大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學分析研究

張華萍，黎淑麗

(江西省高速公路投資集團有限責任公司泰和管理中心，江西 吉安 343700)

大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學分析研究

張華萍，黎淑麗

(江西省高速公路投資集團有限責任公司泰和管理中心，江西 吉安 343700)

通過研究大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學模型，為橋梁設計和施工提供指導，大跨度斜拉橋通常情況下受彎構(gòu)件最大應力的影響，導致荷載預應力出現(xiàn)撓度回彈，降低的橋的承重能力。對彈性荷載力學分析，通過對大跨度斜拉橋的鋼筋表面的應變構(gòu)件進行優(yōu)化設計，提高預應力和橋梁的承載力，仿真實驗進行了性能測試，采用該設計方法進行大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大。

大跨度斜拉橋；施工；橋梁；荷載

1 問題描述了結(jié)構(gòu)分析

大跨度斜拉橋由許多直接連接到塔上的鋼纜吊起橋面實現(xiàn)荷載承重，大跨度斜拉橋有A型、倒Y型、H型，強彈性荷載作用下，準確估計大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力，預測大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移，進行施工設計，進行了大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力估計研究主要采用的是離散型線性估計方法，進行單元彈塑性狀態(tài)下的曲線擬合，通常情況下大跨度斜拉橋受彎構(gòu)件最大應力的影響，結(jié)構(gòu)抗拉的強度出現(xiàn)在構(gòu)件的邊緣，為了提高受彎構(gòu)件的承載力及防止構(gòu)件邊緣過早出現(xiàn)裂縫，可在受拉區(qū)施加預應力。但是，預應力并不是想加多大就加多大，當預應力加到一定程度后，構(gòu)件的承載力主要由混凝土抗壓強度決定，這時加再大的預應力也提高不了構(gòu)件的承載力了，因為只要受壓區(qū)混凝土壓碎構(gòu)件就破壞了。根據(jù)區(qū)域約束混凝土理論，在需要的區(qū)域配置約束箍筋，對混凝土進行約束，使其處于三向受壓狀態(tài)，這樣可提高混凝土的抗壓強度?；?Euler-Bernoulli 梁理論，橋承受的主要荷載并非它上面的汽車或者火車，而是其自重，那么在梁受壓區(qū)配置約束箍筋，則可以很大的提高預應力混凝土梁的承載力。斜拉索塔柱的彈性力學荷載分布如圖1所示。

圖1 斜拉索塔柱的彈性力學荷載分布

2 斜拉橋的彈性荷載力學模型構(gòu)建

在受拉區(qū)布置約束箍筋則可以防止混凝土在施加預應力階段因過大的預應力壓壞。如果在受拉區(qū)加的預應力過大，混凝土發(fā)生徐變后，經(jīng)常出現(xiàn)矮梁反拱過大、梁發(fā)生側(cè)移、剛構(gòu)橋中的立柱開裂等問題，工程質(zhì)量不宜保證。在受壓區(qū)也施加一定預應力就可以減少反拱變形過大等問題，在此基礎上進行斜拉橋的彈性荷載力學模型構(gòu)建，根據(jù)《斜拉橋預應力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對采用鋼絞線作無粘結(jié)預應力筋的受彎構(gòu)件，在進行正截面承載力計算時，無粘結(jié)預應力筋的應力設計值σpu宜按下列公式計算

σpu=σpc+Δσp

(1)

此時，大跨度斜拉橋應力設計值σpu尚應符合下列條件

σpu≤σpu≤fpy

(2)

其中，ε0綜合配筋指標不宜大于0.4。根據(jù)Lagrange 線性插值約束混凝土理論，大跨度斜拉橋梁約束區(qū)域內(nèi)混凝土約束后強度取值為

fce=(1+f)fc

(3)

(4)

在整體坐標系和局部坐標系變換下，大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)力學分析模型可以通過結(jié)構(gòu)屈服機制，求出受壓區(qū)高度x，代入下式

(5)

在上述分析和模型構(gòu)建的基礎上，需要進一步分析強彈性荷載作用下的大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力離散估計模型，在進行力學分析和推覆側(cè)向承載分析之前，需要設定大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本尺寸分析，由此實現(xiàn)了斜拉橋的彈性荷載力學模型構(gòu)建。

3 實驗分析與結(jié)果

在上述模型構(gòu)建的基礎上，進行實驗分析，進行大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學加載，當加載到179kN后，NCCb試件撓度增加很快，垂直裂縫寬度越來越大，受壓區(qū)漸漸出現(xiàn)縱向裂縫，保護層混凝土開始脫落。一直加到219kN后，受拉鋼筋屈服，受壓鋼筋壓曲，純彎區(qū)混凝土大塊脫落，荷載無法再繼續(xù)增加，通過上述實驗方法，得到斜拉橋受拉區(qū)的各個構(gòu)件的彈性荷載力學分析結(jié)果見表1。斜拉橋的承載力計算值與試驗值對比結(jié)果見表2。

表1 彈性荷載力學分析結(jié)果

表2 承載力計算值與試驗值對比

從上述結(jié)果可見，承載力的張拉順序(先受壓區(qū)后受拉區(qū))為：受壓區(qū)：0→0.15σcon(初應力)→σcon持荷5 min→錨固。受拉區(qū)：0→0.15σcon(初應力)→1.05σcon(超張拉)→持荷5 min→錨固。

可見，采用本文方法進行大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學分析，指導大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大，具有較好的應用價值。

4 結(jié) 語

通過研究大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學模型，為橋梁設計和施工提供指導，大跨度斜拉橋通常情況下受彎構(gòu)件最大應力的影響，導致荷載預應力出現(xiàn)撓度回彈，降低的橋的承重能力。對彈性荷載力學分析，通過對大跨度斜拉橋的鋼筋表面的應變構(gòu)件進行優(yōu)化設計，提高預應力和橋梁的承載力，仿真實驗進行了性能測試，采用該設計方法進行大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大。

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The analysis and research on elastic load mechanics of long-span bridge construction

ZHANG Hua-ping,LI Shu-li

(Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Co.,Ltd.,Econtrol Center of Taihe,Ji′an,Jiangxi 343700,China)

By the elastic load mechanics model of large-span cable-stayed bridge construction, guidance are provided for the design and construction of the bridge, usually, due to the impact of flexural member’s maximum stress in long-span cable-stayed bridge, it is found that rebound of prestressed load deflection occurs, the load-bearing capacity of the bridge Reduces. Elastic Load mechanical analysis, through the strain member in steel surface of long-span cable-stayed bridge to optimize the design, improves the bearing capacity of prestressed bridge, simultaneously, performance was tested by simulation experiment.using this design method of long-span Bridge Construction ,the long-span cable-stayed bridge load was improved, and bearing capacity of members increases.

large span cable-stayed bridge; construction;bridge; load

2015-12-25

張華萍(1979-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，工程師，研究方向：公路與橋梁。

U445 文獻標識碼：C 文章編號：1008-3383(2016)02-0074-02