范春生(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南250014)

本文基于主跨150 米預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工狀況對懸臂施工全過程進行了有限元模擬分析，計算了各施工階段各控制截面的應力，得出懸臂施工階段各個控制截面各個控制點的較為詳細的應力變化規(guī)律，對橋梁的施工控制有一定的指導作用。

1 工程概況

新建莞惠城際鐵路赤滘口河特大橋位于廣東省東莞市道滘鎮(zhèn)內，橋梁全長5.26km，其中赤滘口河特大橋跨北海河為(80+150+150+80) m預應力混凝土連續(xù)梁，梁體形式為單箱單室直腹板變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁。全橋箱梁頂寬11.6m，箱梁底寬6.5m；端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高為6.5m，中支點處梁高11.5m，梁高按圓弧線變化；采用懸臂澆注法施工，全橋共分111 個梁段，中支點0 號段長度14.0m，一般梁段長度分成3.0m，3.5m，4.0m，合龍段長度2.0m，邊跨直線段長度3.85m，最大懸臂澆注塊重3037.03kN。設計活載采用0.6UIC 荷載圖式值作為橋梁設計的列車豎向活載。掛籃及施工荷載總重(包括模板)按最大梁段的一半，取1000kN計。該大橋總體布置圖見圖1。

主橋上部結構施工步驟為：采用墩旁托架施工0 號段→安裝懸臂施工掛籃、綁扎鋼筋、澆注混凝土，張拉預應力鋼束→對稱移動懸臂施工掛藍→對稱順序安裝各節(jié)段施工模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土，張拉預應力鋼束→適時安裝邊跨直線段施工模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土，張拉預應力鋼束→拆除懸臂施工掛籃→安裝邊跨合龍吊架和合龍支撐→安裝邊跨合龍段施工模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土，張拉預應力鋼束→拆除邊跨吊籃、吊架→安裝中跨合龍吊架和合龍支撐→安裝中跨合龍段施工模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土，張拉預應力鋼束→拆除中跨懸臂壓重、吊架及支撐→拆除1 號墩、2 號墩、3 號墩臨時支座及墩旁托架→成橋、竣工驗收。

2 計算模型

本橋采用懸臂現(xiàn)澆施工，施工工序和施工階段較多。在施工過程中，主梁標高和內力不斷變化，有可能造成各階段的應力隨混凝土澆注過程變化而偏離設計值，甚至超過設計允許應力值。若不通過有效的施工控制及時發(fā)現(xiàn)、及時調整，就可能造成成橋狀態(tài)內力不符合設計要求。對橋梁進行施工監(jiān)控的目的之一就是確保施工過程中結構的可靠度和安全性，保證橋梁成橋后受力狀態(tài)符合設計要求。因此，從某種意義上講，掌握和了解懸臂施工階段橋梁結構的應力狀態(tài)成了大跨度橋梁修建過程中必不可少的工作內容。

2.1 單元劃分

在進行計算時，用空間梁單元模擬主橋，各梁段離散為梁單元。全橋共劃分為136 個梁單元，163 個節(jié)點。其中，0號塊劃分為6 個單元，每個懸臂澆注塊劃分為1 個單元，合龍段作為4 個單元，邊跨直線段劃分為3 個單元。

圖1 總體布置圖

2.2 邊界條件

橋梁結構在懸臂施工過程中發(fā)生體系轉換，即橋梁結構的邊界條件在施工過程中會發(fā)生變化。邊跨合攏前，1 號墩、2 號墩和3 號墩與懸臂澆注段為靜定T 構。邊跨合龍后，橋梁結構體系發(fā)生變化。中跨合龍后，全橋形成連續(xù)梁橋結構。計算時，邊跨合龍前，1 號墩、2 號墩和3 號墩的約束條件為固結。邊跨合龍后，1 號墩、2 號墩和3 號墩為固定鉸支，邊墩為活動鉸支。中跨合龍后，1 號、3 號和邊墩為活動鉸支，2 號墩為固定鉸支。

2.3 計算參數(shù)

本次計算考慮了影響施工過程的主要因素，如箱梁自重、混凝土收縮徐變、預應力等。

3 計算結果

本文選取距2 號墩1.75m 處的懸臂根部的5-5 截面為應力控制截面，計算箱梁頂板測點A點和底板測點B 點的應力。測點布置如圖2 所示。

施工過程中，對各個梁段的應力進行計算時，同時考慮預應力、結構自重和施工荷載等作用。

圖2 測點布置圖

1) 各梁段由于張拉預應力鋼束在正截面上產(chǎn)生的縱向力、剪力和彎矩按下列公式計算：

式中： σy、Ay為預應力鋼束的預加應力(扣除相應階段的應力損失) 和截面面積。

ey為預加應力和合力至截面重心軸的距離，其計算公式如下：

其中， Yy為預應力鋼束Ay的重心至截面重心軸的距離。

確定截面重心軸的位置時，構件截面按以下方法規(guī)定：在預應力鋼束管道內壓注灰漿以前為凈截面，在預應力鋼束與混凝土之間具有粘結力以后，則為換算截面。

2)由預應力產(chǎn)生的混凝土法向應力，由下式計算：

式中：y 為計算的應力點至截面重心軸的距離

3)由荷載產(chǎn)生的混凝土法向應力由下式計算：

式中：N 、M 分別為縱向力和彎矩。

A0、 I0分別為換算截面的面積和慣性矩。

各個測點在各個施工階段應力計算結果見表1。

根據(jù)表1 的計算結果，可以得到各控制點的應力變化曲線，見圖3。

圖3 測點應力變化曲線

從圖3 可以看出，在懸臂澆注施工過程中，所有階段，5-5 截面混凝土應力均為壓應力，符合相關設計要求。

同理，也可以計算出其他截面上各個測點的應力。在實際施工控制中，可以在橋梁結構的其他截面增加應力測點，從而更完全的掌握施工過程中橋梁結構內力的發(fā)展情況。

4 結語

1) 本文通過有限單元法模擬計算了大跨度鐵路預應力混凝土連續(xù)梁橋施工過程，得到了橋梁結構各個控制截面上各個控制點在不同施工階段的理想應力狀態(tài)，從而為施工控制的應力控制提供理論依據(jù)。

2) 掛籃重量和預應力對橋梁結構受力影響較大，施工過程中應嚴格控制。

表1 5-5 截面各個測點應力值

3) 采用懸臂施工法的大跨度連續(xù)梁，施工過程中和成橋后的結構受力狀態(tài)與不同的施工順序密切相關。因此，施工過程中，應盡量避免改變施工計劃。如有變化，應重新計算，并及時評估橋梁結構的受力狀態(tài)。

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