某公路橋項目預(yù)應(yīng)力箱梁合龍段受力及參數(shù)影響探討

李紅琴

摘要 為有效探究箱梁自重、預(yù)應(yīng)力大小及張拉時機(jī)對預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁受力及變形的影響，文章依托某公路橋梁施工實踐，通過有限元模型，對預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁合龍段的底板應(yīng)力及位移變化實施模擬分析。結(jié)果顯示：（1）箱梁底板跨中部位板體較薄、鋼絞線布設(shè)數(shù)量較多，在交通荷載持續(xù)影響下，極易引發(fā)底板橫向開裂問題。（2）適當(dāng)降低底板縱向預(yù)應(yīng)力能夠在一定程度上降低底板拉應(yīng)力，可以有效避免梁體底板裂縫。（3）箱梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值90%時實施預(yù)應(yīng)力張拉，能夠有效降低底板應(yīng)力，防止箱梁底板開裂。

關(guān)鍵詞 公路橋梁項目；混凝土箱梁；合龍段受力；參數(shù)分析

中圖分類號U445.57文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0096-03

0 引言

預(yù)應(yīng)力箱梁作為公路橋梁建設(shè)的常用結(jié)構(gòu)類型，其受力形式較為復(fù)雜，特別是對于合龍施工階段，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量較多，箱梁高度及底板厚度不足，形成受力最不利部位，加強(qiáng)箱梁合龍段施工過程中的底板受力及變形分析尤為重要。為此，該文結(jié)合實際工程案例，系統(tǒng)分析了預(yù)應(yīng)力箱梁合龍段受力及參數(shù)影響，對保證預(yù)應(yīng)力箱梁施工質(zhì)量，具有重要意義[1]。

1 工程概況

某公路橋梁項目總長度為7.25 km，設(shè)計時速為80 km/h，上部采用單箱單室現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，支架體系為鋼管樁；現(xiàn)澆箱梁頂板寬度為12 m，兩側(cè)懸臂長度均為2.5 m，厚度為0.26 m；底板寬度為6.0 m，厚度為0.24 m，腹板厚度為0.45 m，整體高度為2.6 m。預(yù)應(yīng)力鋼筋沿箱梁縱向布設(shè)，因合龍段預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置數(shù)量較多，箱梁高度較小，并且跨中為受力不利部位，所以該文選取合龍段與兩側(cè)梁段共計3節(jié)段實施力學(xué)性能分析。

2 模型建立

2.1 建立模型

通過ANSYS系統(tǒng)，構(gòu)建合龍段與兩側(cè)梁段3節(jié)段的數(shù)值模型，見圖1所示。模型長32.0 m，x、y方向依次代表箱梁寬度和高度，以豎直向上及水平向右為正向，向下及向左為負(fù)向。z軸表示梁體縱向，以邊緣至跨中為正向。設(shè)計張拉力為1 860.0 MPa，共劃分為27 845個單元，32 020個節(jié)點(diǎn)?；炷良颁摻钪饕夹g(shù)指標(biāo)，見表1所示。

2.2 計算方式

利用ANSYS系統(tǒng)實施的模擬計算分析具體包含3個階段，先由設(shè)計指標(biāo)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)指標(biāo)，然后轉(zhuǎn)化為目標(biāo)方程，詳細(xì)流程見圖2所示。

3 模型分析

3.1 箱梁底板受力及變形分析

通過模擬計算得到合龍段底板及截面豎向應(yīng)力變化規(guī)律，分別見圖3～4所示：

從圖3和圖4可知：①梁體腹板內(nèi)、外兩側(cè)分別承受拉力和壓力作用，且拉力、壓力最大值均位于該部位，因此腹板兩側(cè)極易產(chǎn)生裂縫。②合龍段箱梁最大拉應(yīng)力、壓應(yīng)力分別出現(xiàn)在腹板內(nèi)側(cè)及外側(cè)接近底板的部位，其值分別為1.60 MPa和0.96 MPa，在交通荷載反復(fù)影響下，若此部位箍筋布設(shè)不合理，極易引發(fā)底板開裂問題[2]。

經(jīng)模擬計算得到箱梁底板中線部位縱向、橫向的應(yīng)力變化規(guī)律，見圖5所示。從圖5可知，最大橫向拉力出現(xiàn)在底板的跨中部位，并且由跨中向兩邊不斷減小，所以底板跨中部位容易產(chǎn)生裂縫[3]。

模擬得到合龍段跨中部位的豎向變形規(guī)律，見圖6所示。從圖6可知，底板跨中部位的變形最大，其變形量為2.72 mm。

通過上述分析可知，箱梁底板跨中部位的板體較薄、鋼絞線布設(shè)數(shù)量較多，導(dǎo)致合龍段跨中位置產(chǎn)生的拉應(yīng)力及豎向位移較大，形成受力最不利部位，在交通荷載持續(xù)影響下，極易引發(fā)底板橫向開裂問題[4]。

3.2 箱梁底板橫向受力影響因素分析

為有效探究箱梁底板橫向裂縫產(chǎn)生原因，分別從梁體重力、預(yù)應(yīng)力分布情況及預(yù)應(yīng)力張拉時機(jī)三個方面進(jìn)行模擬分析。

選取箱梁自重的1.0、1.1、1.2倍三種重力作用進(jìn)行模擬分析，獲得不同箱梁重力作用下底板橫向應(yīng)力的變化規(guī)律，見圖7所示：

從圖7可知，各種箱梁重力作用下底板橫向應(yīng)力呈現(xiàn)相同的變化趨勢，并且梁體重力越大，底板橫向應(yīng)力越大；與1.0倍箱梁重力條件相比，1.1、1.2倍箱梁重力條件下，箱梁底板橫向應(yīng)力依次提升11.3%、24.2%，充分表明梁體重量增大會在一定程度上增加底板拉應(yīng)力，進(jìn)而增大底板開裂風(fēng)險[5]。

按照0.85、0.90、0.95、1.0倍標(biāo)準(zhǔn)施加預(yù)應(yīng)力作用，通過模擬計算得到各種預(yù)應(yīng)力下底板橫向應(yīng)力的變化規(guī)律，見圖8所示。

從圖8可知，梁體縱向預(yù)應(yīng)力0.85、0.90、0.95、1.0倍條件下，底板產(chǎn)生的最大橫向應(yīng)力依次為2.46 MPa、2.67 MPa、3.01 MPa、3.32 MPa；與1.0倍縱向預(yù)應(yīng)力相比，0.85、0.90、0.95倍預(yù)應(yīng)力條件下底板橫向拉力下降幅度依次為25.9%、19.6%、9.3%，充分表明適當(dāng)降低底板縱向預(yù)應(yīng)力能在一定程度上降低底板拉應(yīng)力，可以有效避免梁體底板裂縫。

選取混凝土齡期3 d、5 d、7 d、14 d及28 d條件下的箱梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，并對不同張拉齡期下的箱梁底板橫向應(yīng)力實施模擬分析，得到各種張拉齡期下底板及跨中部位橫向應(yīng)力的變化規(guī)律，分別見圖9～10所示：

從圖9、圖10可知：①箱梁張拉齡期越大，其底板橫向應(yīng)力越大。②箱梁張拉齡期3 d、5 d、7 d、14 d及28 d條件下，箱梁底板橫向應(yīng)力依次為2.46 MPa、

2.52 MPa、2.57 MPa、2.61 MPa、2.65 MPa；與張拉齡期3 d相比，張拉齡期5 d、7 d、14 d及28 d條件下底板橫向應(yīng)力提升幅度依次為2.4%、4.5%、6.1%、7.7%?；炷笼g期較短時，其抗拉強(qiáng)度值較低，無法滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，因此應(yīng)在箱梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的90%時實施預(yù)應(yīng)力張拉，能顯著降低底板應(yīng)力，避免箱梁底板開裂。

4 結(jié)語

綜上所述，該文結(jié)合某公路橋梁合龍段施工實踐，通過有限元模型，對預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁合龍施工階段底板應(yīng)力及位移變化實施模擬分析，得出如下結(jié)論：

（1）箱梁底板跨中部位板體較薄、鋼絞線布設(shè)數(shù)量較多，導(dǎo)致合龍段跨中位置產(chǎn)生的拉應(yīng)力及豎向位移較大，形成受力最不利部位，在交通荷載持續(xù)影響下，極易引發(fā)底板橫向開裂問題。

（2）箱梁重力越大，底板橫向應(yīng)力越大，與1.0倍箱梁重力條件相比，1.1、1.2倍箱梁重力條件下，箱梁底板橫向應(yīng)力依次提升11.3%、24.2%，充分表明梁體重量增大會在一定程度上增加底板拉應(yīng)力，進(jìn)而增大底板開裂風(fēng)險。

（3）梁體縱向預(yù)應(yīng)力越大，底板產(chǎn)生的橫向應(yīng)力越大，與1.0倍縱向預(yù)應(yīng)力相比，0.85、0.90、0.95倍預(yù)應(yīng)力條件下底板橫向拉力下降幅度依次為25.9%、19.6%、9.3%，充分表明適當(dāng)降低底板縱向預(yù)應(yīng)力能在一定程度上降低底板拉應(yīng)力，有效避免梁體底板裂縫。

（4）箱梁張拉齡期越大，其底板橫向應(yīng)力越大；混凝土齡期較短時，其抗拉強(qiáng)度值較低，無法滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，因此應(yīng)在箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的90%時實施預(yù)應(yīng)力張拉，以有效降低底板應(yīng)力，防止箱梁底板開裂。

參考文獻(xiàn)

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