楊秀榮,李 猛,姚絲思
(1.陜西省銅川市交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,陜西 銅川 727000;2.長安大學(xué)橋梁與隧道工程陜西省重點(diǎn)實(shí)驗室,陜西 西安 710064)
一次性合龍的長聯(lián)多跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁支座預(yù)偏量計算分析
楊秀榮1,李猛2,姚絲思2
(1.陜西省銅川市交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,陜西 銅川 727000;2.長安大學(xué)橋梁與隧道工程陜西省重點(diǎn)實(shí)驗室,陜西 西安 710064)
長聯(lián)多跨的連續(xù)剛構(gòu)橋梁,在溫度和混凝土收縮徐變影響下梁體會伸長或縮短,以致于支座會出現(xiàn)偏心受力。以沮河特大橋工程為依托,利用有限元分析軟件Midas Civil建立該橋模型,分析計算該橋采用一次性合龍的施工方案所產(chǎn)生在支座位移以及成橋階段考慮10 a收縮徐變和溫度變化下的支座位移,最后給出合理的支座預(yù)偏量。
長聯(lián)多跨;連續(xù)剛構(gòu)橋;一次性合龍;支座預(yù)偏量
支座縱向預(yù)偏量系指支座上板縱向偏離理論中心線的位置,它是由于混凝土梁體熱脹冷縮和混凝土收縮徐變引起的。
長聯(lián)多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁,因橋梁跨數(shù)多且聯(lián)長很長,施工工期很長,梁體在溫度、混凝土收縮徐變等因素影響下,會產(chǎn)生縱向變形,這樣就會導(dǎo)致橋墩活動支座的位移量、梁端伸縮量較大。為此,需在橋墩支座上座板與支座理論中心線間預(yù)設(shè)縱向偏移量,以抵消合龍后梁體產(chǎn)生的縱向位移,從而避免支座出現(xiàn)偏心受力。
沮河特大橋主橋上部為2×(62.5+4×115+62.5)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),三向預(yù)應(yīng)力體系。橋梁平面位于直線上,縱面位于0.63%的上坡(起點(diǎn)附近位于凹型豎曲線上),橋?qū)?2.0 m。箱梁采用單箱單室截面,頂板寬12.0 m,底板寬6.5 m,翼緣板懸臂長為2.75 m。箱梁根部梁高6.5 m,高跨比為1/17.7;跨中梁高2.8 m,高跨比為1/41.1;根部底板厚0.9 m,跨中底板厚0.32 m;梁高及底板厚度均按二次拋物線變化。箱梁0號塊頂板厚0.50 m,其余梁段厚0.28 m;0號塊腹板厚1.0 m,其余梁段腹板8號梁段及以前為0.60 m,11號梁段及以后為0.45 m,9號~10號梁段由0.60m按直線變化至0.45 m。橋面鋪裝層為10 cm厚的瀝青混凝土+8 cm厚C40混凝土(墩頂兩側(cè)各10 m范圍內(nèi)負(fù)彎矩區(qū)采用C40鋼纖維混凝土)。橋面橫坡為單向2%,箱梁頂面和底板平行,立面見圖1。
圖1 沮河特大橋(半跨)主橋立面示意圖
利用有限元分析軟件Midas Civil建立沮河特大橋模型,模型的橋墩和主梁采用梁單元,墩梁間采用彈性連接-剛性使墩梁固結(jié)??v向預(yù)應(yīng)力鋼束有446根。全橋共293個單元,307個節(jié)點(diǎn),見圖2。
圖2 沮河特大橋計算模型
3.1支座類型
沮河特大橋支座采用板式橡膠支座GJZF4 450× 750×107。支座立面布置見圖3。
圖3 沮河特大橋支座立面布置圖(單位:cm)
3.2支座位移分析計算
通常支座破壞主要是由支座受力不均,出現(xiàn)較大的偏心受力引起的。一般來說,連續(xù)剛構(gòu)橋支座如果沒有設(shè)置預(yù)偏量,隨著溫度、收縮徐變等作用會使支座處于偏心受力狀態(tài)。因此,設(shè)置支座預(yù)偏,改善支座偏心受力對于提高橋梁支座的耐久性有很大的作用,進(jìn)而減少更換支座的概率。
3.2.1施工階段支座位移(順橋向位移)
連續(xù)剛構(gòu)橋施工階段支座位移主要發(fā)生在合龍段澆筑到橋面鋪裝完成這一階段。根據(jù)連續(xù)剛構(gòu)橋相關(guān)分析和監(jiān)測結(jié)果表明:這一施工階段支座的位移主要受到合龍段澆筑、張拉,護(hù)欄和橋面鋪裝等荷載的影響。采用專業(yè)橋梁計算軟件Midas Civil建立全橋有限元模型,提取支座處節(jié)點(diǎn)在施工荷載作用下的順橋向各施工階段位移和累計位移(位移方向統(tǒng)一取小里程到大里程方向為正),見表1。
表1 支座節(jié)點(diǎn)施工階段順橋向位移 mm
3.2.2成橋階段支座位移(順橋向位移)
連續(xù)剛構(gòu)橋成橋階段,主要是橋梁結(jié)構(gòu)在長期收縮徐變作用和溫度荷載作用下發(fā)生的變形引起的邊跨支座順橋向位移。
沮河特大橋設(shè)計合龍溫度為10℃±3℃,根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件,選取整體溫升30℃,溫降30℃,所產(chǎn)生位移值來模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際工況。
同樣,采用Midas Civil提取支座處節(jié)點(diǎn)在橋梁整體溫度升高、降低、及收縮徐變作用下位移及最大組合位移,見表2、表3。
表2 支座節(jié)點(diǎn)成橋階段順橋向位移 mm
表3 支座節(jié)點(diǎn)順橋向累計位移之和 mm
通過建立全橋有限元模型,可提取到支座節(jié)點(diǎn)在施工階段和成橋階段的位移,施工荷載和收縮徐變產(chǎn)生的位移都是趨向于指向主墩方向;溫度升高時,結(jié)構(gòu)呈膨脹趨勢,支座位移方向背離主墩方向;溫度降低時,結(jié)構(gòu)呈收縮趨勢,支座位移方向指向主墩方向。
為了改善在各種荷載作用下造成的支座偏心受力,一般在安裝支座時對其設(shè)定一定的預(yù)偏量,以達(dá)到減小偏心距的目的,使得支座受力更加均衡,從而提高支座的耐久性。
支座預(yù)偏量可參考計算出施工階段和成橋階段累計位移值之和,但由于實(shí)際工程和理論計算存在差別,因此選取預(yù)偏設(shè)計值時還需要根據(jù)經(jīng)驗綜合考慮,選取一個中間值。由表3可知施工階段和成橋階段累計位移為21.42 cm,故支座預(yù)偏量取整可取為11 cm。
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U443.36
B
1009-7716(2016)03-0112-02
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.032
2015-10-20
楊秀榮(1968-),女,安徽穎上人,高級工程師,從事交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督工作。