邊墩預應力加固技術在托架現澆段施工中的應用

王 禹，周順華，沈清衛，費志高

（1.中交一公局廈門工程有限公司 廈門市 361000；2.同濟大學城市軌道與鐵道工程 上海市 200000）

邊墩預應力加固技術在托架現澆段施工中的應用

王 禹1，2，周順華2，沈清衛1，費志高1

（1.中交一公局廈門工程有限公司 廈門市 361000；2.同濟大學城市軌道與鐵道工程 上海市 200000）

根據預應力原理及托架施工經驗，在墩柱受拉側施加預應力，并利用midas FEA軟件對過渡墩在邊跨現澆段施工期間承受預應力及外部荷載時的受力特性進行分析，以期合理解決由于偏壓對墩柱造成開裂的不利影響，保證施工質量，降低施工成本。

高墩；托架；偏壓；預應力

1 引言

連續剛構橋本身具有良好的跨越性能，因此在山區高速公路建設中有著廣泛的應用。在設計時根據受力及構造要求，劃分了零號塊、懸臂澆筑段、邊跨現澆段。但由于地處高山峻嶺，地勢陡峭，其墩柱相對較高，在進行邊跨現澆段施工時往往就需要搭設較高的落地鋼管支架，而搭設鋼管支架本身就相對困難，且鋼材用量較多，以至于增加施工成本。現在相對經濟的做法是采用托架施工，但由于邊跨現澆段本身較其他節段較重，且施工期間由于過渡墩另外一側T梁未架設，極容易造成墩柱偏載，致使墩柱產生裂縫。為消除墩柱的偏載不利影響，通過在過渡墩受拉側預埋精軋螺紋鋼筋施加預應力，保證墩柱施工期間墩身最外側邊緣不產生拉應力，以避免裂縫的產生，待邊跨合攏段施工結束后，進行放張處理。本文利用midas FEA建立有限實體單元模型，對過渡墩施工期間的受力性能進行仿真分析，以期檢驗施加預應力的效果及更好地指導施工，降低施工成本。

2 工程簡介

磨石溪特大橋［1］位于酉陽縣銅鼓鄉銅鼓村磨石溪附近，距縣城約21km，橋軸線與磨石溪呈約64°角斜跨磨石溪溪溝，設計為分離式雙幅橋。主橋采用分離式單箱單室截面連續剛構，其跨徑布置為（98+180+98）m，引橋采用40m預制T梁。墩頂0號梁段長12.0m，其中兩邊各外伸2.0m。兩“T”構懸臂節段劃分為21個梁段，邊中跨對稱設置。梁段長度從根部至跨中分別為4×3.0m、4×3.5m、3× 4.0m、10×4.5m，累計懸臂總長為83m，如圖1。邊跨現澆梁段箱頂板寬度為12m，底板寬6.6m，箱懸臂長2.7m，長度為6.84m。上部箱梁采用雙懸臂掛籃逐塊對稱現澆施工，邊跨現澆段采用托架施工，托架結構，如圖2。

3 預應力施加原理

根據材料力學［2］中有關截面核心概念，假設有一個矩形截面偏心受壓構件如圖3。外力N作用在矩形截面上，其在Y向偏心，偏心距為e，則作用于過渡墩截面上的等效外力為軸力N、彎矩M=N·e。在不考慮鋼筋的作用下，過渡墩截面可視為勻質截面，等效外力在Y向邊緣截面產生的應力σ由式（1）進行計算

式中：σ1—最大應力；

σ2—最小應力；

N—軸力；

A—截面面積；

M—截面彎矩；

y—截面外側邊緣至中性軸的距離；

Ix—截面X軸慣性矩。

對于混凝土來說，其抗拉強度較弱，當截面出現拉應力時，容易導致截面開裂，這是我們不希望的，為保證截面不產生裂縫，則截面邊緣最大應力應滿足式（2）的要求。

式中：M=N·e

即當偏心距e滿足式（3）時，截面邊緣不會產生拉應力。

過渡段截面構造尺寸如圖4。經計算得截面特性如下：

面積A=98999.9965cm2

周長s=3473.2380cm

慣性矩：Ix=2178949847.3407cm4

根據上述各項計算結果，帶入式（3）有

4 預應力筋數量估算

過渡墩在邊跨現澆段施工過程中除承受自重外，還有邊跨現澆段傳遞的豎向荷載N1、預應力筋傳遞的豎向力N2。其受力計算圖示如圖5。

經計算，過渡墩截面等效作用M=（12213.2-1.75 N2）kN·m，N=（3987+N2）kN。其中N2大小應滿足式（4）的要求，即

單根Φ32mm精扎螺紋鋼抗拉強度設計值［3］fpk=785MPa，錨下控制應力σcon=0.93fpk= 706.5MPa，則單根螺紋鋼預應力Np=706.5× 3.14×32×32/4=567.9kN。故需要預應力筋數量為2746.5/567.9=4.8，取5根精軋螺紋鋼即可滿足要求。

5 預應力筋預埋范圍

5.1模型建立

利用FEA建立實體單元模型，墩高70m，單元邊長控制小于30cm，見圖6。不考慮普通鋼筋的作用，視混凝土為各向同性材料，其本構模型［4］選擇彈性模型，在墩柱底面進行固結。

5.2模型荷載

混凝土容重按26kN/m3進行加載。為了避免應力集中造成應力失真，根據圣維南原理［5］，載荷的具體分布只影響載荷作用區附近的應力分布，對于遠離載荷的部分，應力不受影響，因此對外部集中力荷載按面荷載進行加載，但保證面荷載合力及力矩與原荷載保持一致。對于豎向荷載加載在墩帽頂面長10.9m、寬2m的平面上，其大小為0.18MPa；對于水平荷載按托架實際作用位置加載在長0.35m、寬0.15m的立面上，其大小為25.1MPa。

5.3計算結果

沿Z軸方向正應力等值線圖如圖7。根據計算結果可知墩身截面在荷載標準組合作用下拉應力達到0.94MPa，墩身截面會產生裂縫；壓應力達到13.2MPa，小于C40混凝土（墩身混凝土采用C40）允許壓應力26.8MPa，混凝土抗壓能夠滿足要求。

在新經濟快速發展的過程當中，企業財務會計只有進一步完善相應的規章制度，使得企業財務會計和管理會計有機的結合在一起，只有這樣才能夠實現優勢相互補充，相互促進的作用，把財務會計以及管理會計二者之間相互融合才能夠更加明確企業的管理目的，財務會計只有充分的明白企業的管理需求，才能夠更有效地體現出財務信息的重要價值，從而使得企業能夠健康持續的發展。

5.4數據整理分析

對墩身受拉側邊緣豎向正應力數據進行整理得到Z向邊緣正應力與墩高關系曲線圖，見圖8。從圖8可以看出，墩帽頂至墩高39m范圍內出現拉應力，故應在此范圍內預埋精軋鋼施加預應力，以消除偏壓對墩柱造成的不利影響。

6 施加預應力效果

6.1建立模型

利用前面已建的過渡墩模型［6-7］，將5根直徑32mm的精軋螺紋鋼植入，同時對植入鋼筋單端施加預應力，其值為700MPa。精軋鋼進行交錯布置，長短相差15m，植入鋼筋模型見圖9。其余荷載及邊界條件同前。

6.2計算結果

加固后沿Z軸方向正應力等值線圖如圖10。根據計算結果可知墩身截面在荷載標準組合作用下拉應力達到0.3MPa，但沒有出現在墩身截面；壓應力達到13.1MPa，與前面分析一致，都出現在托架水平力加載處，與實際相符。

6.3數據整理分析

對墩身加固邊緣豎向正應力數據進行整理得到Z向邊緣正應力與墩高關系曲線圖，見圖11。從圖11可以看出，墩頂至墩底范圍內出現3處應力突變，第一處是因為墩帽與墩身截面特性變化所致；第二處是因為墩身中減少了2根預埋精軋鋼，總預應力被消減所致；第三處是因為墩身中無預埋精軋鋼，預應力消失所致。但由于在整個墩身截面Z向正應力都為負值，即全為壓應力，達到了預期的抗裂目標。

7 結束語

（1）通過以上計算分析可知，在過渡墩受拉側施加預應力是確實可行的，能有效消除過渡墩在邊跨現澆段施工期間，由于偏壓產生裂縫的不利影響，保證了墩身施工質量。

（2）在過渡墩受拉側施加預應力，解決了過渡墩在用托架施工時，由于T梁未架設，墩頂面承受邊跨現澆段不對稱荷載，容易造成墩身開裂的問題，彌補了托架施工的不足之處，充分發揮了托架的優勢，節約鋼材，降低施工成本。

（3）本方法簡單易行，能有效地指導施工，也為以后類似工程施工提供借鑒作用。

［1］ 招商局重慶交通科研設計院.酉陽至沿河（重慶段）高速公路工程第二合同段施工圖設計［Z］.重慶：招商局重慶交通科研設計院，2012.

［2］ 劉鴻文.材料力學［M］.4版.北京：高等教育出版社，2003.

［3］ 中華人民共和國交通部.JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 北京邁達斯技術有限公司.MIDAS/FEA分析與計算原理［M］.北京：北京邁達斯技術有限公司，2001.

［5］ 陳新孝，牛荻濤，王學民.銹蝕鋼筋混凝土壓彎構件的恢復力模型［J］.西安建筑科技大學學報，2005，37（2）：155-159.

［6］ 朱伯龍，張琨聯.矩形及環形截面壓彎構件恢復力特性的研究［J］.同濟大學學報，1981，9（2）：1-10.

［7］ 劉瑛.粘鋼加固梁柱試驗及非線性分析方法研究［D］.青島：中國海洋大學，2006.Application of Prestress Reinforcement Technology of Abutment Pier in the Construction of Cast-in-situ Section of Bracket

WANG Yu1，2，ZHOU Shun-hua2，SHEN Qing-wei1，FEI Zhi-gao1

（1.CCCC First Highway Xiamen Engineering Co.，Ltd.，Xiamen 361000，China；2.School of Transportation Engineering，Tongji University，Shanghai 200000，China）

According to prestress principle and bracket construction experience，prestress is imposed at tension side of pier stud，and analysis on mechanical characteristic of transition pier under prestress and exterior load during the construction period of cast-in-situ section of side span is made by utilizing midas FEA software，so as to reasonably solve adverse effect of biasing on cracking of pier stud to ensure the construction quality and reduce the construction cost.

High pier；Bracket；Biasing；Prestress

U445

B

1673-6052（2016）01-0005-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.002