先簡(jiǎn)支后連續(xù)混凝土箱梁橋施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)性能的影響分析

于衛(wèi)國(guó), 王新定, 孔文銳, 周 毅, 陳 兵, 張 璠

(1.南通路橋工程有限公司,江蘇 南通 226001;2.東南大學(xué),江蘇 南京 210096)

0 引 言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展,裝配化、標(biāo)準(zhǔn)化的快捷施工技術(shù)不斷得到推廣,先簡(jiǎn)支后連續(xù)的橋梁施工方法應(yīng)運(yùn)而生。該施工方法在二十世紀(jì)八十年代中期迅速發(fā)展,并在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。它兼顧了簡(jiǎn)支梁橋可以批量預(yù)制、裝配化程度高和連續(xù)梁優(yōu)越的力學(xué)性能與使用性能,迅速成為工程建設(shè)中等跨徑橋梁時(shí)的首要選擇。但是,先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁橋也不是萬(wàn)全之策,它獨(dú)特的施工方法在解決以往簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋施工痛點(diǎn)的同時(shí),也產(chǎn)生了新的缺點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁橋在臨時(shí)支座拆除前是簡(jiǎn)支梁受力形式,當(dāng)負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力張拉后,臨時(shí)支座被拆除,橋梁將變?yōu)檫B續(xù)梁受力形式。在此過(guò)程中,如果預(yù)應(yīng)力張拉和拆除臨時(shí)支座兩道工序操作不當(dāng),將在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)引起內(nèi)力重分布,會(huì)對(duì)成橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生影響[4]。采用有限元方法,探究不同施工順序?qū)ο群?jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋結(jié)構(gòu)受力性能的影響,以期優(yōu)化該類橋梁的施工工序,為今后同類橋梁施工提供參考與借鑒。

1 工程概況

橋梁工程位于江蘇中部長(zhǎng)江北岸,地貌屬里下河洼地,地勢(shì)低洼,地形起伏小,區(qū)域內(nèi)湖蕩星羅棋布,圩田眾多,河道交錯(cuò)縱橫。該裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨徑布置為4×(5×30)mm,橋梁的典型橫斷面如圖1所示。橋?qū)?3.5m,橫向布置4片小箱梁。箱梁梁高1.6m,跨中下箱梁頂板和底板厚度為0.18m,支點(diǎn)處底板加厚至0.30m,二者之間設(shè)有2m長(zhǎng)的直線漸變段。上部預(yù)制箱梁、橫梁、現(xiàn)澆接頭、濕接縫等均采用C50混凝土,預(yù)應(yīng)力材料采用低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線單根直徑為15.2mm,鋼絞線截面積為140mm2,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為1 860MPa,彈性模量為1.95×105MPa。橋梁采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方法。

2 臨時(shí)支座拆除順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力性能的影響

對(duì)于先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁橋,不同的施工順序會(huì)引起不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)[5]。為了使這類橋梁成橋時(shí)的受力狀態(tài)更加合理和安全,本文探究了不同施工順序?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)受力性能的影響,采用實(shí)體有限元分析方法對(duì)不同施工順序進(jìn)行了仿真分析,包括連續(xù)段的混凝土施工順序和臨時(shí)支座的拆除順序。

在先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁橋的施工中,體系轉(zhuǎn)換是尤為關(guān)鍵的一步[7]。在各連續(xù)段所有預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后,將臨時(shí)支座拆除,使連續(xù)梁落在預(yù)先設(shè)置好的永久支座上,就完成了簡(jiǎn)支變連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換[8]。而在臨時(shí)支座拆除后,由于臨時(shí)支座和永久支座之間存在一定高差(一般為3～5mm),且永久支座在完全支撐主梁前必定要發(fā)生一定的變形,且在支點(diǎn)截面處主梁必定會(huì)發(fā)生一定位移[9-10]。因此,不同支點(diǎn)截面處的相對(duì)位移顯然會(huì)影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài),導(dǎo)致應(yīng)力重分布。研究臨時(shí)支座的拆除順序,使這種影響降至最低。通過(guò)給永久支座節(jié)點(diǎn)添加強(qiáng)迫位移,來(lái)模擬臨時(shí)支座的拆除,再分別劃分添加強(qiáng)迫位移的順序,模擬實(shí)際的拆除順序。臨時(shí)支座拆除順序分為三種工況:①依次拆除;②對(duì)稱拆除;③間隔拆除。

結(jié)合圖2,詳述3種拆除順序。工況①:依次拆除1#、2#、3#、4#臨時(shí)支座;工況②:先拆除1#和4#臨時(shí)支座,再拆除2#和3#臨時(shí)支座;工況③:先拆除1#和3#臨時(shí)支座,再拆除2#和4#臨時(shí)支座。圖3是箱梁在拆除臨時(shí)支座過(guò)程中的撓度云圖(以工況①為例)。

圖2 臨時(shí)支座示意圖

工況①～③情況下橋梁的撓度變化曲線如圖4所示。表1～表3分別表示了工況①～③情況下拆除過(guò)程中各支點(diǎn)截面的頂?shù)装鍛?yīng)力。

表1 工況①拆除過(guò)程各支點(diǎn)截面頂?shù)装鍛?yīng)力(單位:MPa)

表2 工況②拆除過(guò)程各支點(diǎn)截面頂?shù)装鍛?yīng)力(單位:MPa)

表3 工況③拆除過(guò)程各支點(diǎn)截面頂?shù)装鍛?yīng)力(單位:MPa)

從圖4中可以看出,不同的臨時(shí)支座拆除順序會(huì)引起不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在工況①的情況下,拆除2#支座引起的附加撓度最大,在拆除2#臨時(shí)支座后,分別在第二跨引起了向下的附加撓度和第四跨引起了向上的附加撓度。在工況②的情況下,1#、4#臨時(shí)支座的拆除引起了第三跨向上的附加撓度。在工況③的情況下,1#、3#臨時(shí)支座的拆除引起了第五跨向上的附加撓度。但是,這些附加撓度數(shù)值均在1mm左右,由此引起的頂?shù)装謇瓚?yīng)力也較小,影響不大。從盡量減少支座拆除對(duì)結(jié)構(gòu)影響的角度出發(fā),工況②應(yīng)是最佳選擇。因?yàn)樵诠r②的情況下,橋梁的撓度變化更均勻平緩。工況①每拆除一個(gè)臨時(shí)支座都會(huì)產(chǎn)生附加撓度,工況③則在邊跨引起了附加撓度,這都是不利于結(jié)構(gòu)的受力。

圖4 各工況下橋梁撓度變化曲線圖

從表1～表3可以發(fā)現(xiàn),工況①和工況②在全部臨時(shí)支座拆除后,其頂?shù)装遄罱K的拉應(yīng)力都較小,而工況③在3#支座的頂板的最終拉應(yīng)力為0.26MPa。在拆除過(guò)程中,工況③出現(xiàn)的拉應(yīng)力也是最大的,在拆除1#和3#臨時(shí)支座后,2#支座截面的頂板出現(xiàn)了0.61MPa的拉應(yīng)力,占2#支座截面頂板負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力張拉儲(chǔ)備壓應(yīng)力的8.7%。雖然頂?shù)装宄霈F(xiàn)的拉應(yīng)力不足以使混凝土開裂,但是從有利于混凝土結(jié)構(gòu)受力的角度出發(fā),預(yù)壓應(yīng)力儲(chǔ)備應(yīng)是越多越好。由以上可知,臨時(shí)支座的拆除順序采用工況②的對(duì)稱拆除為最佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用有限元方法對(duì)該先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的施工順序進(jìn)行了仿真分析,從分析結(jié)果可以得到結(jié)論:在體系轉(zhuǎn)換中臨時(shí)支座的拆除順序,可采用對(duì)稱拆除的施工順序。