王解軍， 隆佩欽， 黃　斌

(中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙　410004)

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大跨矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制分析

王解軍， 隆佩欽， 黃斌

(中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙410004)

[摘要]源于廣西崇靖高速公路左江特大橋工程實(shí)例，通過MIDAS/CIVIL建立模型，對大跨矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，為施工時(shí)主梁的線形、應(yīng)力控制提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]矮墩； 連續(xù)剛構(gòu)橋； 箱梁； 撓度與應(yīng)力； 有限元分析

1概述

以往針對高墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究較多[1-3]，對于矮墩剛構(gòu)橋研究較少。與高墩剛構(gòu)橋相比，因?yàn)闃蚨瞻⑺娇雇苿偠却?，所以難以適應(yīng)由溫度、混凝土收縮徐變等因素引起的縱向變形，一般需采取特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工措施，如墩的設(shè)計(jì)及在跨中合攏段施加水平頂推力等，同時(shí)施工監(jiān)控也有一定的特殊性。采用懸臂施工法的大跨矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋，在混凝土收縮徐變、自重、溫度、預(yù)應(yīng)力及合攏頂推力共同作用下，施工過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力與撓度變化較大，特別是合攏過程中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，增加了這種變化的復(fù)雜性。因此，在進(jìn)行大跨矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制中，精確地分析施工過程中的的橋梁結(jié)構(gòu)位移與內(nèi)力，是非常必要的。本文針對廣西左江大橋，主跨160 m的3跨預(yù)應(yīng)力混凝土矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋，分析橋梁施工過程的結(jié)構(gòu)位移與應(yīng)力，為左江特大橋橋施工控制提供理論依據(jù)。

2工程概況

左江特大橋是廣西壯族自治區(qū)崇靖高速公路的一座特大橋梁，該橋位于廣西崇左市太平鎮(zhèn)，橋梁起點(diǎn)崇左端屬于大村三北屯，跨越左江干流、河谷寬約350 m，深約30 m，終點(diǎn)靖西端屬于公益村婆利屯。主橋全長330 m，分三跨布置，主跨160 m，橋墩較矮(見圖1)。

圖1　主橋立面圖(單位： m)Figure 1　Elevation view of the bridge(unit： m)

單幅橋截面形式為單箱單室，橋墩處梁高9.7 m，跨中梁高3.6 m；頂板厚28 cm，變厚度底板厚，從根部100 cm逐漸變至跨中32 cm。腹板從根部至跨中分三段分別采用80、70、55 cm共3種厚度，箱梁底板厚與梁高均按1.8次拋物線變化。箱梁0號節(jié)段長10 m，每個(gè)“T”構(gòu)縱向?qū)ΨQ劃分為20個(gè)梁段，從橋墩處至跨中分別為12×3.5 m+8×4 m，節(jié)段懸澆筑總長74 m。掛籃設(shè)計(jì)自重1 000 kN。

左右幅橋3、4號主墩采用雙肢實(shí)體薄壁墩，墩身采用圓端頭矩形截面，肢間凈距3.9 m，單肢截面尺寸8.55×1.8 m，圓端直徑1.8 m。左右幅橋2、5號橋墩為引橋間過渡墩，采用雙柱式墩，柱徑2.0 m。

過渡墩處設(shè)單元式多向變位梳形板系列伸縮縫-240，主橋箱梁下設(shè)GPZ(Ⅱ)3.5DX單向滑動盆式橡膠支座和GPZ(Ⅱ)3.5SX雙向滑動盆式橡膠支座各一套。

3有限元模型

本次結(jié)構(gòu)采用midas有限元軟件建模計(jì)算，使用梁單元，按照施工順序，分階段建立左江大橋主橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。因左、右幅橋的結(jié)構(gòu)尺寸布置基對稱，僅分析左幅橋。邊界條件：承臺底設(shè)為固定支座，兩邊跨梁端為豎向支承。全橋模型共分為135個(gè)單元。主梁混凝土采用C55，彈性模量為3.55×104MPa。橋墩采用C40混凝土，彈性模量為3.25×104MPa，，泊松比取0.167。

0號塊在橋墩上采用支架架施工，其余20段懸臂梁采用掛籃施工。主橋施工先合攏邊跨，再合攏中跨，中跨合攏后施加二期恒載。安裝中跨合攏段的內(nèi)外剛性支撐時(shí)應(yīng)精確定位，以確保施加在20號梁段上的頂推力(5 000 kN)永久存在。

左江特大橋Midas建模見圖2。

圖2　全橋有限元模型Figure 2　Finite element model of total bridge

4計(jì)算結(jié)果分析

4.1位移計(jì)算結(jié)果

選取箱梁施工的最大懸臂階段、合攏后及二期恒載施工完成等關(guān)鍵施工階段，箱梁豎向撓度累計(jì)結(jié)果如圖3～圖6所示。全橋主梁預(yù)拱度分布如圖7所示。其中最大懸臂及合攏階段取主橋3號墩(崇左側(cè)主墩)為對象。圖中“-”號表示箱梁撓度(豎向位移)朝下。

圖3　最大懸臂施工階段箱梁撓度Figure 3　The vertical deflection of box girder in extreme 　　　cantilever stage

圖4　邊跨合攏后箱梁撓度Figure 4　The vertical deflection of box girder after side 　　　spans closure construction

圖5　中跨合攏后箱梁撓度Figure 5　The vertical deflection of box girder after midspan 　　　closure construction

圖6　成橋狀態(tài)箱梁撓度Figure 6　The vertical deflection of box girder in completion 　　　stage

由以上圖形可知：箱梁施工過程中，最大懸臂階段累計(jì)的最大位移(豎向撓度) 為6.31 cm，但是不在最大懸臂端，而在最大懸臂端之前3～4段梁處。邊跨合攏后，結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，邊跨測位移無明顯變化，但是中跨測主梁整體上移。中跨合攏段混凝土澆筑后，跨中部分梁段明顯下?lián)?，但是張拉后中跨主梁由有較大的向上位移，最大位移在邊跨跨中。二期恒載作用下，全橋主梁整體下?lián)希蝗珮蚴┕ね瓿珊?，全橋最大累?jì)位移在邊跨跨中。根據(jù)施工時(shí)主梁豎向撓度可計(jì)算出施工時(shí)主梁預(yù)拱度如圖7所示。

圖7　全橋主梁預(yù)拱度Figure 7　Precamber of the main girder

4.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

圖8為應(yīng)力控制點(diǎn)，圖9～圖11為應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。圖中“-”號表示主梁受壓。

模型計(jì)算結(jié)果顯示，箱梁頂板與底板內(nèi)外側(cè)應(yīng)力相等，這是因?yàn)橹本€箱梁橋內(nèi)、外側(cè)對稱的原因。施工過程中，箱梁頂板最大應(yīng)力為-6.69 MPa，底板最大應(yīng)力為-10.1 MPa，主梁均為受壓，箱梁未出現(xiàn)受拉情況。

圖8　應(yīng)力控制點(diǎn)Figure 8　Control point of the stress

圖9　最大懸臂階段混凝土澆筑后箱梁應(yīng)力Figure 9　The stress of box girder in extreme cantilever 　　　stage after concrete poured

圖10　最大懸臂階段鋼絞線張拉后箱梁應(yīng)力Figure 10　The stress of box girder in extreme cantilever 　　　stage after steel tensioned

圖11　成橋后全橋箱梁應(yīng)力Figure 11　The stress of box girder in completion stage

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)[10]第7.2.8條對施工階段正截面法向應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，對于預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在構(gòu)件自重和預(yù)應(yīng)力等施工荷載作用下，構(gòu)件截面邊緣應(yīng)力應(yīng)滿足：

(1)

施工驗(yàn)算時(shí)，取f′ck=0.8fck=28.4 MPa，f′tk=0.8ftk=2.19 MPa，

由應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知：左江大橋施工過程中，箱梁應(yīng)力在設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿足要求。

5結(jié)論

針對廣西左江大橋主跨160 m的矮墩連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，使用結(jié)構(gòu)有限元軟件，模擬施工過程，進(jìn)行仿真分析，可得到如下結(jié)論：

① 大跨矮墩剛構(gòu)橋箱梁懸臂施工過程中，箱梁豎向撓度較大，最大撓度產(chǎn)生在接近懸臂端的位置；并且，邊跨合攏后，結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變，邊跨位移變化較小，但中跨發(fā)生較大的向上位移。這是在箱梁施工過程中計(jì)算預(yù)拱度時(shí)必須注意的。

② 計(jì)算分析表明，通過在中跨合攏段施加水平頂推力措施，施工過程中箱梁混凝土應(yīng)力均為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)拉應(yīng)力；箱梁底板壓應(yīng)力大于頂板壓應(yīng)力，并且最大壓應(yīng)力在合理范圍、滿足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

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Analysis of Construction Control of Continuous Rigid Frame Bridge with low Piers and Long-span

WANG Jiejun， LONG Peiqin， HUANG Bin

(College of Civil Engineering And Mechanics， Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hunan 410004， China)

[Abstract]This thesis comes from an actual project Guangxi Chongzuo to Jingxi highway-ZuoJiang bridge ，using spatial finite element software MIDAS/CIVIL to calculation and analysis the construction of the box girder.The study may provide some references for linear and stress control during construction of box girder .

[Key words]low pier； continuous rigid frame bridge； box beam； displacement and stress； finite element analysis

[中圖分類號]U 448.23

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1674—0610(2016)02—0148—03

[作者簡介]王解軍(19—)，男，湖南邵陽人，教授，博導(dǎo)，主要從事大跨與復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)理論及新技術(shù)研究。

[收稿日期]2015—11—25