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        收縮徐變對獨(dú)塔混凝土斜拉橋的影響

        2015-10-21 19:38賈光
        房地產(chǎn)導(dǎo)刊 2015年4期
        關(guān)鍵詞:有限元法斜拉橋評估

        賈光

        摘要:為研究收縮徐變對獨(dú)塔混凝土斜拉橋的影響,尤其是橋面線形的變化及斜拉橋索力的減少量,以霍林郭勒市二號橋?yàn)楸尘?,采用MIDAS Cvil有限元軟件建立該橋空間計(jì)算模型,進(jìn)行考慮收縮徐變的成橋階段的模擬計(jì)算,計(jì)算得出成橋三年后的橋面線形和索力值。并且在成橋3年后對大橋進(jìn)行了全面檢測,根據(jù)檢測后的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)的對比,評估大橋結(jié)構(gòu)受力是否合理,是否需要進(jìn)行調(diào)索施工,同時(shí)也為后續(xù)類似橋梁提供相應(yīng)參考。

        關(guān)鍵詞:斜拉橋;收縮徐變;橋面線形;索力;有限元法;評估

        1 引 言

        在城市橋梁建設(shè)中,獨(dú)塔斜拉橋外型線條簡單而又富有變化,顯得新穎和具有緊張感,近些年被大量采用。收縮和徐變是混凝土結(jié)構(gòu)的固有特性。收縮是指混凝土在空氣中凝結(jié)硬化時(shí)的體積收縮,與其所受荷載無關(guān)。影響收縮的主要因素包含混凝土內(nèi)部組成跟外部環(huán)境。徐變是指混凝土結(jié)構(gòu)在承受長期荷載作用時(shí),應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長而增加的現(xiàn)象。影響徐變的主要因素包含長期作用應(yīng)力的大小,混凝土受荷齡期,構(gòu)件的體積與表面積比,外部環(huán)境等。由于影響混凝土收縮徐變的因素眾多,國內(nèi)外常用的混凝土收縮許變的預(yù)測模型有ACI模型,CEB-FIP模型,B3模型,GL2000模型等等。本橋在計(jì)算過程中,采用了JTG62-2004提供的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,并將其與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況較為吻合,達(dá)到了良好的效果。

        2 工程背景

        霍林郭勒市二號橋?yàn)閮煽鐔嗡p索面斜拉橋,跨徑為100+100=200m,采用塔梁墩固結(jié)的結(jié)構(gòu)體系。橋梁縱坡為2.5%,豎曲線半徑為4000m,橋梁寬度為36m,在橋塔處變寬為40.1m。主梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋單箱五室箱形截面,箱梁梁高2.5m,全橋共設(shè)置32道橫梁。主塔外形為A形塔柱,采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為箱形截面,塔柱寬5.0m,厚2.5m。全橋共有拉索14×4=56根,拉索規(guī)格共四種。拉索在主梁上的錨固點(diǎn)橫橋向間距為31.0m,順橋向間距為6.0m。具體如圖1所示。

        3 有限元計(jì)算分析

        本橋的結(jié)構(gòu)為A塔空間索面的斜拉橋,受力具有空間桿系結(jié)構(gòu)受力特性,因此,整體結(jié)構(gòu)分析采用空間模型進(jìn)行。采用橋梁通用計(jì)算軟件Midas /Civil進(jìn)行建模,模型中的單元包括主梁、索塔、斜拉索等,其中斜拉索采用桁架單元模擬,主梁及橋塔等其他構(gòu)件均采用梁單元模擬。有限元分析軟件Midas中自帶的時(shí)間依存材料模塊(含現(xiàn)有規(guī)范JTG62-2004的計(jì)算方法)可以實(shí)現(xiàn)對混凝土收縮、徐變的計(jì)算,具體操作步驟一般分為兩步:一 .按照現(xiàn)有規(guī)范要求,定義收縮系數(shù)和徐變系數(shù)。二.將定義的材料收縮徐變模式賦予材料。

        4 理論計(jì)算數(shù)值和實(shí)測對比

        4.1理論計(jì)算結(jié)果

        有限元計(jì)算表明,在成橋3年后二號橋的結(jié)構(gòu)有如下變化趨勢:1.A型主塔在長期壓力作用下,徐變效應(yīng)明顯,其中塔頂與成橋狀態(tài)比較,豎向向下會有7mm的變形量。2.由于主塔豎向向下發(fā)生了變形,造成全橋索力全部變小,具體規(guī)律是距離主塔越遠(yuǎn),索力減少的越多。3.由于索力的減少,主梁發(fā)生了向下的變形,其中最大處在每跨跨中附近,變形值為1.5cm。

        4.2現(xiàn)場實(shí)測

        大橋建成時(shí),為保證給以后運(yùn)營提供準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù),設(shè)置了永久觀測段。觀測點(diǎn)位于人行道內(nèi)墻上,保證測點(diǎn)牢固可靠,測點(diǎn)選用直徑16mm的銅棒制作,銅棒頂部加工成半圓形,并使銅棒頂部超出內(nèi)墻頂面3cm?,F(xiàn)場測量中,可以直接測量大橋主梁的線形情況。

        對于斜拉橋的索力測量,目前比較通用的方法是采用頻率法。根據(jù)拉索振動頻率換算索力。由于大橋已經(jīng)通車三年,斜拉索主梁索管處已安裝防雨罩和減震器,所以在對索長進(jìn)行修正時(shí),并沒有從主梁錨固點(diǎn)算起,而是選擇了減震器處作為拉索的錨固點(diǎn),并對減震器到防雨罩之間的距離進(jìn)行了折減,以此長度進(jìn)行計(jì)算。

        4.3數(shù)據(jù)對比

        橋面線形檢測采用全站儀按二等工程水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行測試,以橋塔中心為基準(zhǔn)點(diǎn)測得的標(biāo)高為相對標(biāo)高,測量每6m布置額1個(gè)測量斷面,每斷面橫向在人行道內(nèi)側(cè)邊各布置1個(gè)測點(diǎn),理論值與實(shí)測值的比較如圖2.1~圖2.2所示。

        橋梁橋面實(shí)測線形較平順,基本與理論計(jì)算線形相吻合,無彎折、下?lián)犀F(xiàn)象。

        圖2.1 北側(cè)標(biāo)高理論值與實(shí)測值比較(單位:米) 圖2.2 南側(cè)標(biāo)高理論值與實(shí)測值比較(單位:米)

        對霍林郭勒市二號橋的拉索進(jìn)行編號,從塔根處向引道側(cè)依次編號為L1~L14。通過索力測試系統(tǒng)測得的拉索振動固有頻率估算斜拉索索力,與理論計(jì)算(在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中,考慮混凝土收縮徐變的影響,按照成橋后3年計(jì)算)相比較,索力偏差值最大為6.24%,并且除個(gè)別短索外均小于按照計(jì)城A級荷載作用下理論計(jì)算索力。由于短索測量誤差影響較大和對結(jié)構(gòu)影響較小,對于橋梁整體來看,實(shí)測索力比較均勻,結(jié)構(gòu)受力合理。

        5 結(jié) 語

        1.從理論計(jì)算數(shù)值和實(shí)測值比較可以發(fā)現(xiàn),規(guī)范JTG62-2004中關(guān)于混凝土收縮徐變的計(jì)算是準(zhǔn)確的,現(xiàn)場實(shí)際情況與理論計(jì)算較為吻合。

        2.對于獨(dú)塔混凝土斜拉橋,成橋后收縮徐變的影響較大。因此在設(shè)計(jì)中,不僅主梁要設(shè)置預(yù)拱度,保證結(jié)構(gòu)變形后設(shè)計(jì)線形的準(zhǔn)確。同時(shí)還要進(jìn)行成橋后包含收縮許變效應(yīng)的組合驗(yàn)算,保證大橋結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全。

        3.鑒于影響混凝土的收縮徐變效應(yīng)的因素眾多,要準(zhǔn)確的計(jì)算其產(chǎn)生的效應(yīng)難度較大。本橋吻合的情況良好,建議后期應(yīng)定期對主梁的標(biāo)高和斜拉索索力進(jìn)行測量,以便起到安全預(yù)警的作用。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG62-2004)中華人民共和國交通部,2004

        [2] 劉金秋.《斜拉橋施工過程中間索力的確定及其影響因素》(碩士學(xué)位論文),2004

        [3] 丁文勝. 《混凝土收縮徐變預(yù)測模型的分析比較》,《橋梁建設(shè)》2004.6

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