大跨徑梁橋非連續施工對成橋影響效應分析

白志平，張謝東，韓成林，3，馬淑芬

(1.武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063;2.內蒙古高等級公路建設開發有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010010;3.中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

內蒙古某PC黃河特大橋，梁體采用懸臂澆筑法施工。在各T構澆筑到18#塊時，即最大懸臂階段狀態，遇到北方冬季寒冷而無法繼續現澆混凝土。T構在最大懸臂狀態保持半年之久，勢必會對各跨的合龍成橋造成影響。本文從結構受力安全角度和變形發展角度，分析由于停工對主梁應力和位移造成的影響，從而評價主橋最大懸臂狀態的安全性和成橋合龍的可控性。

1 工程概況

本黃河特大橋主橋上部結構采用(85+6×150+85)m變截面預應力混凝土連續箱梁，總長1 070 m，采用整體承臺雙幅橋。單幅橋寬13.75 m，翼緣板懸臂長3.3 m，箱梁底寬7.15 m;跨根部梁高8.5 m，跨中梁高3.8 m，梁高曲線采用1.5次冪拋物線。0#塊長10 m，懸臂澆筑段梁段劃分為(8×3+5×4+5×5)m，節段劃分示意如圖1。

主橋下部采用鋼筋混凝土薄壁空心墩，橋墩截面外形為10.65 m×7 m不等邊長的六邊形截面，橋墩薄壁厚度0.7 m。左右幅橋采用一個承臺基礎，平面采用32.5 m×12 m不等邊長的六邊形截面，承臺厚度為4 m，采用22根φ1.8 m鉆孔樁基礎，樁長90 m，樁基礎均按摩擦樁設計。

圖1 主橋22#墩T構施工節段劃分示意(單位:cm)

2 考慮抗震阻尼效應的非線性模型

采用空間梁單元對本黃河特大橋主橋建立三維有限元數值模型，該橋變截面主梁采用符合Timoshenko梁理論的兩節點梁單元，較好地模擬外荷載作用下主梁的剪切變形和翹曲變形［1］。本橋23#中墩為制動墩，采用 KZQZ37500—GD 型抗震支座;20#，21#，22#，24#，25#，26#墩墩頂均采用 LQZ37500 型普通滑動支座，并附加設置2 100 kN FLUID VICOUS DAMPER抗震阻尼器。19#，27#過渡墩墩頂采用 LQZ4000—SX型普通雙向滑動支座。

考慮到本橋22#墩采用了2 100 kN FLUID VICOUS DAMPER抗震阻尼器(圖2)，建立了黏彈性消能器(Viscoelastic Damper)Maxwell非線性模型［2］，并依據參數敏感性分析而得到各參數取值。消能器阻尼Cd=1 700 kN;參考速度 VO=1.0;阻尼指數 s=0.5;連接彈簧剛度kb取為極大值(無限剛);有效阻尼為2 500 kN。樁身柔度和樁周圍土進行模型簡化處理，將樁—地基體系按土層厚度離散成一個理想化的參數系統，用彈簧和阻尼器模擬土介質的動力性質，形成一個地下部分的多質點體系，然后和上部結構質點體系聯合建立整體耦聯的動力微分方程組進行求解［3］。假設土介質為線彈性的連續介質;等代土彈簧的剛度由土介質的m值計算。22#墩墩頂雙懸臂模型如圖3所示。

綜合考慮分析精度和結果比較的需要，本文在建立連續施工和非連續施工線性模型的基礎上，亦建立了考慮阻尼器影響的非線性數值模型［4-5］。模型一為線性，模型二為非線性。

圖2 主橋22#T構墩墩頂阻尼器布置示意

圖3 主橋22#墩最大雙懸臂數值模型

3 結果分析

3.1 最大懸臂狀態效應

連續施工與非連續施工最大懸臂效應計算結果見表1，表2及表3。

表1 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大正應力比較 MPa

分析表1主橋22#墩最大懸臂狀態短暫狀況應力值可知，對線性模型，非連續性施工將導致上緣應力增加0.17 MPa，下緣應力降低0.09 MPa;對非線性模型，亦有相同規律，即上緣應力增加，下緣應力降低。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上緣應力均較線性模型低，而下緣應力較線性模型高。

分析表2主橋22#墩最大懸臂狀態短暫狀況彎矩最值可知，對線性模型，非連續性施工將導致主梁彎矩最值降低，約降低11%;對非線性模型，亦有相同規律，約降低21%。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，非線性模型計算值均比線性模型低。

表2 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大彎矩比較 kN·m

表3 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大位移比較 cm

分析表3主橋22#墩最大懸臂狀態短暫狀況位移最值可知，對線性模型，非連續性施工將導致懸臂端上撓0.3 cm;對非線性模型，亦有相同規律，懸臂端上撓0.5 cm。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上撓量較線性模型大。

3.2 成橋階段影響效應

連續施工與非連續施工成橋階段計算結果見表4和表5。

分析表4主橋成橋階段主梁最大正應力可知，對線性模型，非連續性施工將導致上緣應力降低0.44 MPa，下緣應力增加0.04 MPa;對非線性模型，亦有相同規律，即上緣應力降低，下緣應力增加。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上緣應力均較線性模型低，而下緣應力較線性模型高。

表4 主橋成橋階段主梁最大正應力比較 MPa

表5 主橋成橋階段主梁最大位移比較 cm

分析表5主橋成橋階段主梁位移最值可知，對線性模型，非連續性施工將導致位移將低，即撓度減小;對非線性模型，亦有相同規律。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，非線性位移較線性模型大，即非線性位移較線性模型上撓量大。

4 結論

1)對模型一進行線性分析可知，大跨徑梁橋在最大懸臂狀態休工長達半年之久且歷經黃河流凌期的冰撞，計算結果表明，在現有設計和施工條件下，合龍期間采用適當監控措施可以安全合龍。

2)模型一計算結果表明，大跨徑梁橋在最大懸臂狀態非連續施工將引起懸臂節段上緣應力增大，下緣應力降低;懸臂階段也將上撓。對成橋階段，將引起節段上緣應力降低，下緣應力增大;主梁位移減小，即預拱度降低。

3)對考慮阻尼器的非線性模型二進行分析可知，計算變化趨勢和模型一基本相符。同時表明阻尼器亦可有效約束主梁較大的位移和釋放根部應力，使得主梁內力分布更合理。

［1］單德山，李喬，王玉玨.既有多梁式橋梁的損傷識別［J］.重慶交通大學學報(自然科學版)，2008，27(1):5-8.

［2］郭俊峰.凌汛期大跨徑橋梁的安全性評價［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

［3］雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］向中富.橋梁施工與控制［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［5］中華人民共和國交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.