分析大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁階段受力分析及施工控制技術(shù)

馮世坤

摘要：在我國(guó)進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國(guó)的城市建設(shè)在不斷的完善，交通量的急劇增加，我們需要更多更寬的道路來滿足市民的出行需求。然而道路的拓寬受到了路邊建筑物的限制，只有通過發(fā)展高架橋才能解決這一空間矛盾。在高架橋的建設(shè)過程中橋面的寬度越來越寬，在既保證橋上有足夠的行車寬度，又要確保橋下有較大的空間和較好的視線胡前提下，大懸臂蓋梁的概念應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土;大懸臂蓋梁;光纖光柵;施工控制

引言

隨著中國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展和城市交通量的急劇增大，交通擁擠現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，而現(xiàn)有的城市街道再拓寬無論從經(jīng)濟(jì)還是現(xiàn)實(shí)都有很大的困難，這時(shí)城市高架橋、立交橋和地下交通成為解決現(xiàn)代交通問題的有效途徑。論文中所設(shè)計(jì)的高架橋采用Y型橋墩，不僅造型美觀，還與周圍環(huán)境相輔相成。但是高架橋的發(fā)展速度顯然滯后于城市交通量的增長(zhǎng)速度，現(xiàn)有的城市高架橋出現(xiàn)擁堵的情況越來越多，這就要求我們?cè)谶M(jìn)行城市中高架橋修建的時(shí)候要盡可能的采用新的方法加大橋面寬度，此刻大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁開始逐漸走進(jìn)人們的視野。

1論文研究的目的和意義

該高架橋采用的大懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)在同類結(jié)構(gòu)中懸臂尺寸最大，這方面工程經(jīng)驗(yàn)較少。通過本課題的研究擬達(dá)到以下目的：（1）形成一套完整的預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的理論分析、施工工藝方法和施工控制成套技術(shù)。相應(yīng)的計(jì)算分析理論應(yīng)達(dá)到能夠準(zhǔn)確分析各施工階段既有結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的目的和要求。對(duì)大懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)的進(jìn)行分析提出指導(dǎo)性意見和建議，為后續(xù)同類型項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒和參考。（2）對(duì)背景項(xiàng)目橋梁各種類型大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁進(jìn)行精細(xì)化分析，研究在典型蓋梁關(guān)鍵位置布置傳感器對(duì)蓋梁施工階段的應(yīng)力和位移進(jìn)行測(cè)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。己實(shí)現(xiàn)對(duì)大懸臂蓋梁施工過程中的安全控制與管理，為橋梁運(yùn)營(yíng)過程中的安全評(píng)估創(chuàng)造條件。（3）分享項(xiàng)目研究成果，為同類型項(xiàng)目實(shí)施提供指導(dǎo)意見。

2承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算

2.1深梁的正截面抗彎承載力計(jì)算

《公路橋規(guī)》并未直接給出深梁的正截面抗彎承載力的計(jì)算式，在一些文獻(xiàn)中指出，短梁的承載力計(jì)算式也同樣適用于深梁的計(jì)算。即

由公式可以看出，影響深梁正截面抗彎承載力的因素有混凝土強(qiáng)度等級(jí)、縱向受拉鋼筋和水平分布鋼筋的強(qiáng)度和數(shù)量、跨高比等。且混凝土強(qiáng)度越高、跨高比越大，深梁承載能力越高。

2.2深梁的斜截面抗剪承載力計(jì)算

為了與一般受彎構(gòu)件的受剪截面條件相連接，《公路橋規(guī)》依據(jù)深梁的試驗(yàn)結(jié)果即并參照《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，要鋼筋混凝土深梁的抗剪截面應(yīng)符合下式要求

在進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算時(shí)，有關(guān)文獻(xiàn)指出混凝土的抗剪強(qiáng)度其主要作用，其次是縱向受力鋼筋，豎向受力普通鋼筋幾乎不起作用，可忽略不計(jì)?！豆窐蛞?guī)》中對(duì)深受彎構(gòu)件抗剪承載力計(jì)算為，

3大懸臂蓋梁施工控制技術(shù)

3.1施工控制的方法研究

施工控制工作在蓋梁精細(xì)化分析模型確立的基礎(chǔ)上，結(jié)合前期收集的有關(guān)資料及國(guó)內(nèi)以往類似項(xiàng)目的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的施工控制技術(shù)進(jìn)行深入研究。全面了解和掌握以往類似項(xiàng)目的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，分析不同施工控制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了適合本項(xiàng)目的施工控制技術(shù)。重點(diǎn)對(duì)預(yù)應(yīng)力束的張拉時(shí)機(jī)、預(yù)應(yīng)力張拉控制、蓋梁端部預(yù)拱值控制、各施工階段蓋梁及整橋結(jié)構(gòu)安全控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)及內(nèi)容進(jìn)行研究，形成具體研究成果直接用于指導(dǎo)該橋的施工。為了能夠檢測(cè)及觀察橋梁結(jié)構(gòu)控制截面的內(nèi)力、應(yīng)變和典型斷面的位移，必須利用先進(jìn)的儀器設(shè)備、安排具有針對(duì)性的量測(cè)項(xiàng)目和熟練的操作人員，其主要項(xiàng)目包括各測(cè)點(diǎn)的位移變化、控制斷面的應(yīng)變、應(yīng)力變化、結(jié)構(gòu)溫度變化等。通過在典型蓋梁控制截面上安裝必要的量測(cè)設(shè)備對(duì)施工過程中各施工階段關(guān)鍵截面位置的應(yīng)力應(yīng)變、結(jié)構(gòu)變位等進(jìn)行跟蹤測(cè)量，確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，保證結(jié)構(gòu)的受力合理，全過程掌握橋梁技術(shù)狀態(tài)，為大橋安全順利建成和科學(xué)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)保障。本項(xiàng)目中主要的設(shè)備儀器為光纖光柵應(yīng)力應(yīng)變傳感器、光纖光柵溫度傳感器（用于應(yīng)力應(yīng)變傳感器溫度補(bǔ)償）和靜態(tài)水準(zhǔn)儀、千分表。對(duì)于該高架橋大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁而言，由于其自身恒載占蓋梁所承受荷載的比重較小，在預(yù)應(yīng)力張拉和上部結(jié)構(gòu)主梁安裝過程中，蓋梁上、下緣結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化及蓋梁端部的豎向位移均變化相對(duì)較大，尤其是蓋梁根部截面的上、下緣應(yīng)力。

3.2大懸臂蓋梁施工控制傳感器的選擇

在確定了大懸臂蓋梁施工控制的控制截面位置后重要的工作就是選擇合理的測(cè)試手段和方法。根據(jù)目前具備的測(cè)試手段，選擇合理的測(cè)試設(shè)備及測(cè)試方法是保障該項(xiàng)研究工作順利開展、成果可靠所面臨的另一個(gè)關(guān)鍵問題。施工控制數(shù)據(jù)采集工作需要依靠傳感器，凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與信息轉(zhuǎn)換，并且輸出與輸入嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)的器件和裝置均可稱為傳感器。用于橋梁應(yīng)變長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的傳感器主要包括振弦式傳感器和光纖光柵傳感器。

3.3大懸臂蓋梁施工控制傳感器布置與測(cè)量

傳感器布置根據(jù)傳感器測(cè)量物理量數(shù)據(jù)類型，布置于對(duì)應(yīng)物理響應(yīng)較大的位置。光纖光柵應(yīng)變傳感器布置于大懸臂蓋梁根部截面上、下緣，位移傳感器布置于大懸臂蓋梁端部位置。傳感器布置應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，考慮到橋墩與蓋梁的結(jié)構(gòu)型式及尺寸的多樣性，綜合考慮確定。測(cè)量工作根據(jù)該橋分階段施工的特點(diǎn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集工作從預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁強(qiáng)度形成且尚未張拉預(yù)應(yīng)力鋼束這一施工階段開始初始數(shù)據(jù)的采集，以后在預(yù)應(yīng)力分批張拉各階段、蓋梁拆架階段、預(yù)制箱梁分片分批安裝階段和成橋階段分別進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集。

3.4大懸臂蓋梁施工控制成果

該高架橋橋墩外形分為Y型橋墩和直立型橋墩兩種，傳感器布置與測(cè)量根據(jù)蓋梁分類有針對(duì)性的選取。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)選擇具有代表性的Y型橋墩和直立型兩種橋墩，分別選擇了1號(hào)橋墩和13號(hào)橋墩進(jìn)行了傳感器的預(yù)埋和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)工作。13號(hào)橋墩蓋梁外型為直立式，橋墩蓋梁長(zhǎng)24.5m，蓋梁寬2.4m，位于25m跨裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中墩位置。力監(jiān)測(cè)截面位置根據(jù)計(jì)算選取，蓋梁采用埋入式應(yīng)變計(jì)和表面式應(yīng)變計(jì)兩種，蓋梁正應(yīng)同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理布置。對(duì)蓋梁頂面進(jìn)行位移測(cè)量，在蓋梁左側(cè)、右側(cè)分別布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，準(zhǔn)點(diǎn)的位移變化。

結(jié)語

近年來，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，投資環(huán)境日益改善，城市經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，交通量不斷增長(zhǎng)，城市道路需要為進(jìn)一步適應(yīng)建設(shè)現(xiàn)代化城市需要，急迫實(shí)現(xiàn)高效、快速、安全的交通環(huán)境。該高架橋采用高架橋的形式，平行該橋上跨所在的大街。該橋下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土大懸臂蓋梁，最大限度的節(jié)約了建設(shè)用地，改善了橋下道路通行條件，同時(shí)也對(duì)橋梁的建設(shè)與管理提出了更高的要求。本文圍繞該高架橋大懸臂蓋梁的理論分析和施工控制展開研究工作，可為該高架橋項(xiàng)目的實(shí)施以及今后大懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供參考。

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