梁拱組合剛構(gòu)橋運營期下?lián)戏治黾疤幹螌Σ哐芯?/h1>
2022-06-23 02:34:28義啟貴
黑龍江交通科技 2022年5期
義啟貴
(廣西壯族自治區(qū)桂東公路發(fā)展中心，廣西 梧州 543000)
伴隨經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，國家對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入越來越大，尤其以高速鐵路的發(fā)展最為迅速，在高速鐵路建設(shè)中大多為橋梁工程，而梁拱組合剛構(gòu)拱橋又廣泛應(yīng)用于高速鐵路橋梁建設(shè)[1,2]。但是在梁拱組合剛構(gòu)橋成橋運營階段，由于某些影響因素會導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)各種病害，而主梁跨中撓度過大是最為常見的一種病害，它將導(dǎo)致主梁開裂，對結(jié)構(gòu)的適用性、安全性、耐久性及使用壽命造成嚴重的影響[3,4]。目前國內(nèi)外研究人員針對梁拱組合剛構(gòu)橋主梁中跨跨中撓度下?lián)犀F(xiàn)象已經(jīng)做了一定的研究，但是對于成橋后的梁拱組合橋主梁撓度提升鮮有研究，因此很有必要對于這方面作進一步研究[5,6]。因此文章針對梁拱組合橋主梁跨中下?lián)铣梢蛞约邦A(yù)防措施進行分析，提出采用二次張拉吊桿索力的方法來對處理運營期主梁跨中下?lián)线^大的問題，結(jié)合數(shù)值分析軟件對比分析三種主梁跨中提升方案吊桿索力增加值及安全系數(shù)，得到主梁跨中不同提升方案下各吊桿安全系數(shù)變化規(guī)律以及各吊桿二次張拉后索力增加值。
1 工程概況
河南至重慶方向高速鐵路上梁拱組合剛構(gòu)橋橋跨布置為(109+220+109)m，全長為457.1 m。系梁橫截面采用單箱雙室變高截面，邊支點斷面高4.0 m，中支點斷面高7.5 m，采用C55混凝土，拱肋為啞鈴型截面，其中鋼管直徑為1.2 m，內(nèi)部澆筑C55混凝土，兩條拱肋之間間距為12 m。
2 有限元模型建立
采用數(shù)值分析軟件建立全過程的有限元模型，嚴格按照吊桿設(shè)計張拉力和設(shè)計張拉順序建模。全橋主要采用梁單元和桁架單元，其中主梁、橋墩、拱肋及橫撐采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。
3 主梁跨中下?lián)铣梢蚣邦A(yù)防措施分析
3.1 跨中下?lián)系某梢?/h3>
通常來說一般橋梁的軸線有三條：第一條是橋梁的設(shè)計軸線；第二條是橋梁成橋時的軸線；第三條是收縮徐變基本完成后的橋梁軸線。當(dāng)?shù)谌龡l軸線低于第一條，就出現(xiàn)了下?lián)蠁栴}。
3.2 跨中下?lián)项A(yù)防措施
(1)控制負彎矩區(qū)域截面的應(yīng)力梯度
在結(jié)構(gòu)計算的負彎矩區(qū)域，通過增設(shè)有效預(yù)應(yīng)力來增加截面上邊緣的壓應(yīng)力；增加底板厚度可以有效的降低截面下邊緣壓應(yīng)力導(dǎo)致的影響。有效地控制應(yīng)力梯度，降低徐變下?lián)稀?/p>
(2)減小預(yù)應(yīng)力損失
采用真空壓漿技術(shù)，漿體必須滿足泌水性的要求，重視并及早進行工地的預(yù)應(yīng)力損失試驗等。這種壓漿方法相較于常規(guī)的壓漿方法能夠提高孔道的壓漿飽滿度和致密性，同時在極大程度上還可以避免預(yù)應(yīng)力鋼束的銹蝕反應(yīng)，繼而提高主梁的極限承載力，防止梁體發(fā)生下?lián)仙踔灵_裂現(xiàn)象。
(3)吊桿二次張拉
在梁拱組合橋成橋運營后，無法通過上述措施預(yù)防處治主梁下?lián)希蓸蚝蟮鯒U可以通過二次張拉來提升主梁，因此可以通過二次張拉吊桿索力來處治主梁跨中下?lián)线^大問題。由于吊桿二次張拉后對其安全性影響較大，因此需要對吊桿二次張拉整個過程進行詳細分析。
4 主梁運營期跨中下?lián)咸幹螌Σ?/h2>4.1 跨中下?lián)咸幹畏桨?/h3>
當(dāng)全橋已經(jīng)建成通車后，施工過程中的預(yù)防措施對于主梁運營期出現(xiàn)的跨中下?lián)犀F(xiàn)象無法解決了，因此只能通過將二次張拉吊桿索力，提升主梁撓度。文章結(jié)合實際工程情況，分別分析主梁提升1 cm、2 cm以及4 cm時吊桿二次張拉的索力方案以及吊桿安全系數(shù)。梁拱組合剛構(gòu)橋全梁共設(shè)22組吊桿。其吊桿安全系數(shù)為3。
(1)主梁跨中提升1 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力增加值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表1 跨中撓度1 cm吊桿索力增加值及安全系數(shù)
根據(jù)表1所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了1.078 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
(2)主梁跨中提升2 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力變化值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表2 跨中撓度1 cm吊桿索力變化值及安全系數(shù)
根據(jù)表2所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了2.017 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
(3)主梁跨中提升4 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力變化值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表3 跨中撓度4 cm吊桿索力變化值及安全系數(shù)
根據(jù)表3所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了3.950 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
4.2 計算結(jié)果分析
采用二次張拉吊桿索力的方法來對跨中下?lián)线^大的問題進行處理，結(jié)合數(shù)值分析軟件對比分析三種主梁跨中提升方案吊桿索力增加值及安全系數(shù)，得到主梁跨中不同提升方案下各吊桿安全系數(shù)變化規(guī)律以及各吊桿二次張拉后索力增加值。計算結(jié)果如圖2和圖3所示。
圖2 不同主梁跨中提升方案各吊桿安全系數(shù)變化圖
根據(jù)圖2可知，隨著主梁跨中撓度提升值的增大，各吊桿的安全性能隨之下降，但各吊桿安全系數(shù)均大于3，滿足設(shè)計要求。其中11#和12#吊桿在主梁跨中提升1 cm和2 cm時吊桿的安全系數(shù)接近，但主梁跨中提升4 cm吊桿的安全系數(shù)相較于主梁跨中提升1 cm吊桿的安全系數(shù)降低了25.6%，由此可知，吊桿二次張拉索力能夠提升主梁跨中撓度，但仍需考慮吊桿自身的安全性能，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。由圖3可知，各吊桿二次張拉索力均隨著主梁跨中提升而增加，其中長吊桿6#～17#吊桿索力增加值變化幅度較小，而3#～5#吊桿以及18#～19#吊桿索力增加值較小，由此可知，主要通過長吊桿二次張拉來提升主梁跨中撓度。
5 結(jié) 論
針對梁拱組合橋中跨跨中下?lián)线^大的影響因素以及中跨下?lián)项A(yù)防措施進行分析，主要得出如下結(jié)論：
(1)通過分析主梁提升1 cm、2 cm以及4cm時吊桿二次張拉的索力方案以及吊桿安全系數(shù)可知，當(dāng)主梁運營期出現(xiàn)跨中下?lián)系默F(xiàn)象時，可以通過二次張拉吊桿索力的處治對策來提升主梁撓度，
(2)隨著主梁跨中撓度提升值的增大，各吊桿的安全性能隨之下降，但各吊桿安全系數(shù)均大于3，滿足設(shè)計要求。其中11#和12#吊桿在主梁跨中提升1 cm和2 cm時吊桿的安全系數(shù)接近，因此吊桿二次張拉時需考慮吊桿自身的安全性能，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。
(3)各吊桿二次張拉索力均隨著主梁跨中提升而增加，其中長吊桿6#～17#吊桿索力增加值變化幅度較小，而3#～5#吊桿以及18#～19#吊桿索力增加值較小，因此主要通過長吊桿二次張拉來提升主梁跨中撓度。
義啟貴
(廣西壯族自治區(qū)桂東公路發(fā)展中心，廣西 梧州 543000)
伴隨經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，國家對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入越來越大，尤其以高速鐵路的發(fā)展最為迅速，在高速鐵路建設(shè)中大多為橋梁工程，而梁拱組合剛構(gòu)拱橋又廣泛應(yīng)用于高速鐵路橋梁建設(shè)[1,2]。但是在梁拱組合剛構(gòu)橋成橋運營階段，由于某些影響因素會導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)各種病害，而主梁跨中撓度過大是最為常見的一種病害，它將導(dǎo)致主梁開裂，對結(jié)構(gòu)的適用性、安全性、耐久性及使用壽命造成嚴重的影響[3,4]。目前國內(nèi)外研究人員針對梁拱組合剛構(gòu)橋主梁中跨跨中撓度下?lián)犀F(xiàn)象已經(jīng)做了一定的研究，但是對于成橋后的梁拱組合橋主梁撓度提升鮮有研究，因此很有必要對于這方面作進一步研究[5,6]。因此文章針對梁拱組合橋主梁跨中下?lián)铣梢蛞约邦A(yù)防措施進行分析，提出采用二次張拉吊桿索力的方法來對處理運營期主梁跨中下?lián)线^大的問題，結(jié)合數(shù)值分析軟件對比分析三種主梁跨中提升方案吊桿索力增加值及安全系數(shù)，得到主梁跨中不同提升方案下各吊桿安全系數(shù)變化規(guī)律以及各吊桿二次張拉后索力增加值。
1 工程概況
河南至重慶方向高速鐵路上梁拱組合剛構(gòu)橋橋跨布置為(109+220+109)m，全長為457.1 m。系梁橫截面采用單箱雙室變高截面，邊支點斷面高4.0 m，中支點斷面高7.5 m，采用C55混凝土，拱肋為啞鈴型截面，其中鋼管直徑為1.2 m，內(nèi)部澆筑C55混凝土，兩條拱肋之間間距為12 m。
2 有限元模型建立
采用數(shù)值分析軟件建立全過程的有限元模型，嚴格按照吊桿設(shè)計張拉力和設(shè)計張拉順序建模。全橋主要采用梁單元和桁架單元，其中主梁、橋墩、拱肋及橫撐采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。
3 主梁跨中下?lián)铣梢蚣邦A(yù)防措施分析
3.1 跨中下?lián)系某梢?/h3>
通常來說一般橋梁的軸線有三條：第一條是橋梁的設(shè)計軸線；第二條是橋梁成橋時的軸線；第三條是收縮徐變基本完成后的橋梁軸線。當(dāng)?shù)谌龡l軸線低于第一條，就出現(xiàn)了下?lián)蠁栴}。
3.2 跨中下?lián)项A(yù)防措施
(1)控制負彎矩區(qū)域截面的應(yīng)力梯度
在結(jié)構(gòu)計算的負彎矩區(qū)域，通過增設(shè)有效預(yù)應(yīng)力來增加截面上邊緣的壓應(yīng)力；增加底板厚度可以有效的降低截面下邊緣壓應(yīng)力導(dǎo)致的影響。有效地控制應(yīng)力梯度，降低徐變下?lián)稀?/p>
(2)減小預(yù)應(yīng)力損失
采用真空壓漿技術(shù)，漿體必須滿足泌水性的要求，重視并及早進行工地的預(yù)應(yīng)力損失試驗等。這種壓漿方法相較于常規(guī)的壓漿方法能夠提高孔道的壓漿飽滿度和致密性，同時在極大程度上還可以避免預(yù)應(yīng)力鋼束的銹蝕反應(yīng)，繼而提高主梁的極限承載力，防止梁體發(fā)生下?lián)仙踔灵_裂現(xiàn)象。
(3)吊桿二次張拉
在梁拱組合橋成橋運營后，無法通過上述措施預(yù)防處治主梁下?lián)希蓸蚝蟮鯒U可以通過二次張拉來提升主梁，因此可以通過二次張拉吊桿索力來處治主梁跨中下?lián)线^大問題。由于吊桿二次張拉后對其安全性影響較大，因此需要對吊桿二次張拉整個過程進行詳細分析。
4 主梁運營期跨中下?lián)咸幹螌Σ?/h2>4.1 跨中下?lián)咸幹畏桨?/h3>
當(dāng)全橋已經(jīng)建成通車后，施工過程中的預(yù)防措施對于主梁運營期出現(xiàn)的跨中下?lián)犀F(xiàn)象無法解決了，因此只能通過將二次張拉吊桿索力，提升主梁撓度。文章結(jié)合實際工程情況，分別分析主梁提升1 cm、2 cm以及4 cm時吊桿二次張拉的索力方案以及吊桿安全系數(shù)。梁拱組合剛構(gòu)橋全梁共設(shè)22組吊桿。其吊桿安全系數(shù)為3。
(1)主梁跨中提升1 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力增加值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表1 跨中撓度1 cm吊桿索力增加值及安全系數(shù)
根據(jù)表1所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了1.078 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
(2)主梁跨中提升2 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力變化值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表2 跨中撓度1 cm吊桿索力變化值及安全系數(shù)
根據(jù)表2所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了2.017 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
(3)主梁跨中提升4 cm
假定主梁建成運營階段受到外部因素的影響，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)? cm時，為了使橋梁線形與設(shè)計軸線趨于重合，通過對中長吊桿共計18組吊桿進行二次張拉，結(jié)合數(shù)值分析模型，計算其索力變化值以及安全系數(shù)，吊桿二次張拉索力變化值及其安全系數(shù)計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
表3 跨中撓度4 cm吊桿索力變化值及安全系數(shù)
根據(jù)表3所示吊桿索力增加值，結(jié)合數(shù)值分析模型對吊桿進行二次張拉，得到主梁跨中撓度變化值，可知主梁跨中提升了3.950 cm，同時吊桿在二次張拉后其安全系數(shù)均大于3，符合設(shè)計要求。
4.2 計算結(jié)果分析
采用二次張拉吊桿索力的方法來對跨中下?lián)线^大的問題進行處理，結(jié)合數(shù)值分析軟件對比分析三種主梁跨中提升方案吊桿索力增加值及安全系數(shù)，得到主梁跨中不同提升方案下各吊桿安全系數(shù)變化規(guī)律以及各吊桿二次張拉后索力增加值。計算結(jié)果如圖2和圖3所示。
圖2 不同主梁跨中提升方案各吊桿安全系數(shù)變化圖
根據(jù)圖2可知，隨著主梁跨中撓度提升值的增大，各吊桿的安全性能隨之下降，但各吊桿安全系數(shù)均大于3，滿足設(shè)計要求。其中11#和12#吊桿在主梁跨中提升1 cm和2 cm時吊桿的安全系數(shù)接近，但主梁跨中提升4 cm吊桿的安全系數(shù)相較于主梁跨中提升1 cm吊桿的安全系數(shù)降低了25.6%，由此可知，吊桿二次張拉索力能夠提升主梁跨中撓度，但仍需考慮吊桿自身的安全性能，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。由圖3可知，各吊桿二次張拉索力均隨著主梁跨中提升而增加，其中長吊桿6#～17#吊桿索力增加值變化幅度較小，而3#～5#吊桿以及18#～19#吊桿索力增加值較小，由此可知，主要通過長吊桿二次張拉來提升主梁跨中撓度。
5 結(jié) 論
針對梁拱組合橋中跨跨中下?lián)线^大的影響因素以及中跨下?lián)项A(yù)防措施進行分析，主要得出如下結(jié)論：
(1)通過分析主梁提升1 cm、2 cm以及4cm時吊桿二次張拉的索力方案以及吊桿安全系數(shù)可知，當(dāng)主梁運營期出現(xiàn)跨中下?lián)系默F(xiàn)象時，可以通過二次張拉吊桿索力的處治對策來提升主梁撓度，
(2)隨著主梁跨中撓度提升值的增大，各吊桿的安全性能隨之下降，但各吊桿安全系數(shù)均大于3，滿足設(shè)計要求。其中11#和12#吊桿在主梁跨中提升1 cm和2 cm時吊桿的安全系數(shù)接近，因此吊桿二次張拉時需考慮吊桿自身的安全性能，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。
(3)各吊桿二次張拉索力均隨著主梁跨中提升而增加，其中長吊桿6#～17#吊桿索力增加值變化幅度較小，而3#～5#吊桿以及18#～19#吊桿索力增加值較小，因此主要通過長吊桿二次張拉來提升主梁跨中撓度。
