位移差，箱梁扭轉變形明顯，左腹板豎向位移曲線與右腹板豎向位移曲線呈反對稱。

2)對于預應力混凝土連續(xù)斜交箱梁橋當決定預應力鋼束張拉的順序時，應該使用交錯張拉與對稱張拉相組合或者對稱張拉的方式，并應該避免單側張拉。

3)縱向預應力鋼束先張拉靠近中性軸的張拉次序較正常的從上至下的張拉順序產生的豎向變形更加均勻和平緩。

[1] 于廣龍,唐軍斌,李金龍,等.彎扭剛度比與斜度對斜交橋影響分析[J].低溫建筑技術,2013(1)：56.

[2] 于廣龍.連續(xù)斜交梁橋豎向位移及內力的影響因素分析[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學碩士論文，2013.

[3] 竇 巍.梁格法在斜梁橋設計中的應用[J].山西建筑，2010，36(34)：337-338.

[4] Kenneth M.Leet,Chia-Ming Uang.Fundamentals of Structural Analysis[M].eiking:Waterub Press,2006:73-85.

[5] 于會超.某鐵路橋預應力筋張拉時箱梁計算和滿堂支架驗算分析[D].天津：天津大學碩士論文，2010.

[6] 魏利軍.基于梁格法的曲線箱梁橋彎扭耦合效應研究[D].西安：長安大學碩士論文，2011.

Analysisoftensionsequenceonverticaldisplacementofskewgirderbridges

YUGuang-longJIAYan-min

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Based on a skew box girder continuous bridge, this essay utilizes the Midas/civil finite element software to establish the longitudinal prestressing symmetrical tension, stagger tension and unilateral tension of different tension sequence of tensioning scheme model, analyzed the change of box beam web under the condition of left and right vertical displacement by changing the tension sequence. It is concluded that different tensioning sequence in construction stage in three spans prestressed concrete continuous box girder bridge, the influence law of vertical displacement.

skew girder bridge, prestressed, tension sequence, vertical displacement

1009-6825(2014)33-0167-03

2014-09-17

于廣龍(1989- )，男，碩士，助理工程師； 賈艷敏(1962- )，女，博士，博士生導師，教授

U448.213

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