不同頂升模式對鋼筋混凝土疊合梁內力的影響研究

侯志強，周秋紅

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 工程背景

1.1 設計概況

某立交橋采用鋼-混疊合梁結構，全橋由鋼結構主梁和現澆混凝土橋面板疊合而成。鋼結構主梁部分采用三箱三室開口截面，單個箱由頂板、腹板、底板以及順橋向底板、腹板加勁肋構成，順橋向每隔3m設置1道主橫隔板。鋼結構主梁頂板板厚25mm，底板板厚30mm、40mm，底板加勁板板厚25mm通長布置；中腹板板厚20mm、30mm，邊腹板板厚25mm；腹板加勁板板厚20mm分段布置；主橫隔板板厚16mm，輔橫隔板板厚16mm，支撐附近橫隔板及加勁板板厚20mm、30mm。

下部結構采用雙方柱式墩，墩梁固結，地面以上墩身部分采用鋼箱結構，鋼箱墩身腹板厚30mm，腹板加勁厚25mm，順向每隔1.5m設置1道橫隔板，板厚16mm；鋼箱墩身與混凝土墩身采用68根M24高強螺栓固結，混凝土墩身下接2.5m厚承臺，樁基采用4根φ1.6m樁基。

臨時支架分為支架1～支架7，其中，支架2～支架6采用φ529mm×8鋼管，支架1和支架7采用φ630mm×8鋼管樁。臨時支架管樁與地面之間采用混凝土擴大基礎承重，擴大基礎上預埋鋼管樁支架預埋件，支架管樁與預埋件之間焊接連接。

1.2 頂升工況簡介

原設計頂升工況要求在橋面混凝土施工完畢并達到設計強度后，在鋼梁的兩端利用PLC頂升設備進行同步頂升。但在現場實際施作過程中遇到了以下問題需要解決：

1）鋼梁頂升兩端距離＞100m，同步頂升時設備布設困難；

2）采用中部單點頂升時所需千斤頂噸位較大，造價較高。

針對上述問題，綜合現場機械設備配置情況，采用兩端分步頂升的方案顯得更為經濟合理。現將鋼梁在兩端和中部頂升及兩端分步頂升和一次頂升2種工況條件對鋼梁力學性能進行對比分析，探究此方法的可行性。

2 有限元模型介紹

采用邁達斯有限元軟件建立全橋上部結構三維有限元模型。其中，鋼箱梁和柱式鋼墩部分采用板單元根據不同面板厚度模擬，混凝土橋面板采用實體單元模擬，鋼絞線采用桁架單元模擬[1，2]。橋面板單元材料采用C50混凝土，鋼箱梁和柱式鋼墩板單元材料采用Q345鋼，鋼絞線桁架單元材料采用strand1860鋼。

采用壓力面荷載進行橫向預應力、橋面板及附屬結構荷載的施加，縱向預應力采用初拉力荷載，梁體頂升及回落采用節點強制位移的方式進行施加，結構的自重由軟件自動進行計算[3]。

邊界條件：兩端支座位置對稱設置4個DZ方向約束，鋼墩底部設置 2個DX、DY、DZ、RX、RY、RZ方向的固結約束，支座處及鋼墩底部約束施加處采用剛性連接，每個臨時支墩處采用節點彈性連接，疊合梁橋有限元計算模型如圖1所示。

圖1 疊合梁橋有限元計算模型

3 有限元模型分析

3.1 分析方法

為了對比分析兩端和中部頂升的受力結果及兩端分步頂升和一次頂升的受力結果，將模型分為以下3種工況分別進行分析：

1）鋼箱梁梁體中部一次回落20cm；

2）鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm；

3）鋼箱梁梁體兩端再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm。

3.2 結果分析

3.2.1 縱向鋼絞線拉力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的鋼絞線內力輸出結果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm過程中鋼絞線拉力最大值與最小值變化趨勢相同，且均呈現變小趨勢，說明橋面板混凝土壓應力呈逐漸增大的趨勢。

3.2.2 橋面板混凝土壓應力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的橋面板混凝土壓應力輸出結果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm過程中橋面板混凝土壓應力逐漸增大，對混凝土橋面板產生裂縫有明顯控制作用。

3.2.3 鋼箱梁和柱式鋼墩壓應力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的鋼箱梁和柱式鋼墩應力輸出結果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm過程中鋼箱梁和柱式鋼墩應力逐漸增大，說明橋面板混凝土壓應力逐漸增大。

3.2.4 支座反力

鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的各支點處支座反力結果相差較小。鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm過程中各支點處支座反力變化趨勢相同。鋼箱梁梁體中部頂升相對兩端依次頂升所需頂升力較大。

4 展望

總體來說，本文的研究工作雖然取得了一定成效，可為同行工作者提供有價值的信息，但在以下方面還有待進一步研究：

1）疊合梁支點頂升施工過程中，負彎矩區鋼箱梁底板及靠近受壓翼緣和側腹板部位壓應力較大，這對鋼箱梁構件的穩定性能有較大的影響，又因鋼箱梁腹板在支點附近受負彎矩和剪力的共同作用，受力較復雜，因此，對該處構件穩定性有待于繼續分析研究。

2）有限元結構非線性的求解通常都會耗費大量時間，但隨著計算機技術與有限元計算理論的成長，建模分析時可將模型進一步進行細化，以此得到更加精確的計算結果。

5 結語

本文以某混凝土疊合梁立交橋工程為研究背景，利用有限元軟件建立全橋上部結構模型，對比了鋼梁在兩端和中部頂升及兩端分步頂升和一次頂升2種工況條件下的鋼梁力學性能，得出如下結論：

1）鋼箱梁梁體兩端依次頂升累計20cm與鋼箱梁梁體中部一次回落20cm的應力、內力和支反力結果相差均較小；

2）鋼箱梁梁體兩端依次頂升10cm，再次繼續頂升10cm，最終兩側累計各頂升20cm過程中應力、內力和支反力的變化趨勢相同，分步頂升與同步頂升可達到同樣效果；鋼絞線拉力變小、橋面板混凝土壓應力及鋼箱梁壓應力變大，可對混凝土橋面板裂縫的產生起到明顯控制作用；

3）鋼箱梁梁體中部一次頂升比兩端依次頂升所需頂力較大，可以考慮采用兩端依次頂升的方法替代中部頂升。