連續剛構橋Y形墩的受力分析與施工監控

金永妙 丁 鍵

預應力混凝土Y形墩連續剛構橋,造型新穎,輕盈美觀,近年來被廣泛運用于市政橋梁建設。由于Y墩的V肢結構柔薄、受力復雜,因此就增加了V肢的施工和監控難度,本文結合潁河大橋工程,對Y形墩施工過程中臨時水平預應力進行受力分析,為同類橋梁項目的施工控制提供一些建議和參考。

1 工程概況

某潁河大橋主橋為跨徑(40+72+40)m的Y形墩變截面預應力混凝土連續剛構橋,主跨跨中箱梁的高度為1.8 m,至距Y形墩中心13 m處按二次拋物線變化至2.8 m(Y形墩墩頂0號塊端部高度)。其中0號塊長26 m,箱梁頂寬19 m,底寬 11 m。下部預應力 Y形墩由內夾角為90°的兩垂直V肢組成,寬11 m,高1.2 m,上端與26 m長的0號塊固結成倒三角形。設計荷載為公路Ⅰ級。

2 Y形墩的施工

2.1 Y形墩的施工工藝

V肢斜腿混凝土重量產生的荷載豎直向下,可分解出垂直模板和平行模板兩個分力。平行模板的分力通過新澆筑混凝土傳遞到下部老混凝土面上,新澆混凝土對兩側模板產生對稱壓力,可通過模板內拉桿加以平衡。

V肢的澆筑方案:1)澆筑V肢第一段(高約3.6 m),張拉第一次臨時水平預應力;2)澆筑V肢第二段(高約2.4 m),張拉第二次臨時水平預應力;3)澆筑0號塊,張拉0號塊的三向預應力,形成穩定的倒三角V形墩結構。

2.2 Y形墩臨時拉桿張拉

待V肢斜腿混凝土達到設計強度的100%后,拆除斜腿內模,對穿預應力筋,張拉臨時拉桿。按兩層布設預應力拉桿,每層布設有4根φ 32 mm的精軋螺紋粗鋼筋。分析工況一:澆筑V肢墩身第一層混凝土(標高38.58 m),張拉第一道水平預應力拉桿(標高:38.13 m)至800 kN;工況二:澆筑V肢墩身第二層混凝土(標高40.98 m),張拉第二道水平預應力拉桿(標高:40.53 m)至1 700 kN;工況三:完成兩次臨時水平預應力的張拉后,進行 0號塊施工。

計算采用Midas/Civil 2006空間有限元分析程序,模型取V肢單元寬11 m,高1.2 m,采用C50混凝土,兩道預應力拉桿采用節點荷載模擬,0號塊混凝土采用1 104.0 kN的線荷載模擬,模型見圖1。

計算結果分析如圖2～圖4所示。

由圖2可知,第一次張拉臨時預應力后,墩底內側仍處于受拉狀態σl,max=0.10 MPa。

由圖3可知,第二層拉桿張拉,墩底外側混凝土的最大拉應力 σl,max=0.92 MPa。

由圖4可知,0號塊澆筑完成后,墩底內側混凝土的最大拉應力 σl,max=0.94 MPa。

因此可以看出,工況1～工況3中V肢墩底截面的混凝土拉應力均不超過C50混凝土的允許拉應力[σl]=2.64 MPa,符合施工控制要求。

3 Y形墩的施工監控

本橋V肢的施工監控主要以應力監控為主。計算分析已知V肢墩底截面是最不利截面,考慮圣文南效應對測試效果的影響,在各截面的內外側分別預埋2個混凝土應變計,應變計綁扎在沿V肢方向的主筋上,見圖5。

以9號墩V肢為例,監控結果見表1。

由表1可以看出,在各個施工工況中,實測值與理論計算結果較吻合,因此本橋V肢的施工方案設計是合理有效的,充分發揮了臨時預應力的作用,保證了整個Y形墩的施工質量。

表1 應力測量表 MPa

4 結語

本橋V肢在整個施工過程中未出現過大的拉應力和可見裂紋,施工質量得到有效控制。經驗表明:1)由于Y形墩的受力復雜,應根據Y形墩的受力特點和實際模板支撐設計,制定詳細有效的施工方案和工藝流程;2)根據具體的施工方案,確定相應的施工監控方案,對于重要的部位和施工階段進行重點的全程監控;3)水平臨時預應力的運用,很大程度上提高了V肢自身的穩定性,減小了對托架的負重,提高了整個施工的安全性。

[1] 李國亮,劉 釗.V形剛構橋施工中倒三角區域支架的拆除時機分析[J].公路交通科技,2005,22(8):95-97.

[2] 陳 銘,楊正武.千島湖大橋主橋設計構思[J].橋梁建設,2003(2):35-37.

[3] 張春芳.機場路特大橋V形墩的設計[J].鐵道標準設計,2005(1):76-78.

[4] 潘壽東.連續剛構橋V型墩“平衡支架法”施工技術研究[J].石家莊鐵道學院學報,2005(10):39-41.

[5] 周永軍.無平衡塔架V形墩施工技術[J].鐵道建筑技術,2007(2):48-52.

[6] 宋富榮,吳士民.小欖特大橋V構系梁節段支架法施工技術[J].山西建筑,2009,35(2):92-95.

[7] 吳 勇.橋梁V形墩施工技術研究[J].科技創新導報,2009(7):70-72.

[8] 楊玉龍,戴顯龍.薄壁V形墩施工和監控技術[J].世界橋梁,2004(3):9-11.