混凝土連續箱梁頂推施工過程仿真分析

嚴亮

(華設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210014)

1 工程概況

齊富公路齊杜公路至嫩江大橋段K7+547.76～K8+113.80 跨平齊鐵路及哈齊客專分離式立交橋,橋梁全長566.04m。主橋采用(40+60+40)m 預應力混凝土連續梁橋,單箱雙室結構,主孔橋面全寬29.5m,邊孔橋面全寬24.5m,梁高3.6m,頂板厚28cm,底板厚28cm,腹板厚度由90cm 漸變至60cm。主橋下部永久結構設計為10#、11#、12#、13#四個墩位。主橋跨線時采用頂推法施工(見圖1),頂推梁段長80m,頂推距離99m,橋梁頂推施工時跨越鐵路5 股道,依次為電務段預制廠專用線1、電務段預制廠專用線2、平齊鐵路上行線、平齊鐵路下行線、軍事專用線、新建哈齊客專右線、新建哈齊客專左線。

頂推施工工藝如下:

(1)牽引系統由連續千斤頂、反力座、鋼絞線、液壓泵站、PLC 控制系統及錨具夾片等組成。

(2)后錨系統由牽引座和錨座通過錨軸連接組成,錨座設置在混凝土梁橫隔板位置,與混凝土梁底部采用預埋的連接方式。

(3)滑枕滑板選用MGE 板,滑動摩擦系數約為0.04～0.08。

(4)鋼導梁長32m,高3.6m,由縱梁、橫梁、豎桿、斜桿、斜撐組成,導梁重量約285～310t。

(5)正式頂推前先進行試頂,頂進距離為6m。檢查頂升系統、限位糾偏裝置、監測儀器設備是否正常,人員組織是否到位；記錄啟動頂力、頂推速度,推算摩擦力,分析頂力設備能否滿足要求,及時調整頂推參數。(6)正式頂推分3 次進行:第一次頂推距離為23m(右幅)和24m(左幅)；第二次頂推距離為31m(右幅)和30m(左幅)；第三次頂推距離為39m,梁體頂推到位。

2 頂推施工仿真計算分析

2.1 計算分析模型

采用大型通用有限元軟件Midas/Civil 對頂推施工的過程進行仿真計算,因本橋箱梁為單箱三室,主梁存在15°的斜交角,為準確獲取頂推過程中主梁應力和變形的理論數據,采用梁格法模型,縱向沿腹板中間切開橫向劃分為3 個縱向梁格,確保每個梁單元中性軸與原截面中性軸保持一致,并考慮縱向預應力鋼束,縱向1m 間距建立橫向梁格單元,橫向梁格以箱梁頂板和底板構成的“二形截面”計算截面剛度,前后鋼導梁單元通過剛性連接與混凝土主梁單元連接。

計算分析采用支點動梁不動的建模思路,建模要點主要有以下3 點:

(1)每頂推1m 作為個施工階段,每個施工階段認為結構一次形成；

(2)墩動梁不動,每頂推一次,主梁支承信息變更一次,即通過激活和鈍化支點約束；

(3)導梁與主梁完好的結合在一起共同工作。

本次計算共劃分105 個施工階段,模擬從頂推開始到成橋階段整個過程,階段劃分與施工圖圖紙所述基本一致,各施工階段內容要點見表1,施工階段模擬見圖1。

圖1 施工階段模擬圖

表1 各施工階段的內容要點

2.2 計算分析結果

2.2.1 應力分析

主梁在頂推過程中主梁彎矩處于不斷變化中,以彎矩變化幅度較大的截面進行應力分析,分別為距梁端10.5m 處A截面及距梁端21m 處B 截面,通過施工階段仿真模擬計算分析,A 截面和B 截面各主要頂推階段下截面應力計算結果見表2 和表3,頂推過程中應力變化見圖2 和圖3。

表2 頂推過程中主梁A 截面應力理論值

表3 頂推過程中主梁B 截面應力理論值

圖2 頂推過程中主梁A 截面理論應力變化曲線

圖3 頂推過程中主梁B 截面理論應力變化曲線

由應力計算結果可知:當頂推至59m 時A 截面應力達到最大,當頂推至52m 時B 截面應力達到最大,頂推過程中箱梁上、下緣均處于受壓狀態,最大壓應力小于混凝土抗壓強度設計值。

2.2.2 撓度分析

主梁在頂推過程中主梁處于懸臂狀態,變形不斷變化,頂推過程中需時刻觀測前鋼導梁和主梁前端的撓度變化情況,通過施工階段仿真模擬計算分析,各主要頂推階段下前鋼導梁和混凝土箱梁前端撓度計算結果見表4 和表5,頂推過程中前鋼導梁的前端撓度變化見圖4。

表4 頂推過程中前鋼導梁撓度理論值

表5 頂推過程中箱梁變形監測理論值

圖4 頂推過程中前鋼導梁端部撓度變化曲線

由撓度計算結果可知:前導梁前端的最大豎向位移計算值約為70mm,發生在前導梁將要達到10 號墩之時；箱梁前端的最大豎向位移計算值約為14mm,發生在頂推距離80m時。

3 結論

3.1 經頂推施工過程仿真計算分析,跨平齊鐵路及哈齊客專分離式立交橋主橋在考慮結構自重、預應力效應及混凝土收縮徐變等綜合因素的影響下箱梁各截面應力基本符合現行橋梁規范要求,混凝土箱梁施工過程中撓度較小,說明箱梁在模型基本假定下強度和剛度均滿足要求。

3.2 本文采用大型通用有限元軟件Midas/Civil 對預應力混凝土連續箱梁頂推施工過程進行仿真分析,根據主梁應力和撓度理論變化曲線,可以科學有效的指導頂推施工監控工作,從而達到有目的、有根據的施工控制,其方法可以為廣大工程人員所借鑒。