砼橋面板存梁時間對鋼混疊合梁受力影響分析

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

砼橋面板存梁時間對鋼混疊合梁受力影響分析

潘永兵

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

基于某鋼混疊合梁斜拉橋，通過有限元軟件對全橋施工階段進行建模計算，分析該斜拉橋鋼混疊合梁段預(yù)制橋面板存梁時間與混凝土橋面板以及鋼主梁之間的受力關(guān)系，得到了存梁時間對疊合梁橋面板、鋼主梁受力分配的影響。分析結(jié)果顯示：存梁的時間越長，鋼主梁壓應(yīng)力降低，混凝土橋面壓應(yīng)力越大，對避免橋面板開裂或裂縫發(fā)展是有利的，綜合考慮存梁時間對內(nèi)力以及位移的影響，并且考慮到實際工程的需要及性價比，建議預(yù)制橋面板存放時間不宜少于180d，這樣疊合梁中的鋼主梁和砼橋面板的受力才能達到較為合理的狀態(tài)。

斜拉橋；預(yù)制橋面板；疊合梁；存梁時間

0 引言

鋼混疊合梁是通過剪力連接件將預(yù)制砼板和鋼梁結(jié)合在一起，砼板之間采用現(xiàn)澆濕接縫連接的一種鋼混組合結(jié)構(gòu)[1,2]。

對于鋼混組合結(jié)構(gòu)，混凝土橋面板的存梁時間對鋼混疊合梁的不利影響，早已經(jīng)引起了國內(nèi)外學者的重視[3,4]。存梁時間引起混凝土的收縮、徐變變化，同時引起疊合梁截面的應(yīng)力重分布，因此疊合梁受力性能的發(fā)揮與存梁時間密切有關(guān)[5,6]。國內(nèi)外同類型橋梁因沒有可靠的資料，對存梁時間也就不完全統(tǒng)一[7]。在施工組織設(shè)計中，預(yù)制橋面板沒有合理的存梁時間，則預(yù)制橋面板制造時機很難把握[8]。

本文以某斜拉橋為研究背景，采用有限元軟件對該橋進行模擬計算，分析鋼混疊合梁預(yù)制橋面板的不同存梁時間與鋼混疊合梁受力之間的關(guān)系，并依據(jù)分析對鋼混疊合梁預(yù)制橋面板給出較為合理的存梁時間。

1 工程背景

某斜拉橋主橋采用雙塔雙索面混合式疊合梁，跨徑布置為54m+71m+360m+71m+54m。主梁采用混合式疊合梁，邊跨主梁為π型截面混凝土梁，主梁中心線梁高3.16m，邊主肋梁高2.88m；中跨采用鋼—混疊合梁，疊合梁中心線梁高3.16m，鋼梁采用邊上字型，上字型梁的梁高2.9m。橋面板厚28cm。大橋總體布置與中跨疊合梁斷面如圖1～2所示。

圖1 全橋總體布置圖（單位：cm）

圖2 中跨疊合梁斷面圖（單位：cm）

2 模型建立

本文采用正裝計算法，根據(jù)實際結(jié)構(gòu)配筋狀況和施工方案設(shè)計對該斜拉橋逐步逐階段地進行計算，最終獲得成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)[3]。

在有限元建模過程中，利用梁單元對索塔、主梁進行模擬，拉索采用桁架單元，采用聯(lián)合截面對主梁進行模擬，其中鋼主梁截面先裝置，預(yù)制混凝土橋面板截面后安裝，成橋后激活二期恒載、基礎(chǔ)位移、活載以及附加力。全橋共建有節(jié)點數(shù)689個，單元數(shù)570個，如圖3所示。

圖3 全橋有限元模型圖

3 預(yù)制混凝土橋面板存梁時間與主梁受力關(guān)系

通過全橋整體計算分析，保持其他情況（例如：邊界條件、施工過程、施工及運營荷載等）一致的條件下，只改動預(yù)制橋面板存梁時間，獲得存梁時間對橋面板、鋼主梁受力以及疊合梁受力的影響。存梁時間共分為以下10種：30d、60d、90d、120d、150d、180d、210d、240d、300d、360d。分別選取主跨1/8、1/4、1/2截面作為主跨三個代表性截面進行分析比較。其中，依據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）中的公式計算收縮、徐變的影響，環(huán)境年平均相對濕度RH=82%。

為了更有效地分析存梁時間與疊合梁受力之間的關(guān)系，本文截取疊合梁的1/8、1/4、1/2截面，分別對主梁在恒載作用下以及考慮混凝土收縮徐變后兩種情況進行分析，得到預(yù)制橋面板存梁時間對鋼主梁、橋面板和聯(lián)合截面的受力影響。

3.1橋面板存梁時間在恒載作用下與主梁受力關(guān)系

主跨1/8、1/4、1/2截面混凝土橋面板存梁時間在恒載作用下與鋼主梁和橋面板應(yīng)力關(guān)系經(jīng)計算，結(jié)果如圖4所示。

圖4 存梁時間對疊合梁恒載內(nèi)力的影響

由圖4可知，隨著存梁時間的增加，鋼主梁壓應(yīng)力均有所下降，且降低幅度越來越小，橋面板壓應(yīng)力儲備均上升，且增加幅度越來越小。

3.2 砼收縮徐變后橋面板存梁時間與主梁受力關(guān)系

混凝土收縮徐變后，對橋面板存梁時間與主梁受力關(guān)系進行分析，經(jīng)計算，得到主跨1/8、1/4、1/2截面混凝土橋面板存梁時間與鋼主梁和橋面板應(yīng)力關(guān)系，如圖5所示。

圖5 砼收縮徐變后存梁時間與疊合梁受力關(guān)系圖

由圖5可見，混凝土收縮徐變后，隨著存梁時間的增加，鋼主梁壓應(yīng)力均有所降低，且降低幅度越來越小，橋面板壓應(yīng)力儲備均增加，且增加幅度越來越小。

由橋面板存梁時間引起橋梁的應(yīng)力的改變，必然將引起疊合梁撓度的改變。取主梁1/2處作為特殊截面，分析在混凝土收縮徐變后存梁時間對疊合梁撓度的影響，經(jīng)計算，得到預(yù)制混凝土橋面板存梁時間與疊合梁撓度關(guān)系見圖6所示。

圖6 存梁時間與疊合梁跨中收縮徐變位移關(guān)系圖

由圖6可見，隨著存梁時間的增加，疊合梁向下位移有所增加，存梁時間越久，向下位移增幅就越小，并逐漸趨近于0?？梢姶媪簳r間對疊合梁的位移影響很小，存梁360天相比30天位移前后變化僅在2mm左右，故預(yù)拱度的設(shè)置可不考慮混凝土橋面板的存梁時間。

4 結(jié)論

（1）存梁時間對鋼混疊合梁受力有較大影響。鋼主梁壓應(yīng)力隨著存梁時間的增加而降低，混凝土橋面板壓應(yīng)力隨著存梁時間的增加而增大。其中，存梁30～180d變化趨勢相比180～360d更加明顯。

（2）存梁360天相比30天位移前后變化僅在2mm左右，可見存梁時間對疊合梁整體撓度影響有限。特別是存梁時間超過180d后，疊合梁位移變化越來越小，并趨于不變。

（3）混凝土橋面中的壓應(yīng)力伴隨存梁時間增加而增大，對避免其開裂或裂縫發(fā)展是有益的。然而存梁時間過長，必將影響項目工期，選取合理的存梁時間是必要的。根據(jù)以上計算結(jié)果，綜合考慮存放時間對內(nèi)力以及位移的影響，建議混凝土橋面板存放時間不宜少于180d，這樣鋼主梁和橋面板都能達到較好的受力狀態(tài)。

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