孟樓渡槽單跨槽身吊裝前后鋼筋應(yīng)力分析

馬宇航，周 強(qiáng)，張 波

（浙江華東工程安全技術(shù)有限公司，浙江杭州，311122）

0 引言

渡槽是水工建筑物中應(yīng)用最廣泛的交叉建筑物之一，當(dāng)輸水渠道與河渠、山溝、洼地等相交時(shí)，以明渠方式引導(dǎo)渠水、跨越障礙而修建的架空輸水建筑，稱為渡槽，俗稱“過水橋”。隨著社會(huì)的發(fā)展，渡槽的建設(shè)要求越來越高，特大跨度渡槽的結(jié)構(gòu)型式已成為目前渡槽發(fā)展和研究的方向。

孟樓渡槽槽身采用單孔梁式預(yù)應(yīng)力矩形槽（多側(cè)墻）結(jié)構(gòu)型式，單跨30 m，空槽自重約1 200 t，吊裝過程中槽身應(yīng)力變化情況受到參建各方的關(guān)注和重視。為保證特大渡槽槽身安全吊裝，同時(shí)通過該吊裝全面檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性和施工質(zhì)量，特在槽身吊裝期間對(duì)槽身鋼筋應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，以起到反饋設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的作用。

1 工程概況

孟樓渡槽是鄂北地區(qū)水資源配置工程的1處輸水建筑物，位于老河口市孟樓鎮(zhèn)境內(nèi)，全長4.99km，沿線地形起伏較小。渡槽上接孟樓倒虹吸，下接滕莊明渠；按重現(xiàn)期50年洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，重現(xiàn)期200年洪水校核，設(shè)計(jì)流量38 m3/s，設(shè)計(jì)水深4.15 m，主體工程建筑物級(jí)別為2級(jí)，導(dǎo)流工程等臨時(shí)建筑物為4級(jí)，地震設(shè)計(jì)烈度為6度。

渡槽由進(jìn)口段、槽身段、出口段三部分組成。槽身段長4 920 m，每跨長30 m，共164跨，為單槽多側(cè)墻矩形槽，采用三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，架槽機(jī)預(yù)制吊裝施工。單槽橫斷面尺寸：內(nèi)輪廓6.5 m×5.0 m（凈寬×凈高），外輪廓 8.7 m×7.1 m，底板厚0.4 m，邊墻厚度為0.5m，空槽重量約1200t。槽身底板和側(cè)墻加肋，側(cè)墻頂部設(shè)人行道板并加拉桿，肋與拉桿對(duì)應(yīng)布置，中心間距為2.32 m。底肋寬0.4 m、高0.8 m，側(cè)肋寬0.4 m、高0.6 m。側(cè)墻人行道板寬1.7 m，厚0.4～0.5m，拉桿斷面0.3m×0.4m。側(cè)墻底梁寬1.2 m，高1.6～2.1 m。槽身橫向、縱向、豎向均施加預(yù)應(yīng)力。

2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

孟樓渡槽槽身鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面位于樁號(hào)20+735～20+765，共布置38支鋼筋計(jì)，主要用于槽身橫向、縱向和豎向結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)布置圖詳見圖1～3。

圖1 槽身監(jiān)測(cè)縱剖面布置圖Fig.1 Layout of monitoring points on longitudinal profile

圖2 A-A斷面（槽身端部）Fig.2 A-A section(the end of the groove body)

圖3 B-B斷面（槽身中間）Fig.3 B-B section(the middle of the groove body)

3 鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果與分析

鋼筋計(jì)采用坡口焊接法安裝，埋設(shè)12～24 h后的測(cè)值作為初始值。渡槽鋼筋綁扎、混凝土澆筑、蒸養(yǎng)完成后移至存槽區(qū)（存槽區(qū)由4根高1.35 m、截面1.2 m×1.2 m的鋼筋混凝土簡(jiǎn)易墩組成，槽身兩端4個(gè)馬蹄腳放置在簡(jiǎn)易墩上）進(jìn)行后續(xù)槽身三向預(yù)應(yīng)力施加，其中槽身橫向、縱向施加預(yù)應(yīng)力錨索（兩端張拉），豎向施加預(yù)應(yīng)力鋼筋（后張法）。

吊點(diǎn)距槽身兩端各1 m，馬蹄腿下方各鋪一根鋼梁，鋼梁兩端用螺桿固定，吊裝現(xiàn)場(chǎng)情況見圖4；槽身起吊后在距端部中心線0.5 m處對(duì)稱安裝鋼支座。吊裝前后鋼筋應(yīng)力分布詳見圖5～10。

圖4 渡槽吊裝現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.4 Picture of hoisting and installation

圖5 吊裝前后槽身左側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.5 Distribution of the reinforcement stress on the left side of groove body before and after its hoisting and installation

圖6 吊裝前后槽身右側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.6 Distribution of the reinforcement stress on the right side of groove body before and after its hoisting and installation

圖7 吊裝前后A-A斷面內(nèi)側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.7 Distribution of the reinforcement stress on the inner side of A-A section before and after groove body hoisting and installation

圖8 吊裝前后A-A斷面外側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.8 Distribution of the reinforcement stress on the outer side of A-A section before and after groove body hoisting and installation

圖9 吊裝前后B-B斷面內(nèi)側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.9 Distribution of the reinforcement stress on the inner side of B-B section before and after groove body hoisting and installation

圖10 吊裝前后B-B斷面外側(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖Fig.10 Distribution of the reinforcement stress on the outer side of B-B section before and after groove body hoisting and installation

3.1 橫向鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.1.1 槽身頂部拉桿鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R13、R33與槽身頂部拉桿面層鋼筋相連接。槽身端部（R13）鋼筋應(yīng)力在吊裝前后表現(xiàn)出拉壓轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，即吊裝前為拉應(yīng)力，吊裝后為壓應(yīng)力，這種現(xiàn)象除與真實(shí)應(yīng)力變化有關(guān)外，還與吊點(diǎn)、支撐有關(guān)，吊裝后應(yīng)力重新調(diào)整。槽身中間（R33）鋼筋應(yīng)力受預(yù)應(yīng)力、自重影響，主要為壓應(yīng)力，吊裝就位后壓應(yīng)力減小3.31 MPa。

3.1.2 槽身人行道板鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R12、R14、R32、R34位于槽身頂部人行道板與側(cè)墻內(nèi)側(cè)交界處。人行道板鋼筋應(yīng)力為拉應(yīng)力，吊裝期間均出現(xiàn)拉應(yīng)力增大，最大拉應(yīng)力28.12 MPa（R14），槽身端部受拉增長較槽身中間大，詳見吊裝前后鋼筋應(yīng)力分布圖（圖8、圖9）。吊裝就位后，鋼筋應(yīng)力除局部受拉增大外，主要表現(xiàn)為受拉減小，鋼筋應(yīng)力變化量介于-1.74～0.22 MPa間。吊裝前后實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力過程線見圖11。

圖11 鋼筋計(jì)R12、R14、R32、R34吊裝前后實(shí)測(cè)應(yīng)力過程線Fig.11 Graphs of stress monitored by reinforcement meter R12,R14,R32 and R34 before and after groove body hoisting and installation

3.1.3 槽身底板橫斷面鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R6、R23位于槽身底板橫斷面軸線上。其應(yīng)力為拉應(yīng)力，吊裝期間最大拉應(yīng)力29.84 MPa（R6），槽身端部受拉增長較槽身中間大；吊裝就位后，鋼筋應(yīng)力較吊裝前受拉減小明顯，最大減小4.74 MPa。

3.1.4 槽身底肋鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R3、R21位于槽身底肋。底肋上橫向鋼筋應(yīng)力均為壓應(yīng)力，吊裝就位后，鋼筋應(yīng)力均出現(xiàn)受壓增長，最大增長5.35 MPa。

3.2 縱向鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.2.1 槽身馬蹄腿鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R1、R2、R37、R38位于槽身兩端馬蹄腿上。槽身馬蹄腿鋼筋全部為受壓鋼筋，應(yīng)力值相近；起吊后支座受壓明顯減小，最大減小16.99MPa；吊裝就位后支座應(yīng)力基本恢復(fù)到吊裝前測(cè)值水平，與前后狀況相符。詳見吊裝前后鋼筋應(yīng)力分布圖（圖5、圖6）。

3.2.2 槽身外主梁漸變段鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R15、R16位于槽身外主梁漸變段。槽底漸變段主要為壓應(yīng)力，吊裝就位后均出現(xiàn)受壓增大，鋼筋計(jì)測(cè)值變化量基本一致，壓應(yīng)力分別增加7.64 MPa、7.03 MPa。

3.2.3 槽身外側(cè)主梁平直段鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R17～R20、R35～R36位于槽身兩側(cè)外主梁平直段。在槽身中間豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋和縱向“U”型預(yù)應(yīng)力錨索共同作用下，縱向壓應(yīng)力最大值出現(xiàn)在槽身兩端；吊裝期間鋼筋應(yīng)力除局部受壓減小外，主要表現(xiàn)為受壓增長；吊裝就位后，鋼筋應(yīng)力均呈壓應(yīng)力增大，變化量介于-11.47～-3.69 MPa間。吊裝前后實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力過程線見圖12。

圖12 孟樓渡槽槽身鋼筋計(jì)R17～R20、R35～R36吊裝前后實(shí)測(cè)應(yīng)力過程線Fig.12 Graphs of stress monitored by reinforcement meter R17～R20 and R35～R36 before and after groove body hoisting and installation

3.2.4 槽身底板鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R5、R22位于槽身底板軸線上。受橫向預(yù)應(yīng)力影響，槽身端部呈拉應(yīng)力、中部為壓應(yīng)力；吊裝期間鋼筋應(yīng)力出現(xiàn)不同程度的受拉增大、受壓減??；吊裝就位后，槽身端部受拉減小1.37 MPa，槽身中間鋼筋應(yīng)力受壓增長9.53 MPa。箱梁式受力現(xiàn)象明顯。

3.3 豎向鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.3.1 槽身側(cè)墻倒角鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R4、R7、R25、R26位于槽身側(cè)墻倒角處。側(cè)墻倒角豎向應(yīng)力全部為拉應(yīng)力，吊裝前后槽身豎向應(yīng)力整體變化較小，變化量介于0.68～2.89 MPa間；在槽身中間側(cè)墻的豎向預(yù)應(yīng)力筋作用下，槽身中間較端部應(yīng)力變化較小,詳見吊裝前后鋼筋應(yīng)力分布圖（圖7、圖9）。

3.3.2 槽身內(nèi)側(cè)墻上段鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R10～R11、R29～R30位于槽身內(nèi)側(cè)墻上段。在槽身中間側(cè)墻的豎向預(yù)應(yīng)力筋作用下，槽身內(nèi)側(cè)墻上段豎向應(yīng)力均為壓應(yīng)力；吊裝期間受壓減?。坏跹b就位后，除槽身內(nèi)側(cè)墻右側(cè)上段鋼筋應(yīng)力受壓減小外，其余部位受壓增長，鋼筋應(yīng)力變化量介于-1.80～2.63 MPa間。

3.3.3 槽身端部側(cè)肋鋼筋應(yīng)力

監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R8～R9位于槽身端部側(cè)肋中上段。受槽身自重影響，槽身端部側(cè)肋中上段鋼筋應(yīng)力全為拉應(yīng)力，吊裝期間小幅受拉增長；吊裝就位后拉應(yīng)力減小，端部鋼筋應(yīng)力較吊裝前應(yīng)力衰減較大，鋼筋應(yīng)力分別減小7.98 MPa、6.74 MPa。

3.3.4 槽身中間側(cè)肋鋼筋應(yīng)力

槽身中間側(cè)肋監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)R24、R27、R28、R31位于外側(cè)側(cè)肋上、下段。受豎向預(yù)應(yīng)力筋和槽身自重影響，側(cè)肋上段主要為壓應(yīng)力、下段主要為拉應(yīng)力；吊裝上部受壓減小、下部受拉少量增長；吊裝就位后側(cè)肋上段鋼筋應(yīng)力受壓增長，側(cè)肋下段鋼筋應(yīng)力受拉減?。怀摻钣?jì)R31受壓增長17.28 MPa外，其余鋼筋應(yīng)力變化量介于-7.75～-5.60 MPa間，詳見吊裝前后鋼筋應(yīng)力分布圖（圖10）。

3.4 小結(jié)

通過對(duì)孟樓渡槽槽身不同部位在吊前、吊中及吊后進(jìn)行鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)與分析，獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）受槽身自重、橫向預(yù)應(yīng)力的影響，吊裝前后橫向鋼筋應(yīng)力變化整體較小；壓應(yīng)力主要出現(xiàn)在槽身頂部拉桿和槽身底肋，最大壓應(yīng)力增大4.09 MPa；拉應(yīng)力出現(xiàn)在槽身人行道板、底板橫斷面，最大拉應(yīng)力減小4.74 MPa。

（2）由于槽身單跨長達(dá)30 m，在已施加縱向預(yù)應(yīng)力的情況下，吊裝前后縱向鋼筋應(yīng)力變化相對(duì)于橫向較大；其中壓應(yīng)力主要出現(xiàn)在槽身支座、外主梁、槽底漸變段、底板下段，吊裝就位后槽身兩端受壓減小，最大壓應(yīng)力減小16.14 MPa，槽身中間受壓增長，最大壓應(yīng)力增大11.47 MPa；拉應(yīng)力出現(xiàn)在槽身底板上段，吊裝就位后拉應(yīng)力減小1.37 MPa。

（3）受槽身自重、豎向預(yù)應(yīng)力影響，吊裝前后豎向鋼筋應(yīng)力變化整體較?。粔簯?yīng)力主要出現(xiàn)在槽身內(nèi)側(cè)墻上段、中間側(cè)肋下段，最大壓應(yīng)力增大6.68MPa；拉應(yīng)力出現(xiàn)在槽身側(cè)墻倒角、端部側(cè)肋、中間側(cè)肋上段，最大拉應(yīng)力增大0.68 MPa。

（4）渡槽吊裝前后鋼筋應(yīng)力值變化整體較小，應(yīng)力變化量在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)無不利影響。

4 結(jié)語

因槽身已施加橫向、縱向預(yù)應(yīng)力錨索和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，整個(gè)吊裝前后橫向和豎向鋼筋應(yīng)力變化相對(duì)較小。槽身單跨30 m、自重1 200 t，縱向鋼筋應(yīng)力變化相對(duì)較大，應(yīng)力變化量在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，吊裝動(dòng)作對(duì)渡槽結(jié)構(gòu)沒有實(shí)質(zhì)影響。渡槽過水工況下，由于水重的作用，各部位仍會(huì)有一定的應(yīng)力調(diào)整現(xiàn)象。