高墩大跨連續(xù)剛構橋下?lián)铣梢蚍治?/h1>
2021-10-17 10:02:24袁存杜斌
中國水運 2021年9期
袁存 杜斌
摘 要：隨著剛構橋的應用發(fā)展，在目前剛構橋的施工中仍不可避免地存在跨中下?lián)系膯栴}，本文以貴州拐網河大橋為例，建立了有限元模型，對此橋的跨中下?lián)铣梢蜻M行了分析，主要探討了混凝土收縮徐變以及施工合龍順序對橋梁跨中下?lián)系挠绊懀謩e用考慮收縮徐變和不考慮收縮徐變兩種條件來對比分析剛構橋的跨中下?lián)锨闆r，以及不同的合龍順序對橋梁后期變形的影響，為同類型橋梁以后的施工和監(jiān)控提供參考。
關鍵詞：連續(xù)剛構橋;跨中下?lián)?混凝土收縮徐變;合龍順序
中圖分類號：U448.23? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0158-03
由于其自身在受力性能上的優(yōu)越性，預應力混凝土剛構橋在我國的已建橋梁中占有很大比重，隨著近幾十年的發(fā)展，我國的預應力混凝土剛構橋無論在結構形式還是在跨度方面都在不斷地創(chuàng)新和突破，建造的預應力混凝土剛構橋的數(shù)量也是越來越多，大跨度預應力混凝土剛構橋的建造水平也有了巨大的飛躍。然而在預應力混凝土剛構橋的發(fā)展中，有一些問題卻是不容忽視的，經過大量調查后我們發(fā)現(xiàn)，在大跨度預應力混凝土剛構橋的施工和成橋運營的過程中有些病害會頻繁地出現(xiàn)，隨著病害程度的不斷加深，很有可能會導致橋梁結構過早地失效和破壞，對于行車舒適度以及人們的生命財產安全都會產生很大的威脅。在這些病害中，大跨度預應力混凝土剛構橋的跨中下?lián)蠁栴}顯得尤為突出，雖然橋梁的設計在不斷地進行完善，預拱度的設置問題也已被充分地進行了考慮。但在橋梁在進行一段時間的成橋運營后，剛構橋的跨中仍會出現(xiàn)不同程度的下?lián)希S著橋梁運營時間的持續(xù)，跨中下?lián)弦苍诔掷m(xù)進行，這大大超出了設計的預測變形值。所以對大跨度預應力混凝土剛構橋跨中下?lián)蠁栴}的分析研究顯得極為迫切且具有很強的現(xiàn)實意義，這對于社會的經濟發(fā)展也有著很大裨益。本文以貴州拐網河大橋為例，針對幾個對該橋跨中下?lián)系膯栴}進行了深入研究，以期得到一些高墩大跨剛構橋跨中下?lián)袭a生的原因，提高人們對這種橋型的認識，給設計以及施工研究人員以啟示。
1工程概況
拐網河大橋的橋型方案采用的是2×40m預應力混凝土簡支T梁+66m+2×120m+66m預應力混凝土連續(xù)剛構+（4×40m+5×40m）預應力混凝土簡支T梁，橋梁全長822.32m，設計縱坡為1%，主橋的總體布置見圖1。主橋的主梁采用變高度預應力混凝土連續(xù)箱梁，單幅橋箱梁結構設計如下：箱梁采用直腹板單箱單室截面，頂板自帶1.5%的橫坡，梁底曲線按1.8次拋物線變化。箱梁在主墩頂處設置了雙橫梁。預應力混凝土主梁采用的是C55混凝土，主梁的節(jié)段施工分為0號現(xiàn)澆段、1～15號懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段及合龍段。
橋梁下部結構，拐網河大橋橋墩高差比較大，4號墩高度為83m，主橋橋墩包含三個主墩和兩個過渡墩，其中中間的三個墩采用雙肢矩形薄壁墩，中間主墩在墩的中部設置有聯(lián)系梁，基礎采用的是整體式承臺。兩側過渡墩采用的是矩形薄壁截面，基礎采用的是整體式承臺。墩身采用的是C40混凝土。橋墩承臺、系梁、樁基采用的是C30混凝土。
2跨中下?lián)铣梢蚍治?/p>
2.1建立有限元模型
采用Midas/Civil 2019分析軟件建立了實橋的空間有限元模型，主梁和橋墩均采用三維梁單元。全橋共分為215個單元，其中主梁分為154個單元，橋墩分為61個單元。結構的約束條件為：橋墩與主梁固結;橋墩與墩底固結。坐標系取順橋方向為X軸，橫橋方向為Y軸，豎向為Z軸。全橋單元劃分如圖2所示。
2.2考慮徐變與不考慮徐變的影響
為了研究混凝土收縮徐變對剛構橋跨中下?lián)系挠绊懀謩e給出了拐網河大橋模型在成橋時、成橋1年、成橋5年、成橋10年時，根據(jù)荷載組合一（恒載+鋼束預應力荷載+活載）和荷載組合二（恒載+鋼束預應力荷載+活載+收縮徐變）這兩個荷載組合來模擬考慮徐變因素和不考慮徐變這兩種情況下的橋梁撓度變化。橋梁模擬分析的結果如下圖所示。
通過對圖3到圖6對比可知，相對于不考慮混凝土徐變而言，考慮收縮徐變時跨中的撓度會有明顯地增加，尤其是在橋梁的中跨跨中。另外還可以觀察到，在成橋后的五年內混凝土徐變對于主梁的跨中下?lián)嫌斜容^強的影響，而且這個影響會隨著混凝土徐變的進行而不會停止。
2.3考慮合龍順序的影響
對于采用懸臂澆筑法施工的高墩大跨連續(xù)剛構橋，有幾個合龍順序可以去選擇，比如先去合龍兩個邊跨再去合龍兩個中跨，也可以先去合龍兩個中跨再去合龍兩個邊跨，又或者邊跨和中跨一起合龍等。當采用不同的合同順序的時候，會導致結構也會進行不同的體系轉換，橋梁也將因此產生不同的內力重分布與相關的次內力，這也必然會對成橋后的線形和受力造成影響。
拐網河大橋擬定了三個合龍方案，方案一：先合龍邊跨再合龍中跨;方案二：邊跨和中跨一起合龍;方案三：先合龍中跨再合龍邊跨。
為了研究各合龍方案對橋梁線形的影響，本文對拐網河大橋各合龍方案在成橋階段和成橋十年后對橋梁變形的影響做了分析。
根據(jù)對比圖7和圖8可以看出，方案一、二、三主梁的整體線形都相對比較平緩，方案二的主梁整體線形最好，整體線形變化幅度較小。從圖上還可以看出不同的合龍順序對橋梁的撓度變形影響較大，從線形的對比結果看，方案二是最優(yōu)選，拐網河大橋最終采用的是方案二進行的合龍。
3結論
考慮徐變因素比不考慮這一因素時主梁跨中的撓度值在對于橋梁變形的影響比較大。所在橋梁設計中對于混凝土徐變的影響作用應該給予充分的考慮，對于橋梁的徐變變形做出精確的估算和預測，從而提高橋梁的施工質量，有效地預防和減弱橋梁后期下?lián)蠋淼挠绊憽?/p>
合龍順序的方案選擇會直接影響到高墩大跨連續(xù)剛構橋的最終成橋狀態(tài)。因而當現(xiàn)場地形條件和施工條件允許的情況下，應當對合龍方案給予合理的優(yōu)化，這樣不僅能縮短橋梁的施工工期，還可以有效降低施工成本，很好地提高了社會經濟效益，當然最關鍵的一點是可以有效優(yōu)化成橋后線形，從而延長橋梁的使用壽命。
參考文獻：
[1]范立礎.橋梁工程（上、下冊）[M].北京：人民交通出版社，2012.
[2]馬少飛.大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋撓度成因分析[D].北京：北京交通大學，2009.
[3]劉勝鋒.大跨度連續(xù)剛構橋徐變下?lián)戏治鯷D].重慶：重慶交通大學，2010.
[4]鄢玉勝.預應力混凝土梁橋的徐變下?lián)涎芯縖D].成都：西南交通大學，2008.
[5]鄒立群.混凝土收縮徐變引起大跨度連續(xù)剛構橋長期下?lián)戏治鯷D].北京：北京交通大學，2010.
[6]汪維安.高墩大跨連續(xù)剛構橋的收縮徐變效應分析[D].長沙：長沙理工大學，2005.
[7]遲德有.連續(xù)剛構橋合龍工序對結構受力性能分析[D].西安：長安大學，2012.
[8]梁杰.高墩大跨徑連續(xù)剛構橋跨中下?lián)涎芯縖D].西安：長安大學，2009.
[9]薛興偉.大跨PC梁橋跨中下?lián)霞傲芽p控制研究[D].廣州：暨南大學，2013.
[10]丁欣海.大跨度連續(xù)剛構橋主梁施工仿真分析及可靠度研究[D].長沙：長沙理工大學，2012.
[11]李傳喜.高墩大跨連續(xù)剛構橋懸臂施工過程控制及關鍵技術研究[D].甘肅：蘭州交通大學，2019.
[12]肖嘯.基于不同施工進度下多跨連續(xù)梁橋合龍順序的研究[D].湖南：中南大學，2014.
[13]管鐘.超長聯(lián)預應力混凝土連續(xù)梁橋合龍順序對結構效應的影響[D].湖北：華中科技大學，2019.
[14]吳偉弘.常德篙子港澧水特大橋合龍關鍵技術研究[D] .湖南：長沙理工大學，2013.
[15] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].
袁存 杜斌
摘 要：隨著剛構橋的應用發(fā)展，在目前剛構橋的施工中仍不可避免地存在跨中下?lián)系膯栴}，本文以貴州拐網河大橋為例，建立了有限元模型，對此橋的跨中下?lián)铣梢蜻M行了分析，主要探討了混凝土收縮徐變以及施工合龍順序對橋梁跨中下?lián)系挠绊懀謩e用考慮收縮徐變和不考慮收縮徐變兩種條件來對比分析剛構橋的跨中下?lián)锨闆r，以及不同的合龍順序對橋梁后期變形的影響，為同類型橋梁以后的施工和監(jiān)控提供參考。
關鍵詞：連續(xù)剛構橋;跨中下?lián)?混凝土收縮徐變;合龍順序
中圖分類號：U448.23? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0158-03
由于其自身在受力性能上的優(yōu)越性，預應力混凝土剛構橋在我國的已建橋梁中占有很大比重，隨著近幾十年的發(fā)展，我國的預應力混凝土剛構橋無論在結構形式還是在跨度方面都在不斷地創(chuàng)新和突破，建造的預應力混凝土剛構橋的數(shù)量也是越來越多，大跨度預應力混凝土剛構橋的建造水平也有了巨大的飛躍。然而在預應力混凝土剛構橋的發(fā)展中，有一些問題卻是不容忽視的，經過大量調查后我們發(fā)現(xiàn)，在大跨度預應力混凝土剛構橋的施工和成橋運營的過程中有些病害會頻繁地出現(xiàn)，隨著病害程度的不斷加深，很有可能會導致橋梁結構過早地失效和破壞，對于行車舒適度以及人們的生命財產安全都會產生很大的威脅。在這些病害中，大跨度預應力混凝土剛構橋的跨中下?lián)蠁栴}顯得尤為突出，雖然橋梁的設計在不斷地進行完善，預拱度的設置問題也已被充分地進行了考慮。但在橋梁在進行一段時間的成橋運營后，剛構橋的跨中仍會出現(xiàn)不同程度的下?lián)希S著橋梁運營時間的持續(xù)，跨中下?lián)弦苍诔掷m(xù)進行，這大大超出了設計的預測變形值。所以對大跨度預應力混凝土剛構橋跨中下?lián)蠁栴}的分析研究顯得極為迫切且具有很強的現(xiàn)實意義，這對于社會的經濟發(fā)展也有著很大裨益。本文以貴州拐網河大橋為例，針對幾個對該橋跨中下?lián)系膯栴}進行了深入研究，以期得到一些高墩大跨剛構橋跨中下?lián)袭a生的原因，提高人們對這種橋型的認識，給設計以及施工研究人員以啟示。
1工程概況
拐網河大橋的橋型方案采用的是2×40m預應力混凝土簡支T梁+66m+2×120m+66m預應力混凝土連續(xù)剛構+（4×40m+5×40m）預應力混凝土簡支T梁，橋梁全長822.32m，設計縱坡為1%，主橋的總體布置見圖1。主橋的主梁采用變高度預應力混凝土連續(xù)箱梁，單幅橋箱梁結構設計如下：箱梁采用直腹板單箱單室截面，頂板自帶1.5%的橫坡，梁底曲線按1.8次拋物線變化。箱梁在主墩頂處設置了雙橫梁。預應力混凝土主梁采用的是C55混凝土，主梁的節(jié)段施工分為0號現(xiàn)澆段、1～15號懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段及合龍段。
橋梁下部結構，拐網河大橋橋墩高差比較大，4號墩高度為83m，主橋橋墩包含三個主墩和兩個過渡墩，其中中間的三個墩采用雙肢矩形薄壁墩，中間主墩在墩的中部設置有聯(lián)系梁，基礎采用的是整體式承臺。兩側過渡墩采用的是矩形薄壁截面，基礎采用的是整體式承臺。墩身采用的是C40混凝土。橋墩承臺、系梁、樁基采用的是C30混凝土。
2跨中下?lián)铣梢蚍治?/p>
2.1建立有限元模型
采用Midas/Civil 2019分析軟件建立了實橋的空間有限元模型，主梁和橋墩均采用三維梁單元。全橋共分為215個單元，其中主梁分為154個單元，橋墩分為61個單元。結構的約束條件為：橋墩與主梁固結;橋墩與墩底固結。坐標系取順橋方向為X軸，橫橋方向為Y軸，豎向為Z軸。全橋單元劃分如圖2所示。
2.2考慮徐變與不考慮徐變的影響
為了研究混凝土收縮徐變對剛構橋跨中下?lián)系挠绊懀謩e給出了拐網河大橋模型在成橋時、成橋1年、成橋5年、成橋10年時，根據(jù)荷載組合一（恒載+鋼束預應力荷載+活載）和荷載組合二（恒載+鋼束預應力荷載+活載+收縮徐變）這兩個荷載組合來模擬考慮徐變因素和不考慮徐變這兩種情況下的橋梁撓度變化。橋梁模擬分析的結果如下圖所示。
通過對圖3到圖6對比可知，相對于不考慮混凝土徐變而言，考慮收縮徐變時跨中的撓度會有明顯地增加，尤其是在橋梁的中跨跨中。另外還可以觀察到，在成橋后的五年內混凝土徐變對于主梁的跨中下?lián)嫌斜容^強的影響，而且這個影響會隨著混凝土徐變的進行而不會停止。
2.3考慮合龍順序的影響
對于采用懸臂澆筑法施工的高墩大跨連續(xù)剛構橋，有幾個合龍順序可以去選擇，比如先去合龍兩個邊跨再去合龍兩個中跨，也可以先去合龍兩個中跨再去合龍兩個邊跨，又或者邊跨和中跨一起合龍等。當采用不同的合同順序的時候，會導致結構也會進行不同的體系轉換，橋梁也將因此產生不同的內力重分布與相關的次內力，這也必然會對成橋后的線形和受力造成影響。
拐網河大橋擬定了三個合龍方案，方案一：先合龍邊跨再合龍中跨;方案二：邊跨和中跨一起合龍;方案三：先合龍中跨再合龍邊跨。
為了研究各合龍方案對橋梁線形的影響，本文對拐網河大橋各合龍方案在成橋階段和成橋十年后對橋梁變形的影響做了分析。
根據(jù)對比圖7和圖8可以看出，方案一、二、三主梁的整體線形都相對比較平緩，方案二的主梁整體線形最好，整體線形變化幅度較小。從圖上還可以看出不同的合龍順序對橋梁的撓度變形影響較大，從線形的對比結果看，方案二是最優(yōu)選，拐網河大橋最終采用的是方案二進行的合龍。
3結論
考慮徐變因素比不考慮這一因素時主梁跨中的撓度值在對于橋梁變形的影響比較大。所在橋梁設計中對于混凝土徐變的影響作用應該給予充分的考慮，對于橋梁的徐變變形做出精確的估算和預測，從而提高橋梁的施工質量，有效地預防和減弱橋梁后期下?lián)蠋淼挠绊憽?/p>
合龍順序的方案選擇會直接影響到高墩大跨連續(xù)剛構橋的最終成橋狀態(tài)。因而當現(xiàn)場地形條件和施工條件允許的情況下，應當對合龍方案給予合理的優(yōu)化，這樣不僅能縮短橋梁的施工工期，還可以有效降低施工成本，很好地提高了社會經濟效益，當然最關鍵的一點是可以有效優(yōu)化成橋后線形，從而延長橋梁的使用壽命。
參考文獻：
[1]范立礎.橋梁工程（上、下冊）[M].北京：人民交通出版社，2012.
[2]馬少飛.大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋撓度成因分析[D].北京：北京交通大學，2009.
[3]劉勝鋒.大跨度連續(xù)剛構橋徐變下?lián)戏治鯷D].重慶：重慶交通大學，2010.
[4]鄢玉勝.預應力混凝土梁橋的徐變下?lián)涎芯縖D].成都：西南交通大學，2008.
[5]鄒立群.混凝土收縮徐變引起大跨度連續(xù)剛構橋長期下?lián)戏治鯷D].北京：北京交通大學，2010.
[6]汪維安.高墩大跨連續(xù)剛構橋的收縮徐變效應分析[D].長沙：長沙理工大學，2005.
[7]遲德有.連續(xù)剛構橋合龍工序對結構受力性能分析[D].西安：長安大學，2012.
[8]梁杰.高墩大跨徑連續(xù)剛構橋跨中下?lián)涎芯縖D].西安：長安大學，2009.
[9]薛興偉.大跨PC梁橋跨中下?lián)霞傲芽p控制研究[D].廣州：暨南大學，2013.
[10]丁欣海.大跨度連續(xù)剛構橋主梁施工仿真分析及可靠度研究[D].長沙：長沙理工大學，2012.
[11]李傳喜.高墩大跨連續(xù)剛構橋懸臂施工過程控制及關鍵技術研究[D].甘肅：蘭州交通大學，2019.
[12]肖嘯.基于不同施工進度下多跨連續(xù)梁橋合龍順序的研究[D].湖南：中南大學，2014.
[13]管鐘.超長聯(lián)預應力混凝土連續(xù)梁橋合龍順序對結構效應的影響[D].湖北：華中科技大學，2019.
[14]吳偉弘.常德篙子港澧水特大橋合龍關鍵技術研究[D] .湖南：長沙理工大學，2013.
[15] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].
