格構(gòu)式超高墩力學(xué)分析與施工監(jiān)控

程獻(xiàn)訪, 曹 晗, 蔣 志, 牛忠榮, 胡宗軍

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)建筑有限公司,安徽 合肥 230022)

連續(xù)鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟,其豎向和橫向剛度大且具有較強(qiáng)的跨越能力,被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的鐵路橋梁建設(shè)。大跨度連續(xù)鋼桁梁橋通常采用懸臂拼裝法架設(shè),為減小施工過程中橋梁的最大懸臂架設(shè)長(zhǎng)度,提高其抗傾覆能力,需要在跨間布置臨時(shí)支架或臨時(shí)墩,以控制體系轉(zhuǎn)換前鋼桁梁橋支座處的最大負(fù)彎矩,防止施工過程中橋梁發(fā)生傾覆。在山嶺重丘區(qū)、深溝峽谷等復(fù)雜地形下,輔助結(jié)構(gòu)臨時(shí)墩的高度很大。橋梁懸臂架設(shè)期間,超高墩的穩(wěn)定性與承載性能直接影響上部橋梁的施工[1]。因此,對(duì)超高墩在橋梁懸臂架設(shè)中的受力狀態(tài)進(jìn)行研究是必要的,也需要在施工中實(shí)時(shí)監(jiān)控其應(yīng)力和位移狀態(tài)[2-5]。目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于鋼桁梁橋力學(xué)模擬與施工監(jiān)控的研究成果較豐富。文獻(xiàn)[6]針對(duì)鋼桁梁橋半懸臂半簡(jiǎn)支狀態(tài),提出鋼桁梁前端撓度與墩頂反力呈線性關(guān)系;文獻(xiàn)[7]對(duì)比分析格構(gòu)式風(fēng)電塔架腹桿和塔柱節(jié)點(diǎn)剛接、鉸接及半剛性連接3種模型計(jì)算結(jié)果的區(qū)別;文獻(xiàn)[8]研究臨時(shí)墩的設(shè)置和可變載荷對(duì)三塔式組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響;文獻(xiàn)[9]對(duì)大跨度簡(jiǎn)支梁橋雙懸臂架設(shè)進(jìn)行力學(xué)分析。

本文以新建玉溪—磨憨鐵路元江雙線特大橋?yàn)槔?對(duì)連續(xù)鋼桁梁橋懸臂拼裝施工過程中格構(gòu)式超高墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,建立鋼桁梁和超高墩力學(xué)模型,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控方案;通過對(duì)比有限元法計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),分析超高墩結(jié)構(gòu)承載性能,以保障橋梁施工過程中超高墩結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。

1 工程概況

元江雙線特大橋?yàn)?跨連續(xù)鋼桁梁橋,跨徑為(108.0+151.5+249.0+151.5+108.0) m,鋼桁梁全長(zhǎng)768.0 m。橋梁及輔助工程立面布置如圖1所示(單位為m)。

圖1 橋梁及輔助結(jié)構(gòu)立面布置

該橋結(jié)構(gòu)為下弦曲線變化的變桁高上承式鋼橋,由左右2片主桁組成,主桁中心距16.0 m,鋼桁梁平弦段腹桿為N型結(jié)構(gòu),變高段腹桿為K型結(jié)構(gòu)。主墩左右兩側(cè)各2個(gè)節(jié)間長(zhǎng)15.0 m,其余節(jié)間長(zhǎng)13.5 m,全橋共56個(gè)節(jié)間。平弦段桁高16.0 m,變高段桁高由16.0 m漸變至36.0 m。橋梁主結(jié)構(gòu)用鋼量約20 000 t。鋼桁梁施工方案為雙向?qū)ΨQ懸臂架設(shè),在跨中合龍。為保證橋梁在施工過程中的安全,減小鋼桁梁的懸臂拼裝長(zhǎng)度,施工期間需在兩岸邊跨和次邊跨設(shè)置臨時(shí)拼裝支架和2座鋼結(jié)構(gòu)超高墩L5和L6。鋼桁梁架設(shè)過超高墩懸拼5個(gè)節(jié)間至主墩后,在主墩起頂落梁,超高墩脫空。

兩岸超高墩L5、L6對(duì)稱布置,距邊墩81.0 m,高度分別為110.9、133.1 m,結(jié)構(gòu)為12根鋼立柱格構(gòu)式變剛度支架,平面尺寸由墩底21 m×12 m變化為墩頂21 m×6 m。超高墩主要承重結(jié)構(gòu)鋼立柱每節(jié)8 m或9 m,節(jié)段之間焊接。立柱之間設(shè)置聯(lián)結(jié)系和平面桁架,連接方式為螺栓連接。每榀柱頂設(shè)置3層箱型截面分配梁,分配梁接觸位置四周滿焊,總高度為4.5 m。超高墩基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁,墩身結(jié)構(gòu)桿件均采用圓鋼管,材質(zhì)均為Q345B,許用應(yīng)力為295 MPa。本文以超高墩L6為例,介紹超高墩結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模型的建立與施工監(jiān)控結(jié)果。超高墩L6結(jié)構(gòu)如圖2所示(單位為m)。

圖2 超高墩L6結(jié)構(gòu)

2 鋼桁梁橋懸臂施工過程力學(xué)分析

2.1 鋼桁梁橋懸臂架設(shè)的力學(xué)模型

兩岸超高墩L5和L6是鋼桁梁懸臂架設(shè)施工中重要的大型臨時(shí)結(jié)構(gòu),鋼桁梁架設(shè)從超高墩向跨中懸拼5個(gè)節(jié)間至主墩期間,超高墩與橋臺(tái)、邊墩共同承擔(dān)上部橋梁荷載,在主墩頂起鋼桁梁并安裝臨時(shí)支座后,超高墩脫離工作。根據(jù)鋼桁梁橋懸臂施工方案,分別建立鋼桁梁橋與超高墩施工過程的力學(xué)模型。力學(xué)模型合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)連接螺栓、節(jié)點(diǎn)板等結(jié)構(gòu),將鋼桁梁橋的鋼材密度放大1.25倍,邊跨和次邊跨鋼桁梁實(shí)際質(zhì)量為6 646 t;將超高墩L6的鋼材密度放大1.27倍,實(shí)際質(zhì)量為1 140 t。鋼桁梁橋懸臂拼裝桿系有限元法分析模型如圖3所示。

根據(jù)橋梁懸臂拼裝期間橋支座實(shí)際狀態(tài),按照桿系結(jié)構(gòu),有限元模型中橋臺(tái)和邊墩處邊界條件為簡(jiǎn)支約束,橋臺(tái)上游支座約束橫橋向(y方向)和豎向(z方向),下游支座約束豎向(z方向);邊墩上游支座約束x、y、z方向,下游約束x、z方向。架梁吊機(jī)自重荷載施加在當(dāng)前拼裝節(jié)間后第1節(jié)間的上弦桿4個(gè)節(jié)點(diǎn)處。

圖3 鋼桁梁橋懸臂拼裝有限元法模型

超高墩結(jié)構(gòu)有限元模型所有桿件均為梁?jiǎn)卧?節(jié)點(diǎn)之間剛接,邊界條件為：超高墩下部12根鋼立柱柱腳全部固結(jié),墩頂3層分配梁之間剛性連接。

鋼桁梁與超高墩計(jì)算模型中荷載組合考慮結(jié)構(gòu)自重、質(zhì)量為186 t的吊機(jī)荷載、施工活載、風(fēng)荷載和溫度荷載。① 施工活載,根據(jù)文獻(xiàn)[10]取值為1 kN/m2;② 溫度荷載,根據(jù)當(dāng)?shù)厝隁夂驐l件,考慮升溫30 ℃與降溫25 ℃的溫度荷載;③ 風(fēng)荷載,按照文獻(xiàn)[10],垂直于超高墩表面上的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk計(jì)算公式為:

wk=βzμsμzw0

(1)

其中:wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;βz為高度z處的風(fēng)振系數(shù);μs為風(fēng)荷載體型系數(shù);μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);w0為基本風(fēng)壓,取值為0.4 kN/m2(風(fēng)速相當(dāng)于25 m/s)。

施工過程計(jì)算荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、施工活載、風(fēng)荷載和溫度荷載。當(dāng)鋼桁梁懸臂架設(shè)至超高墩上方,通過有限元法計(jì)算可得:鋼桁梁下弦桿E14節(jié)點(diǎn)(上、下游各1個(gè))豎向撓度為-368 mm,順橋向位移為24 mm,橫橋向位移為5 mm。為減小最大懸臂工況下超高墩所承擔(dān)的荷載,施工方案為:維持鋼桁梁原有豎向撓度不變,鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)與超高墩L6支點(diǎn)之間用鋼墊板墊實(shí),在墊板四周焊接限位板,超高墩由組立狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài),開始承受上部鋼桁梁傳遞的載荷。鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)與超高墩L6墩頂分配梁接觸示意如圖4所示。

鋼結(jié)構(gòu)超高墩水平和豎向剛度與通常的混凝土結(jié)構(gòu)墩相比較小,在可變荷載和鋼桁梁懸臂變長(zhǎng)度拼裝荷載作用下,超高墩與鋼桁梁之間為復(fù)雜接觸關(guān)系。因此,需要將鋼桁梁與超高墩作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu),模擬施工過程的力學(xué)行為,獲得鋼桁梁對(duì)超高墩的作用力。

圖4 鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)與超高墩L6墩頂分配梁接觸示意

由于鋼桁梁架設(shè)越過超高墩以后的懸臂長(zhǎng)度陸續(xù)增長(zhǎng),鋼桁梁與超高墩結(jié)構(gòu)接觸位置各方向自由度的彈性剛度不能確定,難以用傳統(tǒng)方法模擬兩者之間的接觸行為。鋼桁梁在施工過程中豎向撓度為主要變形,根據(jù)線彈性結(jié)構(gòu)疊加原理,在小變形條件下,梁的撓度、轉(zhuǎn)角與荷載成線性關(guān)系[11]。因此,合理簡(jiǎn)化鋼桁梁與超高墩接觸位置的邊界條件,通過在鋼桁梁上、下游2個(gè)E14節(jié)點(diǎn)施加于超高墩2個(gè)豎向集中力,其反作用力FR為超高墩對(duì)鋼桁梁的豎向支承力。支承力FR大小與鋼桁梁懸拼各工況下的支承狀態(tài)——E14節(jié)點(diǎn)的豎向撓度w有關(guān)。超高墩與鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)接觸關(guān)系可按照半懸臂半簡(jiǎn)支狀態(tài)下建立[6](鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)有豎向撓度w,非完全簡(jiǎn)支),FR與w關(guān)系為:

FR=kw+FR0

(2)

其中:k為鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)處豎向彈性剛度;FR0為鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)完全簡(jiǎn)支狀態(tài)下(即鋼桁梁呈水平狀態(tài)),超高墩對(duì)E14節(jié)點(diǎn)豎向支承力。

根據(jù) (2) 式,通過w,可以求得橋梁懸拼各工況下FR,從而建立起懸臂拼裝時(shí)鋼桁梁與超高墩的荷載聯(lián)系。

2.2 鋼桁梁懸臂架設(shè)過程超高墩力學(xué)分析

鋼桁梁架設(shè)過超高墩懸拼5個(gè)節(jié)間后至主墩,利用有限元法模擬鋼桁梁懸臂架設(shè)施工過程,計(jì)算分析超高墩組立完成(超高墩組裝完成、未工作狀態(tài))與鋼桁梁懸拼工況下的承載性能。超高墩主要計(jì)算工況為:① 超高墩組立完成;② 工況0,鋼桁梁落梁到超高墩(初始狀態(tài));③ 工況1～工況5,鋼桁梁越過超高墩分別懸拼第1節(jié)間至第5節(jié)間完整節(jié)間狀態(tài)。計(jì)算荷載包括結(jié)構(gòu)自重、施工活載、架梁吊車自重、風(fēng)荷載、溫度載荷。

2.2.1 豎向支承力FR計(jì)算結(jié)果

本工程鋼桁梁懸臂拼裝施工過程符合變結(jié)構(gòu)線彈性力學(xué)模型,根據(jù)有限元法和(2)式計(jì)算得到不同工況下w與FR的關(guān)系。k值計(jì)算方法如下:以鋼桁梁架設(shè)至超高墩上方時(shí)工況0為例,通過有限元計(jì)算確定鋼桁梁完全簡(jiǎn)支(鋼桁梁呈水平狀態(tài)),即w=0 mm時(shí),FR0=4 370 kN;鋼桁梁完全懸臂(E14節(jié)點(diǎn)無支承力),即FR=0 kN時(shí),w=-368 mm,根據(jù) (2) 式可確定k值,其余工況類似。鋼桁梁架設(shè)各工況下w與FR的關(guān)系如圖5所示,可見各工況下k值幾乎不變。

圖5 各工況下E14節(jié)點(diǎn)撓度w與豎向支承力FR關(guān)系

鋼桁梁架設(shè)至超高墩上方時(shí),現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)懸臂端E14節(jié)點(diǎn)豎向撓度為-246 mm,與計(jì)算值-368 mm不同,原因是模型中計(jì)算荷載與現(xiàn)場(chǎng)施工有一定的偏差,導(dǎo)致計(jì)算值偏大。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),取w=w實(shí)際=-246 mm,由 (2) 式計(jì)算求得鋼桁梁實(shí)際施工中,各工況下超高墩每榀柱頂對(duì)鋼桁梁的單點(diǎn)豎向支承力F實(shí)際,結(jié)果見表1所列。

表1 k值與E14節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)豎向支承力F實(shí)際計(jì)算結(jié)果

表1中,鋼桁梁完全簡(jiǎn)支狀態(tài)(鋼桁梁呈水平狀態(tài)),各工況下墩橋之間單點(diǎn)相互作用力FR0也一并列出。工況0為上超高墩工況,因鋼桁梁上架梁吊機(jī)位于超高墩左側(cè)(見圖3),超高墩工作狀態(tài)下各工況E14節(jié)點(diǎn)的實(shí)際撓度一直為w=w實(shí)際=-246 mm,故k值稍小于工況1～工況5。工況5為鋼桁梁最大懸臂拼裝狀態(tài),超高墩對(duì)鋼桁梁E14節(jié)點(diǎn)的作用反力F實(shí)際為21 613.2 kN。鋼桁梁由左右2榀對(duì)稱桁梁組成,超高墩L6通過上、下游2個(gè)E14節(jié)點(diǎn)對(duì)鋼桁梁提供支承力,故超高墩L6受到的鋼桁梁作用力為2F實(shí)際。

2.2.2 組立完成工況超高墩計(jì)算結(jié)果

兩岸超高墩L5、L6高度分別為110.9、133.1 m,屬于高聳鋼結(jié)構(gòu),且水平橫橋向剛度大于順橋向剛度,組立完成后受到順橋向風(fēng)荷載影響較大。組立完成工況超高墩L6在自重、溫升30 ℃和順橋向風(fēng)荷載作用下,有限元法計(jì)算結(jié)果如下:

(1) 超高墩柱腳應(yīng)力和墩頂順橋向位移最大。

(2) 最大組合應(yīng)力為-193 MPa,位于靠山側(cè)上、下游柱腳(測(cè)點(diǎn)12、測(cè)點(diǎn)9);斜腹桿最大組合應(yīng)力為-101 MPa,位于靠山側(cè)下游(測(cè)點(diǎn)13);超高墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力小于Q345B鋼材的許用應(yīng)力295 MPa。

(3) 墩頂最大順橋向位移為288 mm(組合位移為290 mm),偏向靠山側(cè)。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]規(guī)定,在風(fēng)荷載或多遇地震作用下,塔樓處的剪切位移角θ不宜大于1/300。超高墩L6墩頂順橋向變形為290/133 100<1/300,滿足文獻(xiàn)[12]要求,超高墩處于安全狀態(tài)。

有限元法計(jì)算的超高墩L6組合應(yīng)力和組合位移云圖如圖6所示。

結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，數(shù)據(jù)處理與分析采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性比較，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

超高墩L5的結(jié)果與L6類似。

圖6 超高敦L6組立完成最大組合應(yīng)力和位移云圖

2.2.3 懸臂架設(shè)各工況下超高墩計(jì)算結(jié)果

鋼桁梁過超高墩L6懸拼第5節(jié)間后至主墩,最大懸臂長(zhǎng)度為70.5 m。懸拼節(jié)間桁高由16.0 m漸變至36.0 m;鋼桁梁第1節(jié)間質(zhì)量最小,為356.1 t;第5節(jié)間質(zhì)量最大,為716.9 t。隨著施工進(jìn)行,超高墩底部支反力呈凹曲線增長(zhǎng),工況5下超高墩最大支反力為54 360 kN。鋼桁梁過L6墩懸拼5個(gè)節(jié)間期間,地面對(duì)L6墩支反力計(jì)算值如圖7所示。

圖7 懸拼5個(gè)節(jié)間期間超高墩L6底部支反力計(jì)算值

鋼桁梁懸臂架設(shè)工況5懸臂最大,超高墩承受的單點(diǎn)豎向集中力FR′(超高墩對(duì)鋼桁梁豎向支承力FR的反作用力)達(dá)到最大,為21 613.2 kN,為最危險(xiǎn)工況,共有2個(gè)著力點(diǎn),故超高墩受到鋼桁梁的作用力為43 226.4 kN。通過有限元法計(jì)算分析,在溫升30 ℃和順橋向風(fēng)荷載作用下,超高墩L6在工況5下的組合應(yīng)力和組合位移分布如圖8所示。

圖8 超高墩L6在工況5下最大組合應(yīng)力和位移云圖

由圖8可知：

(1) 最大組合應(yīng)力為-246 MPa,位于靠山側(cè)下游柱腳(測(cè)點(diǎn)9);12根超高墩柱腳中,靠山側(cè)4根柱腳組合應(yīng)力均大于230 MPa,中間層和靠河側(cè)柱腳應(yīng)力依次減小。

(2) 斜腹桿最大組合應(yīng)力為-117.5 MPa,位于靠山側(cè)下游(測(cè)點(diǎn)13)。

(3) 超高墩剛度變化拐點(diǎn)處最大組合應(yīng)力為-146.2 MPa,焊縫上下鋼立柱應(yīng)力變化平穩(wěn)。

(5) 墩頂最大順橋向位移為262 mm(組合位移為264 mm),小于超高墩組立完成工況下位移,剪切變形滿足文獻(xiàn)[12]要求。

超高墩L6工況5和組立工況下最大組合應(yīng)力和位移發(fā)生處位置相同,結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于Q345B鋼材的許用應(yīng)力295 MPa,結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

3 超高墩施工過程應(yīng)力和變形監(jiān)控

3.1 超高墩應(yīng)力和變形監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置

超高墩主要承重桿件為12根鋼立柱,鋼桁梁過超高墩懸臂拼裝5個(gè)節(jié)間至主墩過程中,各工況下超高墩承受的荷載差距很大,施工監(jiān)控采用應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)超高墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移狀態(tài),發(fā)生數(shù)據(jù)異常時(shí),及時(shí)報(bào)警查找原因,排除施工風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果,在超高墩應(yīng)力較大部位和結(jié)構(gòu)尺寸變化處安裝鋼弦式應(yīng)變計(jì),共24處。在柱腳和墩頂粘貼反光片,監(jiān)測(cè)超高墩基礎(chǔ)沉降和墩頂位移。超高墩應(yīng)力、位移測(cè)點(diǎn)編號(hào)如圖9所示(應(yīng)力測(cè)點(diǎn)編號(hào)由下游到上游順序排列)。

圖9 超高墩應(yīng)力、位移測(cè)點(diǎn)布置

3.2 超高墩應(yīng)力和位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

從超高墩L6應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)中選取工況3～工況5下超高墩柱腳、柱中剛度變化拐點(diǎn)與柱頂3個(gè)不同位置處測(cè)量值與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比。

(1) 鋼桁梁懸臂架設(shè)工況下,靠河側(cè)柱腳測(cè)點(diǎn)3、靠山側(cè)柱腳測(cè)點(diǎn)11、超高墩拐點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)20、靠河側(cè)柱頂測(cè)點(diǎn)24、中間層柱頂測(cè)點(diǎn)22實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值對(duì)比見表2所列。柱頂(測(cè)點(diǎn)24、測(cè)點(diǎn)22)應(yīng)力實(shí)測(cè)值和計(jì)算值較為接近,誤差在15%以內(nèi);柱腳與拐點(diǎn)處(測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)11、測(cè)點(diǎn)20)應(yīng)力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相差較大,原因是超高墩柱腳和拐點(diǎn)處應(yīng)力受彎矩影響較大,而軸向應(yīng)變計(jì)只能測(cè)量粘貼位置處沿桿件軸向應(yīng)力。

(2) 工況5為鋼桁梁懸拼至主墩第5節(jié)間,為安全考慮,現(xiàn)場(chǎng)施工流程為:架梁吊機(jī)移動(dòng)到第4節(jié)間準(zhǔn)備吊裝第5節(jié)間桿件,首先安裝第5節(jié)間下弦桿,桿件定位初擰高強(qiáng)螺栓后,最遠(yuǎn)端E19節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)位置見圖3)在主墩用鋼板墊實(shí),然后繼續(xù)安裝剩下的桿件。因此,鋼桁梁吊裝第5節(jié)間期間,該節(jié)間已不是完全懸臂狀態(tài),導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)測(cè)值有較大差別。

(3) 鋼桁梁懸臂架設(shè)各工況下,超高墩中間層柱頂測(cè)點(diǎn)22、中間層柱腳測(cè)點(diǎn)5應(yīng)力測(cè)量結(jié)果與有限元計(jì)算值對(duì)比如圖10所示,應(yīng)力測(cè)量值與組合應(yīng)力計(jì)算值差距很小。

(4) 鋼桁梁懸臂架設(shè)期間超高墩拐點(diǎn)處實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)變化平穩(wěn),鋼立柱之間焊縫良好;整個(gè)施工期間超高墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在工況5下測(cè)點(diǎn)24處,為-87.2 MPa,計(jì)算應(yīng)力為-96.9 MPa,均小于Q345B的許用應(yīng)力295 MPa,超高墩結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

表2 工況3～工況5實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值對(duì)比 單位:MPa

圖10 各工況下超高墩L6柱頂、柱腳應(yīng)力變化實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比

3.2.2 位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

鋼桁梁最大懸臂工況5下,超高墩墩頂D3、D4位移測(cè)點(diǎn)處,最大順橋向位移為35 mm,最大橫橋向位移為14 mm,最大豎向位移為42 mm(對(duì)應(yīng)的位移計(jì)算值分別為30、4、58 mm),根據(jù)文獻(xiàn)[12],超高墩剪切位移角θ小于1/300,滿足安全施工要求。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)新建鐵路元江雙線連續(xù)鋼桁梁橋懸臂架設(shè)施工建立力學(xué)模型,采用有限元法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)超高墩進(jìn)行數(shù)值分析,并對(duì)其施工過程的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)控,得出以下結(jié)論:

(1) 針對(duì)超高墩,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合理簡(jiǎn)化墩橋之間接觸條件,建立墩-橋相互作用力學(xué)模型,經(jīng)過施工過程應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,該簡(jiǎn)化方法合理可靠。超高墩組立施工期間和鋼桁梁懸臂拼裝各工況下,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工過程中超高墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移狀態(tài),應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果較為吻合,驗(yàn)證了本文對(duì)鋼桁梁和超高墩的力學(xué)分析結(jié)果,建立的應(yīng)力監(jiān)控體系保證了橋梁的安全施工。

(2) 超高墩在組立工況下,風(fēng)荷載和溫度效應(yīng)的影響較工作期間更大,針對(duì)該施工過程的有限元分析是必要的。超高墩組立施工期間遇到大風(fēng)惡劣天氣應(yīng)停止施工,應(yīng)力監(jiān)控工作應(yīng)持續(xù)到超高墩脫離工作(即拆除后)為止。