高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋下?lián)铣梢蚍治?/h1>
2021-10-17 10:02:24袁存杜斌
中國(guó)水運(yùn) 2021年9期 關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋
袁存 杜斌
摘 要：隨著剛構(gòu)橋的應(yīng)用發(fā)展，在目前剛構(gòu)橋的施工中仍不可避免地存在跨中下?lián)系膯?wèn)題，本文以貴州拐網(wǎng)河大橋?yàn)槔⒘擞邢拊Ｐ?，?duì)此橋的跨中下?lián)铣梢蜻M(jìn)行了分析，主要探討了混凝土收縮徐變以及施工合龍順序?qū)蛄嚎缰邢聯(lián)系挠绊?，分別用考慮收縮徐變和不考慮收縮徐變兩種條件來(lái)對(duì)比分析剛構(gòu)橋的跨中下?lián)锨闆r，以及不同的合龍順序?qū)蛄汉笃谧冃蔚挠绊懀瑸橥?lèi)型橋梁以后的施工和監(jiān)控提供參考。
關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;跨中下?lián)?混凝土收縮徐變;合龍順序
中圖分類(lèi)號(hào)：U448.23? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）09-0158-03
由于其自身在受力性能上的優(yōu)越性，預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋在我國(guó)的已建橋梁中占有很大比重，隨著近幾十年的發(fā)展，我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋無(wú)論在結(jié)構(gòu)形式還是在跨度方面都在不斷地創(chuàng)新和突破，建造的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的數(shù)量也是越來(lái)越多，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的建造水平也有了巨大的飛躍。然而在預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的發(fā)展中，有一些問(wèn)題卻是不容忽視的，經(jīng)過(guò)大量調(diào)查后我們發(fā)現(xiàn)，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的施工和成橋運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中有些病害會(huì)頻繁地出現(xiàn)，隨著病害程度的不斷加深，很有可能會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)早地失效和破壞，對(duì)于行車(chē)舒適度以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全都會(huì)產(chǎn)生很大的威脅。在這些病害中，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的跨中下?lián)蠁?wèn)題顯得尤為突出，雖然橋梁的設(shè)計(jì)在不斷地進(jìn)行完善，預(yù)拱度的設(shè)置問(wèn)題也已被充分地進(jìn)行了考慮。但在橋梁在進(jìn)行一段時(shí)間的成橋運(yùn)營(yíng)后，剛構(gòu)橋的跨中仍會(huì)出現(xiàn)不同程度的下?lián)希S著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的持續(xù)，跨中下?lián)弦苍诔掷m(xù)進(jìn)行，這大大超出了設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)變形值。所以對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋跨中下?lián)蠁?wèn)題的分析研究顯得極為迫切且具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，這對(duì)于社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著很大裨益。本文以貴州拐網(wǎng)河大橋?yàn)槔?，針?duì)幾個(gè)對(duì)該橋跨中下?lián)系膯?wèn)題進(jìn)行了深入研究，以期得到一些高墩大跨剛構(gòu)橋跨中下?lián)袭a(chǎn)生的原因，提高人們對(duì)這種橋型的認(rèn)識(shí)，給設(shè)計(jì)以及施工研究人員以啟示。
1工程概況
拐網(wǎng)河大橋的橋型方案采用的是2×40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁+66m+2×120m+66m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+（4×40m+5×40m）預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋梁全長(zhǎng)822.32m，設(shè)計(jì)縱坡為1%，主橋的總體布置見(jiàn)圖1。主橋的主梁采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單幅橋箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：箱梁采用直腹板單箱單室截面，頂板自帶1.5%的橫坡，梁底曲線按1.8次拋物線變化。箱梁在主墩頂處設(shè)置了雙橫梁。預(yù)應(yīng)力混凝土主梁采用的是C55混凝土，主梁的節(jié)段施工分為0號(hào)現(xiàn)澆段、1～15號(hào)懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段及合龍段。
橋梁下部結(jié)構(gòu)，拐網(wǎng)河大橋橋墩高差比較大，4號(hào)墩高度為83m，主橋橋墩包含三個(gè)主墩和兩個(gè)過(guò)渡墩，其中中間的三個(gè)墩采用雙肢矩形薄壁墩，中間主墩在墩的中部設(shè)置有聯(lián)系梁，基礎(chǔ)采用的是整體式承臺(tái)。兩側(cè)過(guò)渡墩采用的是矩形薄壁截面，基礎(chǔ)采用的是整體式承臺(tái)。墩身采用的是C40混凝土。橋墩承臺(tái)、系梁、樁基采用的是C30混凝土。
2跨中下?lián)铣梢蚍治?/p>
2.1建立有限元模型
采用Midas/Civil 2019分析軟件建立了實(shí)橋的空間有限元模型，主梁和橋墩均采用三維梁?jiǎn)卧?。全橋共分?15個(gè)單元，其中主梁分為154個(gè)單元，橋墩分為61個(gè)單元。結(jié)構(gòu)的約束條件為：橋墩與主梁固結(jié);橋墩與墩底固結(jié)。坐標(biāo)系取順橋方向?yàn)閄軸，橫橋方向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。全橋單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。
2.2考慮徐變與不考慮徐變的影響
為了研究混凝土收縮徐變對(duì)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系挠绊懀謩e給出了拐網(wǎng)河大橋模型在成橋時(shí)、成橋1年、成橋5年、成橋10年時(shí)，根據(jù)荷載組合一（恒載+鋼束預(yù)應(yīng)力荷載+活載）和荷載組合二（恒載+鋼束預(yù)應(yīng)力荷載+活載+收縮徐變）這兩個(gè)荷載組合來(lái)模擬考慮徐變因素和不考慮徐變這兩種情況下的橋梁撓度變化。橋梁模擬分析的結(jié)果如下圖所示。
通過(guò)對(duì)圖3到圖6對(duì)比可知，相對(duì)于不考慮混凝土徐變而言，考慮收縮徐變時(shí)跨中的撓度會(huì)有明顯地增加，尤其是在橋梁的中跨跨中。另外還可以觀察到，在成橋后的五年內(nèi)混凝土徐變對(duì)于主梁的跨中下?lián)嫌斜容^強(qiáng)的影響，而且這個(gè)影響會(huì)隨著混凝土徐變的進(jìn)行而不會(huì)停止。
2.3考慮合龍順序的影響
對(duì)于采用懸臂澆筑法施工的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，有幾個(gè)合龍順序可以去選擇，比如先去合龍兩個(gè)邊跨再去合龍兩個(gè)中跨，也可以先去合龍兩個(gè)中跨再去合龍兩個(gè)邊跨，又或者邊跨和中跨一起合龍等。當(dāng)采用不同的合同順序的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)也會(huì)進(jìn)行不同的體系轉(zhuǎn)換，橋梁也將因此產(chǎn)生不同的內(nèi)力重分布與相關(guān)的次內(nèi)力，這也必然會(huì)對(duì)成橋后的線形和受力造成影響。
拐網(wǎng)河大橋擬定了三個(gè)合龍方案，方案一：先合龍邊跨再合龍中跨;方案二：邊跨和中跨一起合龍;方案三：先合龍中跨再合龍邊跨。
為了研究各合龍方案對(duì)橋梁線形的影響，本文對(duì)拐網(wǎng)河大橋各合龍方案在成橋階段和成橋十年后對(duì)橋梁變形的影響做了分析。
根據(jù)對(duì)比圖7和圖8可以看出，方案一、二、三主梁的整體線形都相對(duì)比較平緩，方案二的主梁整體線形最好，整體線形變化幅度較小。從圖上還可以看出不同的合龍順序?qū)蛄旱膿隙茸冃斡绊戄^大，從線形的對(duì)比結(jié)果看，方案二是最優(yōu)選，拐網(wǎng)河大橋最終采用的是方案二進(jìn)行的合龍。
3結(jié)論
考慮徐變因素比不考慮這一因素時(shí)主梁跨中的撓度值在對(duì)于橋梁變形的影響比較大。所在橋梁設(shè)計(jì)中對(duì)于混凝土徐變的影響作用應(yīng)該給予充分的考慮，對(duì)于橋梁的徐變變形做出精確的估算和預(yù)測(cè)，從而提高橋梁的施工質(zhì)量，有效地預(yù)防和減弱橋梁后期下?lián)蠋?lái)的影響。
合龍順序的方案選擇會(huì)直接影響到高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的最終成橋狀態(tài)。因而當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)地形條件和施工條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)對(duì)合龍方案給予合理的優(yōu)化，這樣不僅能縮短橋梁的施工工期，還可以有效降低施工成本，很好地提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)然最關(guān)鍵的一點(diǎn)是可以有效優(yōu)化成橋后線形，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。
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袁存 杜斌
摘 要：隨著剛構(gòu)橋的應(yīng)用發(fā)展，在目前剛構(gòu)橋的施工中仍不可避免地存在跨中下?lián)系膯?wèn)題，本文以貴州拐網(wǎng)河大橋?yàn)槔⒘擞邢拊Ｐ?，?duì)此橋的跨中下?lián)铣梢蜻M(jìn)行了分析，主要探討了混凝土收縮徐變以及施工合龍順序?qū)蛄嚎缰邢聯(lián)系挠绊?，分別用考慮收縮徐變和不考慮收縮徐變兩種條件來(lái)對(duì)比分析剛構(gòu)橋的跨中下?lián)锨闆r，以及不同的合龍順序?qū)蛄汉笃谧冃蔚挠绊懀瑸橥?lèi)型橋梁以后的施工和監(jiān)控提供參考。
關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;跨中下?lián)?混凝土收縮徐變;合龍順序
中圖分類(lèi)號(hào)：U448.23? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）09-0158-03
由于其自身在受力性能上的優(yōu)越性，預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋在我國(guó)的已建橋梁中占有很大比重，隨著近幾十年的發(fā)展，我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋無(wú)論在結(jié)構(gòu)形式還是在跨度方面都在不斷地創(chuàng)新和突破，建造的預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的數(shù)量也是越來(lái)越多，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的建造水平也有了巨大的飛躍。然而在預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的發(fā)展中，有一些問(wèn)題卻是不容忽視的，經(jīng)過(guò)大量調(diào)查后我們發(fā)現(xiàn)，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的施工和成橋運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中有些病害會(huì)頻繁地出現(xiàn)，隨著病害程度的不斷加深，很有可能會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)早地失效和破壞，對(duì)于行車(chē)舒適度以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全都會(huì)產(chǎn)生很大的威脅。在這些病害中，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的跨中下?lián)蠁?wèn)題顯得尤為突出，雖然橋梁的設(shè)計(jì)在不斷地進(jìn)行完善，預(yù)拱度的設(shè)置問(wèn)題也已被充分地進(jìn)行了考慮。但在橋梁在進(jìn)行一段時(shí)間的成橋運(yùn)營(yíng)后，剛構(gòu)橋的跨中仍會(huì)出現(xiàn)不同程度的下?lián)希S著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的持續(xù)，跨中下?lián)弦苍诔掷m(xù)進(jìn)行，這大大超出了設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)變形值。所以對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋跨中下?lián)蠁?wèn)題的分析研究顯得極為迫切且具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，這對(duì)于社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著很大裨益。本文以貴州拐網(wǎng)河大橋?yàn)槔?，針?duì)幾個(gè)對(duì)該橋跨中下?lián)系膯?wèn)題進(jìn)行了深入研究，以期得到一些高墩大跨剛構(gòu)橋跨中下?lián)袭a(chǎn)生的原因，提高人們對(duì)這種橋型的認(rèn)識(shí)，給設(shè)計(jì)以及施工研究人員以啟示。
1工程概況
拐網(wǎng)河大橋的橋型方案采用的是2×40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁+66m+2×120m+66m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+（4×40m+5×40m）預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋梁全長(zhǎng)822.32m，設(shè)計(jì)縱坡為1%，主橋的總體布置見(jiàn)圖1。主橋的主梁采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單幅橋箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：箱梁采用直腹板單箱單室截面，頂板自帶1.5%的橫坡，梁底曲線按1.8次拋物線變化。箱梁在主墩頂處設(shè)置了雙橫梁。預(yù)應(yīng)力混凝土主梁采用的是C55混凝土，主梁的節(jié)段施工分為0號(hào)現(xiàn)澆段、1～15號(hào)懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段及合龍段。
橋梁下部結(jié)構(gòu)，拐網(wǎng)河大橋橋墩高差比較大，4號(hào)墩高度為83m，主橋橋墩包含三個(gè)主墩和兩個(gè)過(guò)渡墩，其中中間的三個(gè)墩采用雙肢矩形薄壁墩，中間主墩在墩的中部設(shè)置有聯(lián)系梁，基礎(chǔ)采用的是整體式承臺(tái)。兩側(cè)過(guò)渡墩采用的是矩形薄壁截面，基礎(chǔ)采用的是整體式承臺(tái)。墩身采用的是C40混凝土。橋墩承臺(tái)、系梁、樁基采用的是C30混凝土。
2跨中下?lián)铣梢蚍治?/p>
2.1建立有限元模型
采用Midas/Civil 2019分析軟件建立了實(shí)橋的空間有限元模型，主梁和橋墩均采用三維梁?jiǎn)卧?。全橋共分?15個(gè)單元，其中主梁分為154個(gè)單元，橋墩分為61個(gè)單元。結(jié)構(gòu)的約束條件為：橋墩與主梁固結(jié);橋墩與墩底固結(jié)。坐標(biāo)系取順橋方向?yàn)閄軸，橫橋方向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。全橋單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。
2.2考慮徐變與不考慮徐變的影響
為了研究混凝土收縮徐變對(duì)剛構(gòu)橋跨中下?lián)系挠绊懀謩e給出了拐網(wǎng)河大橋模型在成橋時(shí)、成橋1年、成橋5年、成橋10年時(shí)，根據(jù)荷載組合一（恒載+鋼束預(yù)應(yīng)力荷載+活載）和荷載組合二（恒載+鋼束預(yù)應(yīng)力荷載+活載+收縮徐變）這兩個(gè)荷載組合來(lái)模擬考慮徐變因素和不考慮徐變這兩種情況下的橋梁撓度變化。橋梁模擬分析的結(jié)果如下圖所示。
通過(guò)對(duì)圖3到圖6對(duì)比可知，相對(duì)于不考慮混凝土徐變而言，考慮收縮徐變時(shí)跨中的撓度會(huì)有明顯地增加，尤其是在橋梁的中跨跨中。另外還可以觀察到，在成橋后的五年內(nèi)混凝土徐變對(duì)于主梁的跨中下?lián)嫌斜容^強(qiáng)的影響，而且這個(gè)影響會(huì)隨著混凝土徐變的進(jìn)行而不會(huì)停止。
2.3考慮合龍順序的影響
對(duì)于采用懸臂澆筑法施工的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，有幾個(gè)合龍順序可以去選擇，比如先去合龍兩個(gè)邊跨再去合龍兩個(gè)中跨，也可以先去合龍兩個(gè)中跨再去合龍兩個(gè)邊跨，又或者邊跨和中跨一起合龍等。當(dāng)采用不同的合同順序的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)也會(huì)進(jìn)行不同的體系轉(zhuǎn)換，橋梁也將因此產(chǎn)生不同的內(nèi)力重分布與相關(guān)的次內(nèi)力，這也必然會(huì)對(duì)成橋后的線形和受力造成影響。
拐網(wǎng)河大橋擬定了三個(gè)合龍方案，方案一：先合龍邊跨再合龍中跨;方案二：邊跨和中跨一起合龍;方案三：先合龍中跨再合龍邊跨。
為了研究各合龍方案對(duì)橋梁線形的影響，本文對(duì)拐網(wǎng)河大橋各合龍方案在成橋階段和成橋十年后對(duì)橋梁變形的影響做了分析。
根據(jù)對(duì)比圖7和圖8可以看出，方案一、二、三主梁的整體線形都相對(duì)比較平緩，方案二的主梁整體線形最好，整體線形變化幅度較小。從圖上還可以看出不同的合龍順序?qū)蛄旱膿隙茸冃斡绊戄^大，從線形的對(duì)比結(jié)果看，方案二是最優(yōu)選，拐網(wǎng)河大橋最終采用的是方案二進(jìn)行的合龍。
3結(jié)論
考慮徐變因素比不考慮這一因素時(shí)主梁跨中的撓度值在對(duì)于橋梁變形的影響比較大。所在橋梁設(shè)計(jì)中對(duì)于混凝土徐變的影響作用應(yīng)該給予充分的考慮，對(duì)于橋梁的徐變變形做出精確的估算和預(yù)測(cè)，從而提高橋梁的施工質(zhì)量，有效地預(yù)防和減弱橋梁后期下?lián)蠋?lái)的影響。
合龍順序的方案選擇會(huì)直接影響到高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的最終成橋狀態(tài)。因而當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)地形條件和施工條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)對(duì)合龍方案給予合理的優(yōu)化，這樣不僅能縮短橋梁的施工工期，還可以有效降低施工成本，很好地提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)然最關(guān)鍵的一點(diǎn)是可以有效優(yōu)化成橋后線形，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。
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