基于強迫合龍的矮塔斜拉橋內力線形影響分析

董　浩，于麗波

(1.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京　210014；2.南京航天航空大學金城學院，江蘇 南京　210016)

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基于強迫合龍的矮塔斜拉橋內力線形影響分析

董浩1，于麗波2

(1.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京210014；2.南京航天航空大學金城學院，江蘇 南京210016)

摘要：針對某三跨變截面雙塔單索面預應力混凝土矮塔斜拉橋進行研究，考慮了不同合龍高差下，強迫合龍對橋梁成橋后整體撓度和內力的影響，分析各合龍高差下橋梁整體線形和內力的差異，為類似橋梁施工提供參考的依據。

關鍵詞：合龍高差；矮塔斜拉橋；強迫合龍；線形；應力；索力

1工程概況

某新建橋梁橋跨布置為(100+175+100)m，系雙塔單索面預應力混凝土矮塔斜拉橋，主梁采用單箱三室大懸臂變截面連續箱梁，主梁0#塊共長11 m，在臨時支架上立模現澆，邊跨支架現澆梁段長11.5 m，邊中跨合龍段長2 m，1#、2#梁段長3 m，3#、4#梁段長3.5 m，5#～21#梁段長度均為4 m，采用掛籃懸臂澆筑法施工。

主塔高32 m，采用鋼筋混凝土獨柱實心矩形截面，布置在中央分隔帶上，并與主梁固接。斜拉索為單索面，雙排布置在中央分隔帶上，每個塔上設有14對28根斜拉索，全橋共56根。斜拉索采用鋼絞線，在塔頂連續通過分絲管鞍座，兩側對稱錨固于主梁。

2合龍高差的分析

2.1有限元模型的建立

本文采用Midas有限元軟件進行建模。全橋共分為260個單元，216個節點。根據大橋的懸臂施工工序，建立了88個施工階段模擬整個施工過程，并考慮施工過程中的構件、施工荷載等影響。

對合龍高差的處理采用節點荷載的方法考慮，分析合龍高差分別為2 cm、4 cm、6 cm、8 cm和10 cm時強迫合龍橋梁結構內力與變形的變化規律。

2.2分析結果比較

(1)主梁線形比較

①成橋狀態：各合龍高差下橋梁成橋線形的變化值。可以看出：強迫合龍時，壓重側主跨跨中會產生向下的變形，邊跨跨中產生向上的變形，同時未壓重側主跨跨中產生向上的變形，邊跨跨中產生向下的變形，且合龍高差越大，變形越明顯。

②成橋10年后狀態：各合龍高差下橋梁成橋10年后變形如圖1所示，由圖1可知：橋梁合龍后，合龍高差對橋梁結構線形的影響無明顯區別，各合龍高差下橋梁各截面的位移值經過十年的收縮徐變基本一致，說明混凝土的收縮徐變對結構線形的影響是穩定的，不因合龍高差而緩解或消除。

圖1　各合龍高差下主梁成橋10年后變形

(2)塔頂水平位移比較

主塔在合龍時由于施工額外的壓重，會引起主塔順橋向水平位移，各不同合龍高差下主塔水平位移值如表1所示。

由以上數據可知，各合龍高差下，主塔塔頂水平位移均向跨中方向，且合龍高差越大，位移越明顯。

(3)主梁應力比較

①成橋狀態：各合龍高差下橋梁成橋主梁截面順橋向上、下緣最大正應力分別如圖2所示。可以看出：合龍高差對左右兩側應力影響效果相反，被壓重一側上緣壓應力減小，下緣壓應力增大；未壓重一側上緣壓應力增大，下緣壓應力減小，且合龍高差對被壓重一側的影響大于未被壓重一側。

表1　塔身水平位移值

圖2　成橋主梁截面順橋向上、下緣最大正應力

②成橋10年后狀態：各合龍高差下橋梁成橋主梁截面順橋向上、下緣最大正應力分別如圖3所示。從圖中可以看出：各合龍高差下強迫合龍對橋梁結構不同部位應力影響方式與影響程度基本與成橋狀態一致。

圖3　成橋10年后主梁截面順橋向上、下緣最大正應力

(4)主塔底應力比較

由表2可知：橋梁主塔承受斜拉索傳遞過來的壓力，在不同合龍高差下，主塔底截面最大應力略有差別，但差別不明顯。

表2　主塔底應力值

(5)斜拉索索力比較

①從成橋數據分析：合龍高差對斜拉索索力影響方式與影響程度不同：對被壓重一側的影響大于未被壓重一側，10 cm誤差下，產生的索力最大影響為241.43 kN，影響程度為2.9%。②從成橋10年后數據分析，合龍高差對斜拉索索力影響比較小，且差別不大。

3結論

(1)合龍口兩側結構產生反方向位移，被壓重一側邊跨跨中上撓，其值隨著合龍高差的增大而增大；未壓重一側邊跨跨中下撓，其值隨合龍高差的增大而增大，跨中截面位移值始終向上，其變化規律同邊跨跨中。

(2)合龍高差下合龍后關鍵截面處產生的位移值與正常合龍狀況下的位移差值不會隨著收縮徐變的發展而減小，這在實際的施工過程中應該注意。

(3)合龍高差對結構內力的影響方式與影響程度不同，但總體較小，具體程度同合龍高差大小有關，總體不影響結構內力。

參考文獻：

[1]向中富.橋梁施工控制技術 [M]北京：人民交通出版社，2003.

[2]金晶，王建國，劉勇志.矮塔斜拉橋合攏工藝及合攏順序[J] 江南大學學報，2010，9(5)：572-575.

[3]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M] 北京：人民交通出版社，2000.

The analysis of low-pylon cable-stayed bridge internal force alignment influence based on forced closure

DONG Hao1，YU Li-bo2

(1.Jiangsu Province Transportation Planning and Design Institute Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 210014,China;2.Jincheng College,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,Jiangsu 210016,China)

Abstract:The paper aimed at certain three-span variable section cross-section twin pylons and single cable plane prestressed concrete low-pylon cable-stayed bridge to conduct study, considering under different closure height difference, the influence of forced closure on entire deflection and internal force after the bridge completed, the difference of bridge entire alignment and internal force under every closure height difference were analyzed, which can provide reference for the similar bridge construction.

Keywords:closure height difference; low-pylon cable-stayed bridge; forced closure; alignment; strain; cable tension

中圖分類號：U442

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0077-02

作者簡介：董浩(1983-)，男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：橋梁結構安全與檢測。

收稿日期：2015-10-25