大懸臂箱梁橋施工過(guò)程受力計(jì)算及監(jiān)控分析

裴輝騰 劉蕙婷 吳婷婷

（1.江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330002；2.江西省高速集團(tuán)項(xiàng)目建設(shè)管理公司，江西 南昌 330038）

箱梁橋由于抗彎、抗扭承載能力高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在公路橋梁中有著廣泛的應(yīng)用。大懸臂箱梁是一種通過(guò)施加橫向預(yù)應(yīng)力和橫向加勁肋提高箱梁橫向承載能力，從而懸臂長(zhǎng)度大大增加的一種結(jié)構(gòu)；與傳統(tǒng)的混凝土箱梁相比，大懸臂箱梁可顯著減小上部結(jié)構(gòu)自重和下部結(jié)構(gòu)的負(fù)載，可有效降低工程造價(jià)。懸臂加大后，橋上空間更加開(kāi)闊，橋下可與門(mén)式墩、花瓶墩及方形薄壁墩等過(guò)渡組合，橋梁造型相對(duì)更加輕巧靈動(dòng)，在城市橋梁中有較好的應(yīng)用前景。

一、工程概況

弋陽(yáng)大橋主橋?yàn)榇髴冶垲A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，跨徑為（50+2×80+50）m，主梁截面為單箱三室型，頂寬35m，底寬19m；懸臂長(zhǎng)8m，中箱寬3.5m，邊箱寬7.75m，跨中梁高2.5m，根部梁高5.2m。由于懸臂板長(zhǎng)達(dá)8m，為滿足橫向受力要求，懸臂板下設(shè)置加勁肋，加勁肋間距3m～4m。

二、有限元仿真分析

采用midas-civil軟件建立全橋桿系模型，模擬了節(jié)段懸澆、節(jié)段預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、施工掛籃遷移等多個(gè)工況；模型中采用程序自帶的重力場(chǎng)模塊模擬結(jié)構(gòu)自重，節(jié)段澆筑及掛籃荷載效應(yīng)通過(guò)單個(gè)集中力與力偶模擬，橋面鋪裝及欄桿等荷載通過(guò)梁?jiǎn)卧€形荷載模擬。

針對(duì)該項(xiàng)目懸臂長(zhǎng)達(dá)8m、橫向受力較為明顯的特點(diǎn)，采用Midas-fea軟件建立三維空間模型；根據(jù)圣維南原理，在全橋整體模型中提取的內(nèi)力值作為外加荷載施加于節(jié)段模型邊界處。

三、施工監(jiān)控分析

（一）線形監(jiān)控

1.主梁線形監(jiān)控方案

在主梁懸臂澆筑過(guò)程中，于箱梁混凝土頂、底板位置布設(shè)線形測(cè)點(diǎn)。其中，頂板測(cè)點(diǎn)設(shè)置于在懸臂中部、邊腹板頂部、各箱室中部，共布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，在各箱梁中部設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.主梁線形計(jì)算分析

最大懸臂狀態(tài)下1#主墩兩側(cè)主梁懸臂節(jié)段梁頂位移的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值對(duì)比情況，如圖1所示，可知弋陽(yáng)大橋懸臂施工過(guò)程中，主梁節(jié)段豎向變形計(jì)算值與實(shí)測(cè)值總體吻合，但有部分變形計(jì)算值略大于實(shí)測(cè)值，可能是因?yàn)橛?jì)算時(shí)，對(duì)箱梁預(yù)應(yīng)力錨固塊、懸臂加勁肋、箱梁加腋等構(gòu)造的簡(jiǎn)化，削弱了計(jì)算截面抗彎剛度。

（二）應(yīng)力監(jiān)控

1.主梁應(yīng)力監(jiān)控方案

應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案中，選擇了主墩根部、跨中、1/4跨等受力不利的斷面為測(cè)點(diǎn)布設(shè)斷面。縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)1～6分別為邊腹板上緣、次中腹板上緣、中腹板上緣、懸臂1/2分點(diǎn)、兩邊箱中上部，編號(hào)為1～12；橫向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)a～d分別為懸臂1/4分點(diǎn)、1/2分點(diǎn)、根部及邊箱室中部。

圖1 1#主墩頂板位移實(shí)測(cè)值與計(jì)算值

表1 1/4主跨處頂板部分測(cè)點(diǎn)縱向應(yīng)力對(duì)比表

表2 1/4主跨處頂板部分測(cè)點(diǎn)橫向應(yīng)力對(duì)比表

2.主梁應(yīng)力計(jì)算分析

本文以1/4主跨處的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)為例，對(duì)施工過(guò)程中主梁的應(yīng)力變化實(shí)測(cè)值和計(jì)算值進(jìn)行比較分析，4-4截面頂板部分測(cè)點(diǎn)縱向應(yīng)力實(shí)測(cè)值和計(jì)算值對(duì)比情況，如表1所示。

如表1所示，所選測(cè)點(diǎn)在上述工況作用下縱向應(yīng)力增量為正，這是因?yàn)?#節(jié)段澆筑工況下對(duì)4-4截面處的主梁產(chǎn)生負(fù)彎矩效應(yīng)，該處頂板受拉，底板受壓；箱梁測(cè)點(diǎn)應(yīng)力實(shí)測(cè)值呈“中間小、兩邊大”的不均勻現(xiàn)象，即中箱梁腹板頂部的2、4、5、7測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力增量較箱梁中部的3、6測(cè)點(diǎn)要大，且箱梁中室腹板頂部應(yīng)力較邊室頂板應(yīng)力較大，這主要是剪力滯效應(yīng)引起的；4-4截面測(cè)點(diǎn)的計(jì)算和實(shí)測(cè)值一樣應(yīng)力增量為正，計(jì)算值較大于實(shí)測(cè)值，主要是因?yàn)槟Ｐ头抡嬗?jì)算時(shí)存在一定的簡(jiǎn)化使計(jì)算截面抗彎剛度較實(shí)際剛度較小，但實(shí)測(cè)值與計(jì)算值總體相差不大、較為吻合。

如表2所示，a～c測(cè)點(diǎn)橫向應(yīng)變?cè)隽繛檎?，且?shù)字遞增，主要是所選測(cè)點(diǎn)均位于懸臂上，節(jié)段澆筑產(chǎn)生遞增的橫向負(fù)彎矩；d測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)應(yīng)力增量為負(fù)，因?yàn)楣?jié)段澆筑荷載作用下，d測(cè)點(diǎn)所在的箱梁頂板跨中受兩側(cè)腹板的約束截面彎矩為正；總體上而言，計(jì)算值和實(shí)測(cè)值反應(yīng)的受力發(fā)展規(guī)律和變化趨勢(shì)一致，計(jì)算值稍大于實(shí)測(cè)值，可能是因?yàn)槟Ｐ陀?jì)算時(shí)未計(jì)入橫向主筋作用而導(dǎo)致截面抗彎剛度減小導(dǎo)致的。

四、結(jié)語(yǔ)

本文制定了弋陽(yáng)大橋施工過(guò)程中應(yīng)力及線形監(jiān)控監(jiān)測(cè)方案，對(duì)該橋主梁施工過(guò)程中受力進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，得到以下結(jié)論：

1.最大懸臂狀態(tài)下節(jié)段位移實(shí)測(cè)值與計(jì)算值基本吻合，但部分節(jié)段豎向位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相比較大，其原因可能是計(jì)算時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固齒塊、橫隔板等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為集中荷載，削弱了計(jì)算截面抗彎剛度。

2.箱梁縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值呈“中間小，兩邊大”的不均勻分布現(xiàn)象，且箱梁中室腹板頂部應(yīng)力較邊室頂板應(yīng)力較大，主要是剪力滯效應(yīng)引起的。

3.箱梁懸臂橫向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)在節(jié)段澆筑工況下應(yīng)力增量為正，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本吻合；箱梁頂板跨中測(cè)點(diǎn)受兩側(cè)腹板的約束，節(jié)段澆筑作用下應(yīng)力增量為負(fù)，其中計(jì)算值稍大于實(shí)測(cè)值，可能是因?yàn)槟Ｐ陀?jì)算時(shí)未計(jì)入橫向主筋作用而導(dǎo)致截面抗彎剛度減小導(dǎo)致。