大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度計(jì)算的優(yōu)化分析

邢禮榮 孫亞剛 匡虹橋 任潤(rùn)田 王 彬

(西安市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,陜西 西安 710068)

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度計(jì)算的優(yōu)化分析

邢禮榮 孫亞剛 匡虹橋 任潤(rùn)田 王 彬

(西安市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,陜西 西安 710068)

以紫陽(yáng)漢江特大橋主橋?yàn)槔?，分析了懸臂澆筑時(shí)預(yù)拱度需要考慮的因素與影響線形的誤差因素，通過(guò)對(duì)兩種施工預(yù)拱度的計(jì)算分析方法進(jìn)行對(duì)比分析，得出了優(yōu)化的施工預(yù)拱度計(jì)算方法。

連續(xù)剛構(gòu)橋，懸臂澆筑，預(yù)拱度，掛籃

0 引言

隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的提高，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種大跨度橋型，得到廣泛的應(yīng)用。為保證連續(xù)剛構(gòu)橋梁的成橋線形與設(shè)計(jì)很好的吻合，以及結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全，施工監(jiān)控受到越來(lái)越多的重視。預(yù)拱度值的計(jì)算是施工監(jiān)控工作的一項(xiàng)核心內(nèi)容，準(zhǔn)確的預(yù)拱度值對(duì)全橋的順利合龍和成橋后的線形有很重要的影響。本文結(jié)合紫陽(yáng)漢江特大橋，著重分析施工預(yù)拱度的計(jì)算分析方法。通過(guò)對(duì)比分析，優(yōu)化了施工預(yù)拱度中掛籃和濕重的分析方法。

1 工程概況

紫陽(yáng)漢江特大橋是包頭至茂名高速公路陜西境安康至陜川界段上的一座特大型橋梁，橋梁全長(zhǎng)為2 107.0 m，最大橋高109 m。主橋?yàn)?95+2×170+95)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，最大墩高72.4 m(51號(hào)墩)。主橋箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱單室截面，箱梁頂板寬12 m，底板寬6.5 m，腹板厚0.45 m，0.65 m，底板厚為0.3 m～1.0 m；箱梁根部梁高10.6 m，跨中梁高3.6 m。箱梁底曲線按1.8次拋物線變化，箱梁內(nèi)除0號(hào)塊和箱梁端部設(shè)橫隔板外，其余部位均不設(shè)橫隔板。橋面鋪裝為8 cm鋼筋混凝土和11 cm瀝青混凝土。頂板預(yù)應(yīng)力束、腹板、跨中底板預(yù)應(yīng)力束采用21Φs15.2鋼絞線，邊跨合龍預(yù)應(yīng)力束采用25Φs15.2，邊跨底板預(yù)應(yīng)力束采用19Φs15.2。主橋墩頂上的0號(hào)塊在托架上現(xiàn)澆，1號(hào)～22號(hào)梁段在掛籃上，懸臂澆筑。合龍順序采用先邊跨合龍?jiān)僦锌绾淆?。紫?yáng)漢江特大橋成橋后效果見(jiàn)圖1。

2 懸臂澆筑時(shí)預(yù)拱度需要考慮的因素與影響線形的誤差因素分析

連續(xù)剛構(gòu)預(yù)拱度分為施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度，設(shè)置施工預(yù)拱度主要是為了消除施工過(guò)程中各種荷載對(duì)成橋線形的影響，設(shè)置成橋預(yù)拱度主要是為了消除后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中后期收縮、徐變、后期預(yù)應(yīng)力損失及汽車荷載對(duì)橋面線形的影響。

采用掛籃懸臂澆筑的連續(xù)剛構(gòu)橋在設(shè)置施工預(yù)拱度時(shí)一般應(yīng)考慮表1所列因素的影響。

表1 連續(xù)剛構(gòu)橋施工預(yù)拱度的主要影響因素

根據(jù)已建成橋梁的監(jiān)控分析，影響懸臂澆筑剛構(gòu)橋線形的主要因素包括：施工預(yù)拱度計(jì)算分析誤差、測(cè)量的誤差、掛籃變形值的誤差。

施工預(yù)拱度值的計(jì)算是通過(guò)模型計(jì)算分析，采用不同的計(jì)算軟件，分析的計(jì)算結(jié)果有一定的差異。即使采用同一個(gè)軟件進(jìn)行分析，由于采用不同的計(jì)算分析過(guò)程，計(jì)算結(jié)果也會(huì)有較大的差異。因此采用正確的計(jì)算分析方法成為施工預(yù)拱度計(jì)算準(zhǔn)確的重要因素，本文將進(jìn)行重點(diǎn)研究分析。

3 掛籃與濕重對(duì)預(yù)拱度值的誤差影響分析及優(yōu)化方法

以往對(duì)掛籃分析，都是采取在每一施工階段激活掛籃、濕重荷載，然后在下一階段鈍化掛籃、濕重荷載進(jìn)行分析。該種分析方法在進(jìn)行模型計(jì)算時(shí)，有一個(gè)與實(shí)際結(jié)構(gòu)變形不一致的地方。為說(shuō)明此問(wèn)題，以懸臂澆筑15號(hào)塊為例，進(jìn)行詳細(xì)分析。

目前，常用的懸臂澆筑時(shí)的計(jì)算圖示如圖2所示。

計(jì)算公式如下：

式中：G，S——掛籃自重和梁段濕重; gi,si——掛籃自重和梁段濕重作用在掛籃前支點(diǎn)產(chǎn)生的對(duì)主梁的作用力;

lg,ls——掛籃和在掛籃上澆筑梁段的中心至掛籃前支點(diǎn)的距離;

L——掛籃前支點(diǎn)至后錨點(diǎn)的距離。

為了解決上述問(wèn)題，求得準(zhǔn)確的施工預(yù)拱度，在進(jìn)行預(yù)拱度有限元階段分析時(shí)，可簡(jiǎn)化掛籃與濕重激活鈍化的模擬過(guò)程。即一個(gè)施工階段過(guò)程為：激活單元、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束兩個(gè)步驟，如此循環(huán)直至懸臂澆筑至最大懸臂段，但為了考慮掛籃對(duì)撓度的不利影響，在最大懸臂端結(jié)構(gòu)合龍前加上掛籃自重作用力。

4 紫陽(yáng)漢江特大橋施工預(yù)拱度計(jì)算

應(yīng)用以上兩種計(jì)算分析方法，基于相同的技術(shù)參數(shù)及材料性能對(duì)紫陽(yáng)漢江特大橋進(jìn)行對(duì)比分析。

橋梁結(jié)構(gòu)分析采用MIDAS/CIVIL建模分析，模擬橋梁懸臂澆筑施工。3個(gè)T構(gòu)墩梁固結(jié)，對(duì)稱懸澆至最大懸臂，先邊跨合龍，最后中跨同時(shí)合龍。全橋共分270個(gè)單元，其中1～168為主梁?jiǎn)卧?69～270為主墩單元。計(jì)算模型如圖3所示。

采用在每一施工階段激活掛籃、濕重荷載，然后在下一階段鈍化掛籃、濕重荷載進(jìn)行分析，施工預(yù)拱度計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

在進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置階段分析時(shí)，不考慮掛籃與濕重的激活鈍化過(guò)程。但為了考慮掛籃的不利影響，在最大懸臂端加上掛籃自重作用力分析時(shí)，施工預(yù)拱度計(jì)算的結(jié)果如圖5所示。

優(yōu)化后分析方法得出的施工預(yù)拱度減去優(yōu)化前分析方法得出的施工預(yù)拱度對(duì)比分析如圖6所示。

通過(guò)對(duì)比和分析，優(yōu)化前分析方法最大施工預(yù)拱度值為4.8 cm，而使用優(yōu)化后的分析方法，最大施工預(yù)拱度為12.8 cm，相差了8 cm；而且在最后合龍段同一節(jié)點(diǎn)施工預(yù)拱度值相差12 cm；其他各節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化前的分析方法計(jì)算出的施工預(yù)拱度值普遍比優(yōu)化后的分析方法小，而且隨著懸臂長(zhǎng)度的增大，差值也在增加，詳細(xì)情況如圖6所示。

實(shí)際施工控制過(guò)程印證了優(yōu)化后的計(jì)算方法的正確性，紫陽(yáng)漢江特大橋于2010年12月主橋順利合龍，線形優(yōu)美，如圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文得出以下結(jié)論：以紫陽(yáng)漢江特大橋?yàn)槔ㄟ^(guò)對(duì)兩種施工預(yù)拱度的計(jì)算分析方法進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合施工過(guò)程結(jié)構(gòu)實(shí)際的變形情況，得出了優(yōu)化的施工預(yù)拱度計(jì)算方法從而計(jì)算出更加準(zhǔn)確的施工預(yù)拱度值，對(duì)該橋的順利合龍和合龍后的優(yōu)美線形起到了一定的積極作用。

[1] 牛和恩.虎門大橋工程(第3冊(cè))[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2] 徐君蘭,項(xiàng)海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4] 馬保林,李子青.高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5] 劉剛亮,王中文.虎門大橋輔航道270 m連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工控制[J].橋梁建設(shè),2001(9)：11-17.

Optimization analysis of the construction precamber for long-span PC continuous rigid frame bridges

Xing Lirong Sun Yagang Kuang Hongqiao Ren Runtian Wang Bin

(Xi’anMunicipalDesignInstituteCo.,Ltd，Xi’an710068,China)

Taking Ziyang Hanjiang bridge as an example, this paper analyzes the precamber when the cantilever casting factors to be considered and the error factors of linear. Through the comparison of the two kinds of calculation and analysis method of prearch degree, the method of optimizing the construction precamber is obtained.

continuous rigid frame bridges, cost-in-cantilever, precamber, hanging basket

1009-6825(2015)32-0153-03

2015-09-06

邢禮榮(1983- )，男，工程師

U445

A