李　彪， 郭　攀

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首　416000；　2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州　450001)

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高墩連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊托架預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案可行性研究

李彪1， 郭攀2

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首416000；2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州450001)

[摘要]當(dāng)墩身較高時(shí)，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊一般采用托架施工，但因0號(hào)塊荷載較大，托架預(yù)壓成為施工時(shí)的一項(xiàng)重要工作。基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)有限元分析，對(duì)湖南省默戎高架橋主橋 0#塊托架的預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案進(jìn)行可行性研究。研究表明，預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案切實(shí)可行，可供類似工程借鑒。

[關(guān)鍵詞]連續(xù)剛構(gòu)橋； 高墩； 托架預(yù)壓； 預(yù)應(yīng)力； 有限元

0前言

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋當(dāng)墩身較高時(shí)，為節(jié)省支架費(fèi)用，一般采用托架施工0號(hào)塊。托架必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足受力和施工的需要[1]。托架承受0號(hào)塊大部分自重以及施工臨時(shí)荷載。托架變形會(huì)引起底板、腹板應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂，并對(duì)0號(hào)塊立模標(biāo)高及后期線性控制起著關(guān)鍵性作用。

王朝暉[2]對(duì)比分析了0號(hào)塊桁架式體外力預(yù)壓方案與傳統(tǒng)換重預(yù)壓法，并從托架變形觀測(cè)數(shù)據(jù)角度分析了體外力預(yù)壓方案的可行性；盧映錕[3]對(duì)單肢0號(hào)塊托架進(jìn)行了詳細(xì)的理論計(jì)算與設(shè)計(jì)，并采用千斤頂預(yù)壓方案進(jìn)行預(yù)壓。宋永安等[4]分析了0號(hào)塊托架的受力特點(diǎn)和托架設(shè)計(jì)，并用反力架方案進(jìn)行預(yù)壓；卜東平等[5]對(duì)斜拉橋主塔下橫梁的支架預(yù)壓方案進(jìn)行比選分析，從施工工藝角度對(duì)反支點(diǎn)預(yù)壓法進(jìn)行了闡述。朱傳娣[6]主要對(duì)0號(hào)塊托架的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，并對(duì)托架預(yù)壓及0號(hào)塊立模標(biāo)高進(jìn)行了說(shuō)明；曲任權(quán)等[7]對(duì)常見的0號(hào)塊支架方案及預(yù)壓方法進(jìn)行了總結(jié)；何文勝[8]對(duì)介紹了可調(diào)式鉸接托架設(shè)計(jì)與施工的方法與特點(diǎn)。顏向群等[9]對(duì)懸臂澆筑0號(hào)塊托架結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計(jì)算分析；易達(dá)等[10]對(duì)某一高墩大跨鐵路橋0號(hào)塊施工提出了墩頂設(shè)置液壓式整聯(lián)標(biāo)高可調(diào)托架的施工方案；楊美良等[11]分析了0號(hào)塊、1號(hào)塊施工托架的空間受力，并對(duì)托架結(jié)果的安全與穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)；胡剛[12]對(duì)連續(xù)梁橋0號(hào)塊懸挑托架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)采用反支點(diǎn)預(yù)壓法進(jìn)行了探討；許殿瑞等[13]分析了連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊托架的施工要點(diǎn)，并采用了砂帶堆載方式對(duì)托架進(jìn)行預(yù)壓；黃小良[14]主要分析了某連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊托架的承載力。

然而，已有的工作對(duì)高墩連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊托架預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案的檢測(cè)數(shù)據(jù)及有限元結(jié)合的分析鮮有研究，本文依托湖南默戎高架橋0號(hào)塊托架施工方案，對(duì)預(yù)壓方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并結(jié)合有限元分析，對(duì)預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案的可行性進(jìn)行研究。

1工程概況

默戎高架橋是湖南省永順至吉首高速公路的一座特大橋，主橋上部結(jié)構(gòu)為(95+3×170+95)m五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，主橋箱梁?jiǎn)蜗鋯问摇Ｏ淞翰牧蠟镃55砼。箱梁根部梁高10.75 m，端部及跨中3.75 m，根部至跨中(端部)采用1.8次拋物線變化過(guò)渡；箱梁頂部寬12 m，底部寬6 m，底板厚度為100～32 cm，腹板厚度為90～50 cm。主橋最高主墩高119 m，采用箱型+雙肢組合式結(jié)構(gòu)。主橋箱梁橫斷面見圖1；0號(hào)塊立面圖見圖2。

圖1　箱梁橫斷面圖(單位： cm)Figure 1　Cross section of the box girder(unit： cm)

圖2　箱梁0號(hào)塊立面圖(單位： cm)Figure 2　The segment No.0 elevation(unit： cm)

20號(hào)塊托架設(shè)計(jì)

由于默戎高架橋主橋橋墩高達(dá)119 m，采用懸臂式托架施工。根據(jù)位置及受力驗(yàn)算，默戎高架橋主橋0號(hào)塊托架劃分為兩種，如圖3所示。

托架A：0號(hào)塊懸處橋墩1米段(縱橋向托架)；

采用][20b雙拼槽鋼作支腿，支腿采用4組，支腿間加設(shè)斜撐以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，斜支腿通過(guò)70銷釘錨固于墩身預(yù)埋件，][36b雙拼槽鋼作承重橫梁，并通過(guò)70銷釘錨固于墩身。采用HN400H型鋼做分配梁，在分配梁架設(shè)由[14a、[10a做成的10片排架P，然后在排架P上滿鋪鋼模板做成0#兩側(cè)縱橋向外懸臂1 m段的承載平臺(tái)。

圖3　托架示意圖(單位： cm)Figure 3　The triangle bracket diagram(unit： cm)

托架B：0號(hào)塊位于雙肢薄壁墩身間的8米段(縱橋向托架)。

采用][20b雙拼槽鋼作支腿，支腿采用6組，支腿間加設(shè)斜撐以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，斜支腿通過(guò)70銷釘錨固于墩身預(yù)埋件，][36b雙拼槽鋼作承重橫梁，并通過(guò)70銷釘錨固于墩身。采用II 45工字鋼做分配梁，在分配梁架設(shè)I 63工字鋼，在I 63工字鋼上滿鋪鋼模板做成0#雙肢薄壁墩間8 m段的承載平臺(tái)。

30號(hào)塊托架預(yù)壓施工

默戎高架橋主橋0#塊縱橋向總長(zhǎng)16 m，墩頂單肢長(zhǎng)3 m，雙肢間距8 m，墩身前后懸臂長(zhǎng)1 m。為能準(zhǔn)確控制0號(hào)塊施工標(biāo)高，必須對(duì)托架預(yù)壓進(jìn)行合理、精確的沉降觀測(cè)從而消除托架的非彈性變形和確定其彈性變形值。為了確保托架結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中不產(chǎn)生不均勻的非彈性變形，所用砂桶(方便于托架底模系統(tǒng)的拆除)全部選用符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)砂。

3.1加載方法

0#塊托架預(yù)壓采用施加預(yù)應(yīng)力的方式進(jìn)行預(yù)壓，在承臺(tái)施工前，預(yù)埋4排精軋螺紋鋼，共計(jì)24個(gè)加載點(diǎn)，如圖4所示。施工時(shí)，在墩頂進(jìn)行鋼絞線下料并下放至承臺(tái)，上部用工作錨具固定于施工平臺(tái)，鋼絞線下端與精軋螺紋鋼通過(guò)工作錨具連接，鋼絞線上部通過(guò)工作錨具與精軋螺紋鋼連接，精軋螺紋鋼筋直通托架結(jié)構(gòu)頂面，通過(guò)張拉精軋螺紋鋼達(dá)到施加預(yù)應(yīng)力的目的。

(a) 加載點(diǎn)鋼絞線布置

(b) 承臺(tái)上預(yù)應(yīng)力加載布置

(c) 托架上預(yù)應(yīng)力加載點(diǎn)布置

由于精軋螺紋鋼的張拉和預(yù)應(yīng)力釋放更加方便，從而使施工過(guò)程更加安全快捷。每次按照縱橋向4個(gè)點(diǎn)同步分級(jí)對(duì)稱加載，6排點(diǎn)位通過(guò)調(diào)整加載位置而達(dá)到平衡加載的目的，24各點(diǎn)位按照各個(gè)張拉油泵與油表讀數(shù)(油泵、油表、油頂按照標(biāo)定書編號(hào)一一對(duì)應(yīng)安裝)同步加載至同一分級(jí)荷載后，觀測(cè)點(diǎn)高程測(cè)量之后再進(jìn)行下一級(jí)荷載加載，直至加載至110%設(shè)計(jì)荷載，如表1所示。

表1 托架分級(jí)加載表Table1 Thestep-loadingconditionsofthebracketstructure分級(jí)加載情況加載值/kN持荷時(shí)間/min第1級(jí)20%設(shè)計(jì)荷載20第2級(jí)40%設(shè)計(jì)荷載20第3級(jí)60%設(shè)計(jì)荷載40第4級(jí)80%設(shè)計(jì)荷載60第5級(jí)100%設(shè)計(jì)荷載60第6級(jí)110%設(shè)計(jì)荷載1440第7級(jí)同步卸至50%設(shè)計(jì)荷載20第8級(jí)05

3.2托架預(yù)壓檢測(cè)

各個(gè)點(diǎn)位加載達(dá)到同一級(jí)位后，待測(cè)量高程差不超過(guò)2 mm后再進(jìn)行下一級(jí)位加載。直至加載完成，并持荷24 h，測(cè)量高程差不超過(guò)2 mm即可確認(rèn)為加載完成并進(jìn)行分級(jí)卸載，卸載后進(jìn)行高程觀測(cè)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

0號(hào)塊托架預(yù)壓按照分級(jí)加載、卸載方案逐次進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。沉降觀測(cè)工作采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法。為保證測(cè)量精度，托架預(yù)壓全程由一人觀測(cè)和一人記錄，并且每次讀數(shù)較差控制在1 mm。托架預(yù)壓沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布置在墩頂水準(zhǔn)點(diǎn)上。0號(hào)塊托架預(yù)壓前和各級(jí)加載均用精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)其標(biāo)高，卸載后各進(jìn)行一次觀測(cè)，如圖5所示。

(a) 預(yù)應(yīng)力加載過(guò)程(b) 高程測(cè)量觀測(cè)

Figure 5The loading process and measurement of pre-stressed reinforcement of the bracket structure

以每個(gè)測(cè)點(diǎn)、每級(jí)加載后對(duì)沉降量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)直到沉降穩(wěn)定。取沉降穩(wěn)定后即最后一次觀測(cè)值，作為該級(jí)荷載下的最終沉降觀測(cè)值。得到觀測(cè)值與零荷載時(shí)的觀測(cè)值之差，作為該點(diǎn)在該級(jí)荷載下的實(shí)際沉降量。默戎高架橋主橋0號(hào)塊托架預(yù)壓監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 托架預(yù)壓預(yù)壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表Table2 Themonitoringdataofthebracketstructurepreloading持荷時(shí)間/h變形量/mm托架A托架B持荷時(shí)間/h變形量/mm托架A托架B00016-4-104-2-520-4-108-2-524-4-1012-4-10卸載-2-6 注:以0h時(shí)加載為高程參考0點(diǎn)。

從變形表可知：懸臂端1 m段托架A彈性變形值平均為2 mm，非彈性變形值平均為2 mm；雙肢間8 m段托架B彈性變形值平均為5 mm，非彈性變形值平均為6 mm。

持荷12 h后后沉降量基本不變。并且持荷24 h后沉降量無(wú)大變化.在整個(gè)荷載加載過(guò)程中，各級(jí)荷載加載后，托架、模板、方木等的非彈性變形已經(jīng)消除。支架焊縫和銷接點(diǎn)位無(wú)任何變化，因此，托架安全和穩(wěn)定性完全符合要求。

40號(hào)塊托架有限元分析

托架采用有限元分析時(shí)，在有限元分析軟件MIDAS/CIVIL中建立了托架的空間桿系模型，如圖6所示。所有型鋼單元均采用梁?jiǎn)卧?，模板采用板單元，牛腿支架型鋼鉸接點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采用半鉸接形式，橫梁與牛腿支架采用剛性節(jié)點(diǎn)連接，托架與橋墩采用固結(jié)連接。首先對(duì)托架進(jìn)行了輕度、剛度以及整體穩(wěn)定性分析，并對(duì)螺栓、焊縫、預(yù)埋件進(jìn)行了驗(yàn)算。結(jié)果表明，整個(gè)托架各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

(a) 托架A(帶模板)

(b) 托架B(帶模板)

為驗(yàn)證采用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行預(yù)壓的效果，對(duì)托架空間模型變形分析，見圖7，圖8。

圖7　托架A空間變形圖Figure 7　The deformation pattern of the bracket structure A

圖8　托架B空間變形圖Figure 8　The deformation pattern of the bracket structure B

托架A，靠近墩身的橫梁下?lián)现?.0 mm，外側(cè)一根橫梁下?lián)现?.8 mm，其橫梁跨中附近的模板托架在荷載作用下產(chǎn)生變形，變形值2.0 mm，在施工時(shí)必須進(jìn)行加強(qiáng)。托架A的有限元模擬計(jì)算值與檢測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

托架B橫梁最大下?lián)现?.8 mm。托架B的有限元模擬計(jì)算值與檢測(cè)數(shù)據(jù)相比，有限元模擬計(jì)算值偏小。原因分析如下： ①檢測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)精度誤差。檢測(cè)數(shù)據(jù)精確到1 mm，有限元模擬精確到0.1 mm； ②檢測(cè)數(shù)據(jù)讀取誤差。測(cè)量時(shí)托架B臨時(shí)設(shè)備較多，場(chǎng)地測(cè)量條件復(fù)雜，且距離較遠(yuǎn)，因風(fēng)速、溫度等的影響導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)有偏差； ③理論模擬偏差。有限元模擬時(shí)在理論條件下進(jìn)行的與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的材料及支持條件存在差別。

5結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和有限元分析，，托架A、托架B的預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方案切實(shí)可行，完全滿足設(shè)計(jì)及施工要求。預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方是安全可靠的，即與理論驗(yàn)算相符合，又對(duì)施工工序帶來(lái)了便利，節(jié)約施工成本；此方案可以推廣到其他相類似的結(jié)構(gòu)形式的預(yù)壓方案中，同時(shí)為同類托架施工提供了理論、實(shí)踐參考依據(jù)。

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Feasibility Analysis of Bracket Structure Preloading for No.0 Piece of Continuous Rigid-Framed Bridge with High-Piers

LI Biao1， GUO Pan2

(1.Hunan YongJi Highway Construction and Development Co.， Ltd.， Jishou Hunan 416000， China；2.School of civil Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou Henan 450001， China)

[Abstract]The construction technology of bracket is applied to pier table construction of a Super-long Frame-Continuous bridge while the measure of pier shaft is high.Preloading technology of bracket is an important procedure of construction owing to larger load at pier table.Finite element analysis is used to study the prestress preloading technology of pier table bracket for Morong viaduct in Hunan province based on field data.Result shows that the prestress preloading technology is feasible and it also can provide references for other projects.

[Key words]continuous rigid-framed bridge； high-piers； bracket structure preloading； prestress technology； finite element analysis

[中圖分類號(hào)]U 448.23

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674—0610(2016)02—0260—05

[作者簡(jiǎn)介]李彪(1978—)，男，湖南長(zhǎng)沙人，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

[收稿日期]2016—02—10