白志平，張謝東，韓成林，3，馬淑芬

(1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063;2.內(nèi)蒙古高等級公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;3.中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600)

內(nèi)蒙古某PC黃河特大橋，梁體采用懸臂澆筑法施工。在各T構(gòu)澆筑到18#塊時，即最大懸臂階段狀態(tài)，遇到北方冬季寒冷而無法繼續(xù)現(xiàn)澆混凝土。T構(gòu)在最大懸臂狀態(tài)保持半年之久，勢必會對各跨的合龍成橋造成影響。本文從結(jié)構(gòu)受力安全角度和變形發(fā)展角度，分析由于停工對主梁應(yīng)力和位移造成的影響，從而評價主橋最大懸臂狀態(tài)的安全性和成橋合龍的可控性。

1 工程概況

本黃河特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用(85+6×150+85)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，總長1 070 m，采用整體承臺雙幅橋。單幅橋?qū)?3.75 m，翼緣板懸臂長3.3 m，箱梁底寬7.15 m;跨根部梁高8.5 m，跨中梁高3.8 m，梁高曲線采用1.5次冪拋物線。0#塊長10 m，懸臂澆筑段梁段劃分為(8×3+5×4+5×5)m，節(jié)段劃分示意如圖1。

主橋下部采用鋼筋混凝土薄壁空心墩，橋墩截面外形為10.65 m×7 m不等邊長的六邊形截面，橋墩薄壁厚度0.7 m。左右幅橋采用一個承臺基礎(chǔ)，平面采用32.5 m×12 m不等邊長的六邊形截面，承臺厚度為4 m，采用22根φ1.8 m鉆孔樁基礎(chǔ)，樁長90 m，樁基礎(chǔ)均按摩擦樁設(shè)計。

圖1 主橋22#墩T構(gòu)施工節(jié)段劃分示意(單位:cm)

2 考慮抗震阻尼效應(yīng)的非線性模型

采用空間梁單元對本黃河特大橋主橋建立三維有限元數(shù)值模型，該橋變截面主梁采用符合Timoshenko梁理論的兩節(jié)點梁單元，較好地模擬外荷載作用下主梁的剪切變形和翹曲變形［1］。本橋23#中墩為制動墩，采用 KZQZ37500—GD 型抗震支座;20#，21#，22#，24#，25#，26#墩墩頂均采用 LQZ37500 型普通滑動支座，并附加設(shè)置2 100 kN FLUID VICOUS DAMPER抗震阻尼器。19#，27#過渡墩墩頂采用 LQZ4000—SX型普通雙向滑動支座。

考慮到本橋22#墩采用了2 100 kN FLUID VICOUS DAMPER抗震阻尼器(圖2)，建立了黏彈性消能器(Viscoelastic Damper)Maxwell非線性模型［2］，并依據(jù)參數(shù)敏感性分析而得到各參數(shù)取值。消能器阻尼Cd=1 700 kN;參考速度 VO=1.0;阻尼指數(shù) s=0.5;連接彈簧剛度kb取為極大值(無限剛);有效阻尼為2 500 kN。樁身柔度和樁周圍土進行模型簡化處理，將樁—地基體系按土層厚度離散成一個理想化的參數(shù)系統(tǒng)，用彈簧和阻尼器模擬土介質(zhì)的動力性質(zhì)，形成一個地下部分的多質(zhì)點體系，然后和上部結(jié)構(gòu)質(zhì)點體系聯(lián)合建立整體耦聯(lián)的動力微分方程組進行求解［3］。假設(shè)土介質(zhì)為線彈性的連續(xù)介質(zhì);等代土彈簧的剛度由土介質(zhì)的m值計算。22#墩墩頂雙懸臂模型如圖3所示。

綜合考慮分析精度和結(jié)果比較的需要，本文在建立連續(xù)施工和非連續(xù)施工線性模型的基礎(chǔ)上，亦建立了考慮阻尼器影響的非線性數(shù)值模型［4-5］。模型一為線性，模型二為非線性。

圖2 主橋22#T構(gòu)墩墩頂阻尼器布置示意

圖3 主橋22#墩最大雙懸臂數(shù)值模型

3 結(jié)果分析

3.1 最大懸臂狀態(tài)效應(yīng)

連續(xù)施工與非連續(xù)施工最大懸臂效應(yīng)計算結(jié)果見表1，表2及表3。

表1 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大正應(yīng)力比較 MPa

分析表1主橋22#墩最大懸臂狀態(tài)短暫狀況應(yīng)力值可知，對線性模型，非連續(xù)性施工將導(dǎo)致上緣應(yīng)力增加0.17 MPa，下緣應(yīng)力降低0.09 MPa;對非線性模型，亦有相同規(guī)律，即上緣應(yīng)力增加，下緣應(yīng)力降低。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上緣應(yīng)力均較線性模型低，而下緣應(yīng)力較線性模型高。

分析表2主橋22#墩最大懸臂狀態(tài)短暫狀況彎矩最值可知，對線性模型，非連續(xù)性施工將導(dǎo)致主梁彎矩最值降低，約降低11%;對非線性模型，亦有相同規(guī)律，約降低21%。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，非線性模型計算值均比線性模型低。

表2 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大彎矩比較 kN·m

表3 主橋22#墩最大雙懸臂主梁最大位移比較 cm

分析表3主橋22#墩最大懸臂狀態(tài)短暫狀況位移最值可知，對線性模型，非連續(xù)性施工將導(dǎo)致懸臂端上撓0.3 cm;對非線性模型，亦有相同規(guī)律，懸臂端上撓0.5 cm。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上撓量較線性模型大。

3.2 成橋階段影響效應(yīng)

連續(xù)施工與非連續(xù)施工成橋階段計算結(jié)果見表4和表5。

分析表4主橋成橋階段主梁最大正應(yīng)力可知，對線性模型，非連續(xù)性施工將導(dǎo)致上緣應(yīng)力降低0.44 MPa，下緣應(yīng)力增加0.04 MPa;對非線性模型，亦有相同規(guī)律，即上緣應(yīng)力降低，下緣應(yīng)力增加。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，上緣應(yīng)力均較線性模型低，而下緣應(yīng)力較線性模型高。

表4 主橋成橋階段主梁最大正應(yīng)力比較 MPa

表5 主橋成橋階段主梁最大位移比較 cm

分析表5主橋成橋階段主梁位移最值可知，對線性模型，非連續(xù)性施工將導(dǎo)致位移將低，即撓度減小;對非線性模型，亦有相同規(guī)律。分析比較考慮阻尼器后的作用效果后可知，非線性位移較線性模型大，即非線性位移較線性模型上撓量大。

4 結(jié)論

1)對模型一進行線性分析可知，大跨徑梁橋在最大懸臂狀態(tài)休工長達半年之久且歷經(jīng)黃河流凌期的冰撞，計算結(jié)果表明，在現(xiàn)有設(shè)計和施工條件下，合龍期間采用適當(dāng)監(jiān)控措施可以安全合龍。

2)模型一計算結(jié)果表明，大跨徑梁橋在最大懸臂狀態(tài)非連續(xù)施工將引起懸臂節(jié)段上緣應(yīng)力增大，下緣應(yīng)力降低;懸臂階段也將上撓。對成橋階段，將引起節(jié)段上緣應(yīng)力降低，下緣應(yīng)力增大;主梁位移減小，即預(yù)拱度降低。

3)對考慮阻尼器的非線性模型二進行分析可知，計算變化趨勢和模型一基本相符。同時表明阻尼器亦可有效約束主梁較大的位移和釋放根部應(yīng)力，使得主梁內(nèi)力分布更合理。

［1］單德山，李喬，王玉玨.既有多梁式橋梁的損傷識別［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，27(1):5-8.

［2］郭俊峰.凌汛期大跨徑橋梁的安全性評價［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2008.

［3］雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［4］向中富.橋梁施工與控制［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［5］中華人民共和國交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.