高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)分析

■張志強(qiáng)

(永升建設(shè)集團(tuán)有限公司， 克拉瑪依 834000)

近年來(lái)，隨著我國(guó)交通體系的不斷發(fā)展，“交通強(qiáng)國(guó)”依然是國(guó)家發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向，其中高速公路橋梁建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行之中。 橋梁施工過(guò)程中的施工工藝對(duì)于保證橋梁后期能夠安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要，由于滿堂支架施工方法能有效節(jié)約建設(shè)成本，眾多工程師對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要有：劉景雷[1]、傅菁俊[2]認(rèn)為現(xiàn)澆箱梁具有整體性好、抗扭性能大、橫向抗彎剛度大、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，采用滿堂支架是現(xiàn)澆箱梁施工的一種常用方法，之后結(jié)合具體的高速公路橋梁施工實(shí)例，簡(jiǎn)要探討滿堂支架現(xiàn)澆箱梁的施工技術(shù)；楊安倫[3]、林元?jiǎng)賉4]以某高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁的施工作為案例進(jìn)行分析，對(duì)滿堂支架現(xiàn)澆施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，可為今后解決滿堂支架現(xiàn)澆施工中的重、難點(diǎn)問(wèn)題提供很好的借鑒；周興志[5]、何俊[6]針對(duì)滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)，結(jié)合江口至都格高速公路開(kāi)陽(yáng)至息烽段第二合同段實(shí)例對(duì)該技術(shù)的施工工藝進(jìn)行了深入地分析，并得出滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)可簡(jiǎn)化施工操作，具有較高綜合效益特點(diǎn)的結(jié)論；程學(xué)會(huì)[7]通過(guò)對(duì)滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)工程各道工序的理解對(duì)技術(shù)指標(biāo)、地基處理、滿堂支架的搭設(shè)與預(yù)壓、鋼絞線安裝、箱梁砼澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、落模等一系列技術(shù)進(jìn)行闡述，并結(jié)合工程實(shí)際對(duì)澆箱梁施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)與淺析；張立新[8]認(rèn)為現(xiàn)澆箱梁是高速公路橋梁的重要組成部分， 具有抗扭性能大、穩(wěn)定性好、橫向抗彎剛度大的特點(diǎn)，可被廣泛地應(yīng)用于高速公路橋梁施工當(dāng)中，并從高速公路的地基處理和滿堂支架的搭設(shè)出發(fā)，深入研究了高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)。 本文以某高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工為例，采用有限元分析軟件Midas/civil 建立了全橋模型， 重點(diǎn)從各施工階段箱梁的位移、縱橋向應(yīng)力和彎矩，以及預(yù)拱度計(jì)算等方面對(duì)高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究結(jié)果可為類(lèi)似工程施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

某高速公路現(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用C40 混凝土進(jìn)行施工，其上部結(jié)構(gòu)共分為3 聯(lián)，其中一聯(lián)是4 孔26 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，一聯(lián)是3 孔28 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，最后一聯(lián)是4 孔28 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。橋梁全長(zhǎng)為1260 m，橋面寬度為24 m，包括左右側(cè)的防護(hù)欄各0.5 m， 左右側(cè)的車(chē)道各10.0 m，以及中間的分離帶3.0 m。 由于第1 聯(lián)和第3 聯(lián)尺寸一致，故本文主要選取第1 聯(lián)和第2 聯(lián)進(jìn)行分析。

2 數(shù)值建模

圖1 為采用大型有限元軟件Midas/civil 建模得到的第1 聯(lián)和第2 聯(lián)的箱梁模型圖。 方向選取時(shí)以箱梁截面橫向方向?yàn)閤 軸，以箱梁截面高度方向?yàn)閥 軸，以向上為z 軸。 規(guī)定以x 軸向右、y 軸向內(nèi)及z軸向上為正方向。第1 聯(lián)跨徑為，模型中共有62 個(gè)節(jié)點(diǎn)，共61 個(gè)單元。第2 聯(lián)跨徑為，模型中共有48個(gè)節(jié)點(diǎn)，共47 個(gè)單元。

圖1 數(shù)值模型圖

橋身全部采用標(biāo)號(hào)為C40 的混凝土， 其參數(shù)指標(biāo)如表1 所示。在施工過(guò)程中，將施工過(guò)程分為2 個(gè)階段：(1)階段一：該階段對(duì)第1 跨和第2 跨及其懸臂端進(jìn)行混凝土澆筑和張拉預(yù)應(yīng)力；(2)階段二：該階段對(duì)第3 跨及第4 跨進(jìn)行混凝土澆筑和張拉預(yù)應(yīng)力。

表1 模型材料參數(shù)

3 數(shù)值結(jié)果分析

3.1 箱梁第1 聯(lián)數(shù)值分析

首先對(duì)箱梁的第1 聯(lián)進(jìn)行分析，施工階段一時(shí)的箱梁整體位移圖如圖2 所示，由圖可知，第1 跨和第2 跨的最大撓度值分別為4.8 mm 和4.6 mm，最大撓度發(fā)生在跨中位置，沿縱橋向方向從跨中到兩邊撓度逐漸減小，直至到達(dá)兩支座處撓度趨于0。

圖2 階段一箱梁整體位移

圖3 為施工階段一時(shí)的箱梁縱橋向內(nèi)力圖，包括有彎矩和應(yīng)力云圖，由圖3(a)可知，彎矩最大值為32.0 kN·m，發(fā)生在第1 跨跨中位置，兩跨之間支座處彎矩方向與跨中相反，其值為19.3 kN·m。 圖3(b)為箱梁的組合應(yīng)力圖，由圖可知，在第1 跨的跨中應(yīng)力最大，最大值為4.1 MPa。

施工階段二時(shí)的箱梁整體位移圖如圖4 所示，由圖可知，第四跨的撓度最大，其次是第1 跨，最小的是第3 跨。 最大撓度值為5.1 mm，最大撓度發(fā)生在跨中位置，沿縱橋向方向從跨中到支座撓度逐漸減小，直至到達(dá)兩支座處撓度趨于0。

圖3 階段一箱梁縱橋向內(nèi)力圖

圖4 階段二箱梁整體位移

施工階段二時(shí)的箱梁縱橋向內(nèi)力圖如圖5 所示，由圖5(a)可知，彎矩最大值為33.8 kN·m，發(fā)生在第四跨跨中位置， 其次是第1 跨跨中彎矩較大。圖5(b)為箱梁的組合應(yīng)力圖，由圖可知，在第4 跨的跨中應(yīng)力最大，最大值為4.3 MPa。

圖5 階段二箱梁縱橋向內(nèi)力圖

3.2 箱梁第2 聯(lián)數(shù)值分析

對(duì)箱梁的第2 聯(lián)進(jìn)行分析，圖6 為施工階段一時(shí)的箱梁整體位移圖，由圖可知，第1 跨和第2 跨的最大撓度值分別為6.1 mm 和6.0 mm， 最大撓度發(fā)生在跨中位置，沿縱橋向方向從跨中到兩邊撓度逐漸減小，直至到達(dá)兩支座處撓度趨于0。

圖6 階段一箱梁整體位移

施工階段一時(shí)的箱梁縱橋向內(nèi)力圖如圖7 所示，包括有彎矩和應(yīng)力云圖，由圖7(a)可知，彎矩最大值為35.9 kN·m，發(fā)生在第1 跨跨中位置，兩跨之間支座處彎矩方向與跨中相反，值為23.6 kN·m。圖7(b)為箱梁的組合應(yīng)力圖，由圖可知，在第1 跨的跨中應(yīng)力最大，最大值為4.6 MPa。

圖7 階段一箱梁縱橋向內(nèi)力圖

施工階段二時(shí)的箱梁整體位移圖如圖8 所示，由圖可知，第3 跨的撓度最大，其次是第1 跨，最小的是第2 跨。 最大撓度值為8.8 mm，最大撓度發(fā)生在跨中位置，沿縱橋向方向從跨中到支座撓度逐漸減小，直至到達(dá)兩支座處撓度趨于0。

圖8 階段二箱梁整體位移

圖9 為施工階段一時(shí)的箱梁縱橋向內(nèi)力圖，包括有彎矩和應(yīng)力云圖，由圖9(a)可知，彎矩最大值為42.6 kN·m，發(fā)生在第3 跨跨中位置。 圖9(b)為箱梁的組合應(yīng)力圖，由圖可知，在第3 跨的跨中應(yīng)力最大，最大值為5.3 MPa。

圖9 階段二箱梁縱橋向內(nèi)力圖

3.3 預(yù)拱度計(jì)算方法與結(jié)果

所謂預(yù)拱度，即為抵消橋梁箱梁在荷載下產(chǎn)生的撓度，需要在施工時(shí)預(yù)留與位移方向相反的校正量。 預(yù)拱度的計(jì)算可采用下式進(jìn)行計(jì)算：

其中：f1為預(yù)應(yīng)力下的位移量；f1為自重下的位移量；f3為由于體系轉(zhuǎn)換得到的附加變形；f4為橋梁二期鋪裝下的變形量；f5為在人群荷載和活荷載下的撓度；φ(t1,τ)為徐變系數(shù)；ηθ1為橋梁箱梁在前期變形時(shí)的增長(zhǎng)系數(shù)；ηθ2為體系轉(zhuǎn)換的撓度變化增長(zhǎng)系數(shù)。

通過(guò)計(jì)算， 得到了箱梁各孔位的預(yù)拱度計(jì)算值，如圖10 所示，計(jì)算結(jié)果可以為設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

圖10 不同孔位處預(yù)拱度值

4 結(jié)論

本文以某高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工為例， 采用有限元分析軟件Midas/civil 建立了全橋模型，重點(diǎn)從各施工階段箱梁的位移、縱橋向應(yīng)力和彎矩， 以及預(yù)拱度計(jì)算等方面對(duì)高速公路滿堂支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，得到以下結(jié)論：

(1)箱梁的最大撓度均發(fā)生在跨中位置，且沿縱橋向方向從跨中到兩邊撓度逐漸減小，直至到達(dá)兩支座處撓度趨于0。

(2)對(duì)于第1 聯(lián)，施工階段一時(shí)其撓度、彎矩和應(yīng)力均在的第1 跨跨中處最大；施工階段二時(shí)其撓度、彎矩和應(yīng)力均在的第3 跨跨中處最大，其次是第1 跨，最小的是第3 跨。

(3)對(duì)于第2 聯(lián)，施工階段一時(shí)其撓度、彎矩和應(yīng)力均在的第1 跨跨中處最大；施工階段二時(shí)其撓度、彎矩和應(yīng)力均在的第3 跨跨中處最大，其次是第1 跨，最小的是第2 跨。

(4)給出了預(yù)拱度的計(jì)算方法，并通過(guò)計(jì)算得到了箱梁各孔位的預(yù)拱度計(jì)算值， 計(jì)算結(jié)果可以為設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。