鋼管混凝土拱橋混凝土灌注索力優(yōu)化研究

畢碩松 朱建明 張恒通

(1.交通運輸部公路科學研究院北京新橋技術發(fā)展有限公司，北京 100088； 2.交通運輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應急處置中心，北京 100029)

1 概述

某中承式鋼管混凝土拱橋，主橋跨度為330 m，橋面梁為“工”型格子梁，橋面板為鋼—混凝土組合橋面板，主橋吊桿間距為13 m。研究該橋拱圈內混凝土灌注過程中主動調整扣索索力對結構應力、位移及穩(wěn)定性的影響，進行灌注階段無扣索的施工階段分析結果，調載控制目標為：1)在鋼管混凝土灌注全過程中，拱頂不上翹，拱腳3/8L處不過多下?lián)希谷熬鶆蜃冃危?)使灌注完混凝土的鋼管的初應力較不調載的情況更小。

從龔成立的研究成果看出，主動調索后應力分布并不均勻；林春姣、鄭皆連的研究成果是針對分段、多工作面混凝土澆筑進行研究，該研究不適用于鋼管混凝土拱橋。查看幾篇相關研究文獻，有對勁性骨架拱橋進行混凝土澆筑期間扣索索力調整，有對鋼管混凝土拱橋混凝土灌注期間進行調整研究，但施加扣索力會導致扣點附近應力突變、分布不均勻，而在混凝土灌注期間未主動施加扣索索力調整的話，拱肋鋼管及混凝土應力分布較為均勻。

采用MIDAS/CIVIL建立施工階段模型，如圖1所示。其中混凝土灌注模擬采用施工階段聯(lián)合模型，分析時考慮到實際混凝土為無收縮自密實混凝土，主要提取成橋階段累計應力、位移及灌注混凝土階段累計位移及應力。

2 成橋階段應力結果

提取出成橋階段拱肋上下弦桿鋼管和混凝土的上下緣應力值。從中總結其特點及規(guī)律，如圖2，圖3所示。

1)按照目前灌注順序，下弦桿鋼管應力較為均勻，為-100 MPa～120 MPa之間；而上弦桿，混凝土的灌注順序為先灌注成橋狀態(tài)下，拱腳部位上弦桿鋼管應力為-22 MPa，而L/4～L/2鋼管應力分布嚴重不均勻，而下弦桿鋼管應力分布較為均勻；上弦桿混凝土應力分布均勻，下弦桿混凝土分布卻不均勻，經(jīng)分析，原因應為混凝土參與受力時間滯后一個施工階段的問題；

2)鋼管內混凝土受力規(guī)律落后于該鋼管的受力，因為齡期及強度的關系，基本上在本階段不承重，從下一階段才開始參與受力；

3)上弦桿鋼管應力儲備較大，尤其是拱腳～L/8區(qū)間內。

3 施工階段應力結果

施工階段僅提取了混凝土應力，在混凝土灌注階段，混凝土容易出現(xiàn)拉應力，從取得的結果來看，最大拉應力為0.571 MPa，發(fā)生在灌注右側下弦外側管時產生，且位置發(fā)生在右側上弦桿內側的跨中處，如圖4,圖5所示。

從這些應力結果中能夠看出，拉應力出現(xiàn)的位置主要是在拱肋的合龍段，隨后逐漸轉為壓應力，成橋后壓應力分布均勻。

4 混凝土灌注階段結構變形

為仔細分析混凝土灌注階段拱肋整體產生的變形情況，現(xiàn)對一個混凝土鋼管內混凝土灌注細分為4個階段(1～4，其中“1”代表“拱腳～1/8L”，“2”代表“1/8L～1/4L”，“3”代表“1/4L～3/8L”，“4”代表“3/8L～1/2L”，另一半拱肋按對稱處理)，先提取出各個灌注階段的拱肋整體變形情況，具體如圖6～圖9所示。

1)從變形情況看，由于不是左右側拱肋同時灌注混凝土，則左右側拱肋變形不對稱，灌注過程中相對差值較大，尤其是在拱頂和L/4處。最大階段步驟位移為-27.7 mm。

2)剛開始澆筑混凝土拱肋鋼管位移較大，隨著鋼管內混凝土逐漸上強度，后期澆筑混凝土產生的位移逐漸變小。

3)在混凝土灌注期間，主拱肋產生的變形絕對值和相對值均不大。

5 結論與展望

從上述結果看，如進行調整，其目標就是成橋階段上、下弦桿鋼管及混凝土應力分布更為均勻。具體思路為建立模型，包含不同根扣索及張拉索力，按照影響線及影響面積等理論確定影響較大的扣索，并注意考慮扣索的破斷力，選擇相應扣索，與未調索方案對比施工階段及成效階段各個方案的合理性。