考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)研究

摘要：為了克服傳統(tǒng)連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率低、造價高的缺點，提出了考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)。以連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的1/4截面為例，計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積，根據(jù)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積變化情況，計算出單位長度內(nèi)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積的換算容重。將其作為一項評價指標(biāo)，對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性進(jìn)行分析。利用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式，計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中所有微元對接頭處的力矩，以連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋面積為基礎(chǔ)，對續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行計算，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序設(shè)計，完成連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的懸澆施工。實驗結(jié)果表明，考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)，不僅可以提高連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率，還可以降低施工成本。

關(guān)鍵詞：支撐結(jié)構(gòu)驗算;連續(xù)剛構(gòu)橋梁;懸澆施工;施工技術(shù)

0" "引言

橋梁建設(shè)代表著國家的綜合實力，體現(xiàn)了國家的經(jīng)濟(jì)水平與生產(chǎn)力水平，是社會進(jìn)步的標(biāo)志之一[1]。在橋梁建設(shè)過程中，復(fù)雜的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)顯得尤為重要，它涉及的工藝與工序非常多，比如混凝土澆筑、混凝土鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力合攏控制、臨時腳手架的計算、現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的搭建、管道的有序?qū)右约皹蛄壕€性監(jiān)控等[2]。

盡管目前國內(nèi)在剛構(gòu)橋梁懸澆施工方面取得了一定成績，但隨著社會的發(fā)展，人們對橋梁施工質(zhì)量的要求越來越高，工程結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，出現(xiàn)的問題也越來越多，這些存在的問題有待于在實踐中探索和解決。我國的連續(xù)剛構(gòu)橋梁技術(shù)是目前橋梁工程的核心技術(shù)之一[3]，而橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)作為連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的常用方法，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對于橋梁施工技術(shù)研究的重點。

李寧等人[4]為了研究連續(xù)剛構(gòu)橋梁的懸澆施工技術(shù)，以黃河大橋副橋為例，構(gòu)建連續(xù)剛構(gòu)橋梁實體仿真模型，根據(jù)對波形鋼腹板施力，研究懸澆施工技術(shù)的最大承載能力，并對橋梁內(nèi)鋼筋混凝土進(jìn)行取樣研究其分布狀態(tài)。仿真試驗結(jié)果表明，連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸澆施工技術(shù)適用于橋梁施工建設(shè)。陳建平等人[5]基于支撐結(jié)構(gòu)驗算，對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)進(jìn)行研究。其利用支撐結(jié)構(gòu)驗算方法，對傳統(tǒng)的高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載測試，根據(jù)位移角度記錄不同抗荷載信息，再利用連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)建立高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁模型，利用三臺階梯法，對其進(jìn)行荷載試驗。通過對試驗結(jié)果進(jìn)行對比，得出以下結(jié)論：基于支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)建筑的橋梁，結(jié)構(gòu)更加安全可靠。

1" "連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)設(shè)計

1.1" "分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性

連續(xù)鋼構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工過程中，由于混凝土懸臂澆筑的體積過大，會導(dǎo)致混凝土模板的變形不容易被控制[6]，模板截面的尺寸出現(xiàn)比較大的偏差，與設(shè)計的基本狀態(tài)之間存在較大出入。如果模板在剛度性能方面的控制效果良好，也會由于混凝土配合比不同出現(xiàn)容重誤差，造成與設(shè)計值之間出現(xiàn)出入。本文按照合適的比例，增大混凝土的容重計算，根據(jù)以往的研究基礎(chǔ)，考慮到連續(xù)鋼構(gòu)橋梁拱圈的截面尺寸變化以及混凝土容重指標(biāo)的影響進(jìn)行研究。

本文以連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面作為研究對象，橋梁的主梁截面關(guān)于雙軸對稱，因此只考慮1/4截面來分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性，如圖1所示。

假設(shè)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積為A，計算公式如下：

A=4·（tw+uv+tv+C）" " " " " " " " " " （1）

式中，tw表示①號塊的面積，uv表示②號塊的面積，tv表示④號塊的面積，該值是不變的，為此倒角處③號塊和⑤號塊的面積基本不會發(fā)生變化，兩塊的面積都是C。

當(dāng)△u、△v、△t和△w等參數(shù)的變化量比較小時，就存在的關(guān)系，可表示如下：

（2）

根據(jù)的關(guān)系，可以得到如下結(jié)果：

dA=4（tdw+wdt+tdv+vdu）" " " " " " " " （3）

△A≈dA連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈混凝土在實際懸澆施工過程中，模板側(cè)面的剛度完全可以抵抗混凝土的側(cè)壓力。由于連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的中腹桿構(gòu)造被取消[7]，頂板地模很難抵抗混凝土的濕重，從而導(dǎo)致底模出現(xiàn)變形，可以令dw=0，dv=0，那么連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積的變化量為：

dA=4（wdt+tvdu）" " " " " " " " " " "（4）

由于dt=△t，du=△u，因此在計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈截面混凝土超方量時，主要考慮①號塊和②號塊截面豎向尺寸的增量△t和△u[8]。

要想保證混凝土容重計算的準(zhǔn)確性，必須考慮到連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈中普通鋼筋的用量[9]，以此計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的換算容重。在單位長度內(nèi)，換算容重的計算公式如下：

（5）

式中，ρ'表示連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的換算容重，ρ表示素混凝土的容重，A表示連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積，G表示鋼筋含量。

如果連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積發(fā)生不均勻變化，那么換算容重的計算公式如下：

（6）

如果連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積發(fā)生均勻變化，那么換算容重的計算公式如下：

（7）

根據(jù)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的1/4截面，計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積。利用連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積的變化量，計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈在單位長度內(nèi)的換算容重，以此作為評價指標(biāo)，分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性。

1.2" "計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋

為了精確計算出連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的預(yù)應(yīng)力筋，從連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的k號節(jié)段上選取一個微元，質(zhì)量大小為ds·γ·Ax，利用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式，計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中所有微元對接頭i的力矩讓如下：

（8）

式中，γ表示容重，Ax表示拱肋的截面面積，ξi·" "表示接頭處與橋梁拱頂之間的距離，ξ·" "表示微元與連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊拱頂之間的水平距離。

在連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中，對公式（8）進(jìn)行簡化，得到公式如下：

（9）

與Mis的計算原理相同，計算出連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中節(jié)段k的自重，計算公式如下：

（10）

參數(shù)η和K的計算方法如下：

（11）

（12）

其中，L表示連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊拱肋的計算跨徑，f表示連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊拱肋的計算矢高，m表示拱軸系數(shù)。

選取連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中第k號節(jié)段進(jìn)行分析。對于接頭來講，連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中節(jié)段k的自重、臨時荷載等，對接頭處產(chǎn)生的彎矩如下：

Mi=Mis+Mip" " " " " " " " " " " " " " "（13）

Mip=∑Pik Xik" " " " " " " " " " " " " " " " " " nbsp; " " " " " （14）

基于公式（13）和公式（14），可以計算出自重、臨時荷載對接頭處截面上緣產(chǎn)生的應(yīng)力如下：

（15）

式中：Mi表示彎矩，Mis表示節(jié)段k的自重對接頭處產(chǎn)生的彎矩，Pik表示其他荷載，Xik表示Pik與接頭i之間的水平距離，Ii表示抗彎慣性矩，yo表示接頭截面中心與上緣之間的距離，Vi表示豎向反力，θi表示水平傾角，Ai表示截面的凈面積。

根據(jù)接頭處截面上緣應(yīng)力[10]，可以計算出連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋的面積，其公式如下：

σi=σo1+σo2+≤[σi]" " " " " " " " " " （16）

式中，[σi]表示混凝土容許的計算面積。

利用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式，計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊所有微元對接頭的力矩，根據(jù)續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋的面積，計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋。

1.3" "設(shè)計連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序

連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工方案設(shè)計前，先完成橋梁的臨時支墩和扣塔設(shè)計，利用橋梁各拱座的現(xiàn)澆施工[11]，完成臨時支墩，具體步驟如下。

Step1：臨時支架設(shè)計，對1號段進(jìn)行支架安裝，利用鋼筋混凝土模板，預(yù)留預(yù)應(yīng)力管道，然后對1號段進(jìn)行現(xiàn)澆施工，完成第1節(jié)拱肋[12]。

Step2：等第1節(jié)拱肋內(nèi)的鋼筋混凝土完全堅固后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉及錨固，拆除臨時支架，完成橋梁懸臂。

Step3：在第1節(jié)拱肋末端進(jìn)行掛籃施工，完成第2節(jié)拱肋的現(xiàn)澆施工。

Step4：待第2節(jié)拱肋內(nèi)的鋼筋混凝土完全堅固后，對其進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉及錨固。

Step5：移動掛籃施工，重復(fù)以上步驟，直至完成5個臨時支墩。

對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊進(jìn)行懸澆施工過程中，必然會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力筋拉力與壓力[13]。對于鋼筋混凝土材料結(jié)構(gòu)，實施懸澆施工技術(shù)過程中，只有保證預(yù)應(yīng)力筋值控制在標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)，才能保證整個橋梁的施工安全。否則超出標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響橋梁的質(zhì)量。結(jié)合目前國內(nèi)的懸澆施工技術(shù)與實際案例分析，采用控制預(yù)應(yīng)力筋的方法對續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊進(jìn)行懸澆施工，可以保證拱肋的拉應(yīng)力在可控范圍內(nèi)，從而保證橋梁施工的安全性。

參考先完成橋梁的臨時支墩和扣塔設(shè)計[14]，完成連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序的設(shè)計，保證鋼筋綁扎的凈距不大于40mm，構(gòu)建臨時結(jié)構(gòu)搭設(shè)模型如圖2所示。

在對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊進(jìn)行懸澆施工，按照以下步驟完成施工程序的設(shè)計。

Step1：將5節(jié)拱肋預(yù)應(yīng)力筋連接后，在第5節(jié)拱肋進(jìn)行掛籃施工。

Step2：安裝受壓支座，為5節(jié)拱肋提供支撐體系。

Step3：對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊進(jìn)行墊梁施工。

Step4：完成上述操作后，對橋梁進(jìn)行線形監(jiān)控，按照臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計澆灌方案，在預(yù)應(yīng)力筋值在可控范圍內(nèi)，利用掛籃對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊進(jìn)行懸澆施工。

在完成對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工后，實心澆筑扣塔上方的5節(jié)拱肋，以保證橋梁主要受力點在臨時支墩上，防止橋梁的整體受力能力受到影響[15]。與此同時，在后續(xù)對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工過程中，要將5節(jié)拱肋的彈性進(jìn)行壓縮。圖3和圖4展示了臨時支墩截面圖與扣塔設(shè)計的截面狀況。

綜上所述，通過分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性，采用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式計算了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序設(shè)計，完成了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的懸澆施工。

2" "實驗對比分析

為了驗證考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)的可行性，引入文獻(xiàn)[4]的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)和文獻(xiàn)[5]的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)，將二者進(jìn)行對比，從施工效率和施工成本兩方面進(jìn)行測試。3種連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)的施工效率測試結(jié)果如圖5所示。

從圖5的結(jié)果可以看出，隨著施工工況復(fù)雜程度越來越大，3種連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)的施工效率也越來越低。考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)在施工之前，分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性，避免荷載問題對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率造成的影響，從而大大提高了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率。3種連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)的施工成本測試結(jié)果如圖6所示。

從圖6的結(jié)果可以看出，受到施工工況復(fù)雜程度的影響，花費的成本也越來越大。考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)，由于設(shè)計了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序，節(jié)省了一些不必要的花銷，從而整體降低了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工成本。

3" "結(jié)語

為了克服傳統(tǒng)連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率低、造價高的缺點，提出了考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)。通過分析連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性，采用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式計算了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序設(shè)計，完成了連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的懸澆施工。以連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的1/4截面為例，計算連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈的截面面積，根據(jù)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積變化情況，計算出單位長度內(nèi)連續(xù)鋼構(gòu)橋梁主拱圈箱型截面面積的換算容重。將其作為一項評價指標(biāo)，對連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的荷載敏感性進(jìn)行分析。利用支撐結(jié)構(gòu)驗算的方式，計算連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊中所有微元對接頭處的力矩，以連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋面積為基礎(chǔ)，對續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行計算，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工程序設(shè)計，完成連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊的懸澆施工。研究結(jié)果顯示，考慮支撐結(jié)構(gòu)驗算的連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工技術(shù)，不僅可以提高連續(xù)剛構(gòu)橋梁0號塊懸澆施工效率，還可以降低施工成本。

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