張華萍，黎淑麗

(江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司泰和管理中心，江西 吉安 343700)

大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學(xué)分析研究

張華萍，黎淑麗

(江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司泰和管理中心，江西 吉安 343700)

通過(guò)研究大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學(xué)模型，為橋梁設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)，大跨度斜拉橋通常情況下受彎構(gòu)件最大應(yīng)力的影響，導(dǎo)致荷載預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)撓度回彈，降低的橋的承重能力。對(duì)彈性荷載力學(xué)分析，通過(guò)對(duì)大跨度斜拉橋的鋼筋表面的應(yīng)變構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高預(yù)應(yīng)力和橋梁的承載力，仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了性能測(cè)試，采用該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大。

大跨度斜拉橋；施工；橋梁；荷載

1 問(wèn)題描述了結(jié)構(gòu)分析

大跨度斜拉橋由許多直接連接到塔上的鋼纜吊起橋面實(shí)現(xiàn)荷載承重，大跨度斜拉橋有A型、倒Y型、H型，強(qiáng)彈性荷載作用下，準(zhǔn)確估計(jì)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力，預(yù)測(cè)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移，進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，進(jìn)行了大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力估計(jì)研究主要采用的是離散型線性估計(jì)方法，進(jìn)行單元彈塑性狀態(tài)下的曲線擬合，通常情況下大跨度斜拉橋受彎構(gòu)件最大應(yīng)力的影響，結(jié)構(gòu)抗拉的強(qiáng)度出現(xiàn)在構(gòu)件的邊緣，為了提高受彎構(gòu)件的承載力及防止構(gòu)件邊緣過(guò)早出現(xiàn)裂縫，可在受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力。但是，預(yù)應(yīng)力并不是想加多大就加多大，當(dāng)預(yù)應(yīng)力加到一定程度后，構(gòu)件的承載力主要由混凝土抗壓強(qiáng)度決定，這時(shí)加再大的預(yù)應(yīng)力也提高不了構(gòu)件的承載力了，因?yàn)橹灰軌簠^(qū)混凝土壓碎構(gòu)件就破壞了。根據(jù)區(qū)域約束混凝土理論，在需要的區(qū)域配置約束箍筋，對(duì)混凝土進(jìn)行約束，使其處于三向受壓狀態(tài)，這樣可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度?；?Euler-Bernoulli 梁理論，橋承受的主要荷載并非它上面的汽車(chē)或者火車(chē)，而是其自重，那么在梁受壓區(qū)配置約束箍筋，則可以很大的提高預(yù)應(yīng)力混凝土梁的承載力。斜拉索塔柱的彈性力學(xué)荷載分布如圖1所示。

圖1 斜拉索塔柱的彈性力學(xué)荷載分布

2 斜拉橋的彈性荷載力學(xué)模型構(gòu)建

在受拉區(qū)布置約束箍筋則可以防止混凝土在施加預(yù)應(yīng)力階段因過(guò)大的預(yù)應(yīng)力壓壞。如果在受拉區(qū)加的預(yù)應(yīng)力過(guò)大，混凝土發(fā)生徐變后，經(jīng)常出現(xiàn)矮梁反拱過(guò)大、梁發(fā)生側(cè)移、剛構(gòu)橋中的立柱開(kāi)裂等問(wèn)題，工程質(zhì)量不宜保證。在受壓區(qū)也施加一定預(yù)應(yīng)力就可以減少反拱變形過(guò)大等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行斜拉橋的彈性荷載力學(xué)模型構(gòu)建，根據(jù)《斜拉橋預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)采用鋼絞線作無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的受彎構(gòu)件，在進(jìn)行正截面承載力計(jì)算時(shí)，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力設(shè)計(jì)值σpu宜按下列公式計(jì)算

σpu=σpc+Δσp

(1)

此時(shí)，大跨度斜拉橋應(yīng)力設(shè)計(jì)值σpu尚應(yīng)符合下列條件

σpu≤σpu≤fpy

(2)

其中，ε0綜合配筋指標(biāo)不宜大于0.4。根據(jù)Lagrange 線性插值約束混凝土理論，大跨度斜拉橋梁約束區(qū)域內(nèi)混凝土約束后強(qiáng)度取值為

fce=(1+f)fc

(3)

(4)

在整體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系變換下，大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模型可以通過(guò)結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制，求出受壓區(qū)高度x，代入下式

(5)

在上述分析和模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步分析強(qiáng)彈性荷載作用下的大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)推覆側(cè)向承載力離散估計(jì)模型，在進(jìn)行力學(xué)分析和推覆側(cè)向承載分析之前，需要設(shè)定大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本尺寸分析，由此實(shí)現(xiàn)了斜拉橋的彈性荷載力學(xué)模型構(gòu)建。

3 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果

在上述模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)行大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學(xué)加載，當(dāng)加載到179kN后，NCCb試件撓度增加很快，垂直裂縫寬度越來(lái)越大，受壓區(qū)漸漸出現(xiàn)縱向裂縫，保護(hù)層混凝土開(kāi)始脫落。一直加到219kN后，受拉鋼筋屈服，受壓鋼筋壓曲，純彎區(qū)混凝土大塊脫落，荷載無(wú)法再繼續(xù)增加，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)方法，得到斜拉橋受拉區(qū)的各個(gè)構(gòu)件的彈性荷載力學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。斜拉橋的承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 彈性荷載力學(xué)分析結(jié)果

表2 承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

從上述結(jié)果可見(jiàn)，承載力的張拉順序(先受壓區(qū)后受拉區(qū))為：受壓區(qū)：0→0.15σcon(初應(yīng)力)→σcon持荷5 min→錨固。受拉區(qū)：0→0.15σcon(初應(yīng)力)→1.05σcon(超張拉)→持荷5 min→錨固。

可見(jiàn)，采用本文方法進(jìn)行大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學(xué)分析，指導(dǎo)大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)研究大跨度斜拉橋施工的彈性荷載力學(xué)模型，為橋梁設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)，大跨度斜拉橋通常情況下受彎構(gòu)件最大應(yīng)力的影響，導(dǎo)致荷載預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)撓度回彈，降低的橋的承重能力。對(duì)彈性荷載力學(xué)分析，通過(guò)對(duì)大跨度斜拉橋的鋼筋表面的應(yīng)變構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高預(yù)應(yīng)力和橋梁的承載力，仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了性能測(cè)試，采用該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行大跨度斜拉橋施工，提高了大跨度斜拉橋的荷載，構(gòu)件的承載力增大。

[1] 李正. 復(fù)雜受力條件下混凝土損傷本構(gòu)模型及鋼筋混凝土橋梁彈性荷載損傷分析[D].天津: 天津大學(xué), 2010.

[2] 汪夢(mèng)甫, 曹秀娟, 孫文林，等. 增量動(dòng)力分析方法的改進(jìn)及其在高層混合結(jié)構(gòu)地震危害性評(píng)估中的應(yīng)用[J]. 工程抗震與加固改造, 2010, 32(1): 104-121.

[3] 黃盛楠，馬千里，葉列平，等. 罕遇地震下RC框架結(jié)構(gòu)最大彈塑性層間位移的實(shí)用計(jì)算方法[J].工程力學(xué)，2014,31(4):69-75.

[4] 李俊華, 劉明哲, 唐躍峰, 等. 火災(zāi)后型鋼混凝土梁受力性能試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2011, 44(4): 84-90.

The analysis and research on elastic load mechanics of long-span bridge construction

ZHANG Hua-ping,LI Shu-li

(Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Co.,Ltd.,Econtrol Center of Taihe,Ji′an,Jiangxi 343700,China)

By the elastic load mechanics model of large-span cable-stayed bridge construction, guidance are provided for the design and construction of the bridge, usually, due to the impact of flexural member’s maximum stress in long-span cable-stayed bridge, it is found that rebound of prestressed load deflection occurs, the load-bearing capacity of the bridge Reduces. Elastic Load mechanical analysis, through the strain member in steel surface of long-span cable-stayed bridge to optimize the design, improves the bearing capacity of prestressed bridge, simultaneously, performance was tested by simulation experiment.using this design method of long-span Bridge Construction ,the long-span cable-stayed bridge load was improved, and bearing capacity of members increases.

large span cable-stayed bridge; construction;bridge; load

2015-12-25

張華萍(1979-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，工程師，研究方向：公路與橋梁。

U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1008-3383(2016)02-0074-02