剛構連續梁橋試驗模型施工期預應力空間效應分析

梁 美 劉學瑞

(鄭州工業應用技術學院，河南 新鄭 451150)

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剛構連續梁橋試驗模型施工期預應力空間效應分析

梁 美 劉學瑞

(鄭州工業應用技術學院，河南 新鄭 451150)

以東營黃河公路大橋為背景，采用有限元對大型復雜橋梁進行施工前的模擬分析，研究了該橋在模型制作過程中，預應力鋼束張拉時縱向和0號塊暫態結構的空間力學行為，研究表明：一次性全部張拉時，結構受力最好；先張拉跨中預應力鋼束時，結構剛度較好；張拉全橋縱向預應力鋼束時，各控制截面箱梁斷面關鍵點應力分布較好。

大跨度，連續梁，預應力，空間效應

預應力混凝土剛構連續梁橋是部分墩梁固結的連續結構，利用小剛度墩的柔度來適應結構由預應力、混凝土收縮、徐變和溫度變化所產生的位移；其保持了連續梁的各種優點，比如：外形美觀、結構尺寸小、橋下凈空大、橋面行車平順等；而且由于其墩梁固結可以節省大型支座的昂貴費用，減少墩及基礎的工程量，并改善了結構在水平荷載作用下的受力性能。預應力混凝土箱梁技術的使用大大改善了此類橋的受力性能以及增強了其跨越能力，然而也使其受力狀況更加復雜且空間效應明顯增加。針對這一問題，概括近年來研究成果主要集中在下列方面：1)施工期預應力箱梁關鍵截面應力隨預應力張拉的變化及分布情況[1，4]；2)預應力鋼束不同張拉順序方案的優化[2]；3)預應力張拉過程中混凝土裂縫的監測及控制[3，4]。在研究手段方面，主要采用有限元模擬，模型試驗，實橋監測等，其中模型試驗主要針對單個構件等簡單結構進行研究；對于大型復雜橋梁結構，施工前主要通過有限元進行預期分析來指導施工，施工中通過實橋監測來驗證和修正有限元分析的結果。

可見，針對大型復雜橋梁的模型試驗來研究預應力的空間效應具有更好的實用價值，然而由于問題的復雜性，這方面幾乎無人問津。本文對該橋在模型制作過程中預應力鋼束張拉時縱向和0號塊暫態結構的空間力學行為進行了理論研究。

1 東營黃河公路大橋基本資料

東營黃河公路大橋的主橋為一聯(116+200+220+220+200+116)m預應力混凝土剛構—連續組合梁，采用上下行分離的兩幅橋。單幅橋面凈寬26.0 m,設計荷載為汽車—超20級，驗算荷載為掛車—120，單幅橋箱梁采用單箱單室，梁底曲線線型為1.6次拋物線，箱梁采用三向預應力結構，采用懸臂澆筑施工；橋梁下部基礎采用鉆孔灌注樁基礎，墩身為鋼筋混凝土雙薄壁矩形截面，其中，7號，8號，11號，12號墩橫橋向各設置兩個抗震型單向活動支座，9號，10號墩與箱梁固結。

該橋模型試驗欲采用混凝土來做，考慮到時間等因素，模型的制作欲采用滿堂支架施工，此時，預應力鋼束在橋梁縱向和橫向應怎樣張拉才能保證分批張拉過程中混凝土不出現裂縫以及哪種張拉工況下混凝土受力性能更好就成為關鍵問題，為了在模型制作前找到最佳的張拉方案，本文借助有限元來模擬分析預應力鋼束的不同張拉程序對該橋的空間力學行為進行研究。

2 橋梁有限元計算模型

采用大型通用有限元程序MIDAS/Civil對該橋進行有限元計算。根據該橋特點，箱梁采用變截面三維空間梁單元模擬，橋墩采用等截面三維空間梁單元模擬，根據設計圖紙建立橋梁的有限元計算初步模型，然后根據實測該橋的自振頻率對該初步模型進行模型修正，最后得到與實橋動力特性相似的較精確的有限元計算模型，全橋共劃分273個空間梁單元，286個節點，其空間有限元計算模型如圖1所示。

3 有限元計算及結果分析

3.1 縱向張拉預應力鋼束時各工況的確定

根據后張法預應力混凝土的設計和施工經驗，對此構件應采用兩端同時張拉。為了便于比較分析，考慮到橋梁及張拉順序的對稱性，以下各工況均以7號墩墩頂，7號、8號墩墩間梁跨中，8號墩墩頂，8號、9號墩墩間梁跨中，9號墩墩頂，9號、10號墩墩間梁跨中為控制截面，各控制截面分別對應截面編號為：截面1～截面6。縱向預應力鋼束張拉工況分類見表1。

表1 縱向預應力鋼束張拉工況分類表

3.2 縱向張拉預應力鋼束時暫態結構的力學行為

縱向預應力鋼束張拉時，各控制截面的應力見表2，圖2，圖3。

從圖2可以看出：截面2情況下，工況3所受最大應力為最大，工況2所受最大應力為最?。辉诮孛?，3和4時，各工況變化趨勢基本一致；在截面6時，工況2所受最大應力為最大，工況1所受最大應力為最小。從圖3可以看出：各工況所受最小應力變化趨勢接近。工況2在截面2，4和6時，較其他工況應力大。采用工況1，即一次性全部張拉時，結構受力最好。

表2 各工況控制截面應力 MPa

表3 各工況控制截面豎向位移 mm

縱向預應力鋼束張拉時，各控制截面的豎向位移見表3，圖4。從表3和圖4得知：先張拉跨中預應力鋼束時，結構剛度較好。

張拉全橋底板和腹板預應力鋼束時各控制截面箱梁斷面關鍵點應力見表4。

表4 張拉全橋底板和腹板預應力鋼束時各控制截面箱梁斷面關鍵點應力 MPa

4 結語

1)一次性全部張拉時，結構受力最好；2)先張拉跨中預應力鋼束時，結構剛度較好；3)張拉全橋縱向預應力鋼束時各控制截面箱梁斷面關鍵點應力分布較好。

[1] 寧貴霞，藺鵬臻，趙延龍，等.雙線鐵路箱梁施工階段跨中截面應力的有限元分析[J].鐵道學報，2006，28(2)：122-126.

[2] 田英輝，趙 瑜，閆澍旺，等.基于ANSYS的預應力筋張拉順序數值模擬及優化[J].東南大學學報(自然科學版),2005(35)：124-128.

[3] 趙啟林，周旺進，姜克斌.預應力混凝土箱梁橋施工中的裂縫成因分析與修補[J].公路交通科技，2006，23(6)：85-88.

[4] 余報楚，張 哲，張洪金.金馬大橋主梁橫隔梁受力分析與預應力施工技術[J].公路交通科技，2006，23(1)：82-85.

Analysis on pre-stressed spatial effect in construction period of concrete continuous beam bridge test model

Liang Mei Liu Xuerui

(Zhengzhou Industry Applied Technology Institute, Xinzheng 451150, China)

Taking the Yellow River highway bridge in Dongying as the background, using the finite element made simulation analysis on large complex bridge before construction, researched the space mechanical behavior of longitudinal and block 0 transient structure of pre-stressed steels tension in bridge modeling process, the research showed that: in one-time full tension, the structure had best force, in pre-tensioned span pre-stressed steel beam, the structure had better stiffness, in full bridge longitudinal pre-stressed steel beam, the section key point stress of each section box girder control points had better distribution.

large span, continuous beam, pre-stress, space effect

1009-6825(2016)30-0183-03

2016-08-15

梁 美(1984- )，男，碩士，講師，工程師

U448.23

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