大跨度懸澆拱橋合理施工索力求解方法研究

歐陽常偉，彭 鵬

(1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南 長沙 414600；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530000)

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大跨度懸澆拱橋合理施工索力求解方法研究

歐陽常偉1，彭 鵬2

(1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南 長沙 414600；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530000)

通過對懸臂澆筑鋼筋混凝土拱橋施工過程的模擬，建立有限元計(jì)算模型，針對懸澆重量大的鋼筋混凝土拱橋提出了“一張控制線形，二張控制應(yīng)力”的合理施工索力求解方法，并以某高速公路上一懸澆拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用該法對施工索力進(jìn)行正裝計(jì)算。結(jié)果表明，采用該法求得的索力使得主拱圈截面應(yīng)力控制在+1.83MPa以內(nèi)，保證了主拱圈施工過程的安全，為同類型拱橋合理施工索力求解提供了參考。

懸臂澆筑；合理施工索力；零位移；應(yīng)力平衡

1 概 述

采用懸臂澆筑法施工的橋梁，因?yàn)椴恍枰涞刂Ъ?，在施工過程中不受地形條件的影響，促進(jìn)了橋梁向更大跨徑發(fā)展。拱橋的懸臂施工由斜拉扣掛系統(tǒng)和掛籃系統(tǒng)構(gòu)成，其中斜拉扣掛系統(tǒng)主要包括扣索、錨索、扣塔及后錨系統(tǒng)。鋼筋混凝土作為主拱圈的主要材料，其受拉性能較差，因而合理的施工索力對主拱圈施工過程的安全性尤為重要。國內(nèi)外學(xué)者在拱橋斜拉扣索合理扣索力的計(jì)算方面做了大量的研究，主要有：鄭皆連院士提出了力矩平衡法確定施工索力；周水興等提出采用零彎矩法；周漢東等提出采用的零位移法；沈成武等人提出了逆分析法。上述方法大都針對鋼管混凝土、鋼箱及懸拼施工的鋼筋混凝土拱橋而言，針對懸臂澆筑施工的鋼筋混凝土拱橋并不完全適用。此外，隨著跨徑的增大，主拱圈截面剛度增大，澆筑節(jié)段重量的增加會導(dǎo)致掛籃重量增大，其移動前后對主拱圈內(nèi)力影響不可忽略，采用一次張拉思想難以控制主拱圈應(yīng)力。本文通過對懸臂澆筑鋼筋混凝土拱橋施工過程的模擬，提出同一施工節(jié)段二次張拉的思想，即掛籃移動前扣錨索一次張拉，移動后對扣錨索補(bǔ)張拉，以“一張索力控制線形，二張索力控制應(yīng)力”為原則，保證了主拱圈在施工過程中的安全。

2 計(jì)算原則

(1)一張索力控制線形，主要采用“零位移法”確定，零位移法求解索力的基本思路是在正裝分析過程中，假設(shè)在扣索的扣點(diǎn)位置處設(shè)置豎向支座，在施工過程中支座處的豎向位移為零，利用在節(jié)點(diǎn)處的受力平衡，以此為基礎(chǔ)求解扣索的索力。在實(shí)際正裝計(jì)算中，可通過有限元模型試算，控制主拱圈澆筑梁段至設(shè)計(jì)標(biāo)高即可。

(2)二張索力控制應(yīng)力，采用應(yīng)力平衡法，以控制主拱圈應(yīng)力為主，使得主拱圈頂?shù)装鍛?yīng)力控制在材料規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，保證施工安全。

(3)錨索索力以控制扣塔偏位為“0”為原則，保證扣塔水平方向受力平衡。采用掛籃懸澆的拱橋由于后澆梁段的重量全部由已澆梁段及扣索承受，其增加索力傳遞到扣塔上使得扣塔有一個(gè)偏向拱圈的水平位移，為了保證扣塔的安全，前一節(jié)段扣錨索張拉以后適當(dāng)增大錨索索力，先使得扣塔產(chǎn)生一個(gè)背向拱圈的水平位移，以使得后續(xù)梁段澆筑后的扣塔偏位不至于過大，避免扣塔底部產(chǎn)生過大的彎矩，保證施工安全?？坼^索補(bǔ)張拉后的主拱圈線形變化可通過事先設(shè)置的施工預(yù)拱度保證成橋后達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3 工程實(shí)例

某高速公路上一懸澆拱橋，凈跨180 m,其主拱圈為鋼筋混凝土等高截面懸鏈線箱型拱，凈矢跨比1/5.625，拱軸系數(shù)m=1.988，采用懸臂澆筑施工。拱箱為單箱雙室結(jié)構(gòu)，高3.3 m，寬7.5 m。每幅拱箱分29個(gè)節(jié)段施工懸澆節(jié)段，最大長度7.647 m(拱軸線長度)，最大重量約221.5 t，懸澆重量大，掛籃自重大。

該橋以控制扣塔偏位在3 cm以內(nèi)為原則，在施工過程中嚴(yán)格控制索力，取得了良好效果。在上述索力下，主拱圈控制截面在各工況下最大頂?shù)装鍛?yīng)力結(jié)果及扣塔偏位分別如下圖1、圖2所示。

從上圖1和圖2可以看出：

隨著施工階段進(jìn)行，主拱圈各截面最大拉應(yīng)力為+1.72 MPa，小于規(guī)范允許的C50混凝土+1.83 MPa，在上述施工索力下，保證了施工過程中主拱圈的安全；

圖1 最大應(yīng)力結(jié)果圖(MPa)

圖2 扣塔偏位結(jié)果圖(mm)

由圖2可知，扣塔偏位在上述施工索力下均控制在3 cm以內(nèi)，保證了施工過程中扣塔的安全；

在施工過程中，扣塔偏位處于變化之中，在拱橋節(jié)段澆筑后，扣塔偏位變化值約達(dá)5 cm，為使?jié)仓罂鬯徊恢劣谶^大，可在扣錨索二次張拉后預(yù)先使扣塔向錨索側(cè)偏2～3 cm。

4 結(jié) 論

對于大跨度的懸澆拱橋，由于懸澆節(jié)段重量大，掛籃自重大，其移動前后對主拱圈內(nèi)力的影響不可忽略，采用“一張控制線形，二張控制應(yīng)力”的二次張拉思想是可行的；該方法為同類型拱橋合理施工索力求解提供了一定參考價(jià)值。

[1] 鄭皆連．特大跨徑RC拱橋懸拉合龍技術(shù)的探討[J]．中國公路學(xué)報(bào)，1999，(12)，42-49.

[2] 周水興，江禮忠，曾忠等．拱橋節(jié)段施工斜拉扣掛索力仿真計(jì)算研究[J]．重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，19(3)：8-12.

2016-04-12

歐陽常偉(1990-)，男，湖南郴州人，碩士研究生，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)分析與工程控制。

U442

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1008-3383(2016)08-0072-01